2016年纽约国际车展看点：天然复合材料成汽车制造业新宠

材料牛注：纽约国际车展的开放，使得福特汽车再一次吸引了大众的眼球，从高强碳纤维复合材料到天然可循环材料，3D打印已逐步进入大众视野，制造传统加工手段不能达到的精细。

3月25日，2016年届纽约国际汽车展于3月25日向公众开放，。其中参展汽车昂贵而充满异国情调，超乎想象的高速度和高技术于一体的汽车，不乏热议激动人心。过去一年中，众多汽车制造商抛弃了之前特斯拉、谷歌等自驾驶汽车理念，而更靠近现实距离——新型轻量化的气-电混合跑车更接近主流。即使在市场终端，实际日常中我们真正驾驶的汽车，一些性能如自我刹车、车道偏离预警系统等依旧是目前许多顶级销售模式的亮点。一句话总结：这场展览更近地气！

而在此次展览中，备受关注的首推使汽车更轻质，并能兼顾速度与燃油所带来的经济问题的新型先进材料。

通常，当我们谈及先进材料时，可能大部分我们谈论的是轻质高强的碳纤维复合材料。事实上，无论是赛车、进口超级跑车或家庭汽车的改进版，在汽车性能方面，更低的重量以达到尽可能高的速度和引擎加速弥足重要。

在去年一年间，汽车制造商为达更轻质和改善样式的目的，进口车的碳复合材料的使用激增—这使得碳复合材料看起来似乎很有吸引力。不过，这此次纽约车展上，一些很少被人们谈及的材料（如天然纤维和可回收的材料）跳进了人们的视野，令人印象深刻。这些材料能很好的减少汽车碳排放，还可以充分利用可再生天然材料或废品回收。

轻质碳复合材料或将应用于更多史无前例的新组件中。

瑞典超级跑车制造商Koenigsegg，展示了其1500马力的regera混合碳复合材料车轮。该车轮在减重方面可与轻镁合金车轮相比由于驾驶时车轮处于旋转状态，车轮减重较车身其他部分的减重更有意义。轻质的车轮能够更紧密的贴附路面，不经过压缩的轮胎，在颠簸时有更好的抓地力。在未来，势必有更多的汽车制造商将复合材料车轮应用于超级跑车，更甚者可能大规模生产，使之走入寻常百姓家。

在此之前，碳纤维更多被发现于后视镜外壳、前部和后部扩散器、内饰件等。在今年，碳复合材料更多得出现在车身或底盘上，很多著名跑车品牌，如讴歌NSX、福特GT和宝马i8等今年有望车身几乎完全由碳纤维复合材料构成。

当然，电动车也不例外。单次充电所达到的可驱动范围想要越长，那么汽车重量就要减小。因此，高端电动汽车如宝马i8或特斯拉Model S近期内也会考虑采用碳复合材料车轮。

相对来说，碳纤维复合材料在储氢方面的作用很少被人提及，如丰田Mirai燃料电池汽车中的油箱。不过这种小批量生产模式自2015年十月以来一直销售受限。油箱由油管外围包裹一层碳复合材料而制得，能够提供较高的储存压力，从而增加可存储的氢气量以及平均里程数。

3D打印带来的大变革：将从样机制造、实验扩展到大规模的工业生产。

大批量生产零件的设计总是受限于现有的加工技术。尤其对于结构极其复杂的部分，很难通过传统的加工方法制得，这就限制了其在高端汽车中的发展。

最近几年，3D打印在几番热潮的背后也经历了不少阶段性大发展。对于复杂零件部分来说其已经克服了许多加工困难，，包括其他加工方法无法实现重复性生产的仿生结构材料。这些零件的大量生产正处于刚刚起步的状态。

在2016年的纽约车展上，福特公司展示了利用3D打印技术制造的外形一致的复杂起泡结构，这是传统方法所不能做到的，因为每一个起泡结构由成千上万的小孔洞所组成。同时，他们还展示了大量的3D打印原型，例如汽车上的进气总管和拉杆。3D打印同样适用于快速制模方面，所得到的压模或冲模可用作后续传统加工的设备。

3D打印终端零件尤其适用于短生产周期的汽车上，这是由于这类汽车的主要成本来自于模具和原型的建立。利用3D打印技术可以大幅度地降低这部分的成本，因为每个零件的成本不依赖于生产周期的规模。如今，各种各样的公司，上至GE航空制造部的飞行器零件下到美国标准化的浴室水龙头，3D打印大大促使了原型设计的发展和实际零件的制造。

在利用注塑工艺大量生产塑料零件，或用压铸工艺生产金属零件方面，冲压模具是必不可少的。即使对于简单的零件，冲压模具也要耗时几周完成，并且由于加工形状复杂而需要较高的劳动成本，因而耗资巨大。但是，利用3D打印技术，零件的计算机模型可迅速制造出模具，并将用于后续的大量生产中。并且，这种功能使得零件在全面投入生产之前能进行多样化的测试。

未来的材料：全新的定制材料已应用于下一代汽车的制造中。

一场潜伏于超强碳复合材料中的变革正在悄然发生。下一次，或许汽车制造商利用的已不再是碳纤维，而是谷物的外壳、麻类纤维、椰子的外壳、大豆油和碎棉花、等等。利用天然材料制成的复合材料，有望在未来应用到汽车上。

听起来这些复合材料似乎没有什么前景，或者不够高端，但实际上，相比目前汽车上常用的高强碳纤维复合材料，天然复合材料在生产及应用方面存在更多技术上的挑战。其中，尤其对于那些在传统观念中被认为是废物的材料，其不同批次间产物的变化很大。

同时，天然材料与塑料不易键合，两者难以混合，导致零件的强度低。加工处理过程中要求从植物中提取的纤维与粘结物塑料相协调。

此次福特公司恰恰利用了这一优势，其着眼于天然可回收复合材料的发展，部分由这些材料制成的零件已经投入生产。福特Escape系列中，汽车的内门面板变成了麻类纤维复合材料，替代传统注模成型的塑料，这已经省去大约300,000磅油性材料，并且减重整个零件的25%。（油麻是一种生长十分快的植物，主要目的为了得到它的纤维，过去常制作成绳子和帆布。）椰子壳复合材料常用于一些福特系列车的内饰板和后备箱垫，也包括福特的电动系列车。此外，发动机绝缘材料使用的是近乎两条废旧牛仔布料。

福特公司甚至尝试将美国废旧的纸币—这些货币由混棉制成，残币在货币流通过程中被政府淘汰下来—撕成碎片，用于杯座和门套上。

利用天然纤维增强复合材料实现了减重，提高了隔热性和防音性，并且有极高的断裂韧性。当然，这种材料环境友好：这些材料是可持续的，并且可以显著减少极度依赖于石油资源的塑料的消耗。

结语：

2016年纽约国际车展中，汽车设计、轻质复合材料的应用、3D打印都是此前不算新鲜的竞争手段。其中出现的多种多样的天然可循环材料，或许又会引起下一次车用材料风潮。

参考链接：From Shredded C-Notes to Corn: Weird Materials Make Their Way into Cars

本文由材料人编辑部糯米提供素材，语嫣、张怡、糯米共同编辑整理。