Naukowcy finansowani ze środków UE dostarczyli zaawansowane materiały, które mogą zmniejszyć wagę komponentów pojazdu nawet o 45% bez uszczerbku dla wykonalności produkcji, bezpieczeństwa czy zgodności z obiegiem zamkniętym. Nowe materiały płynnie integrują się z istniejącymi procesami produkcyjnymi.
Aby poprawić wydajność pojazdów i spełnić bardziej rygorystyczne przepisy, przemysł motoryzacyjny musi zmniejszyć masę pojazdów, nie zmniejszając ich wytrzymałości ani bezpieczeństwa. Tradycyjne komponenty stalowe, choć wytrzymałe, w znacznym stopniu odpowiadają za ogólną masę pojazdu. Doprowadziło to do powstania alternatywnych materiałów, takich jak kompozyty aluminiowe, do których włączono nanorozmiarowe wzmocnienia w celu uzyskania doskonałych właściwości: stosunku wytrzymałości do masy, stabilności termicznej i trwałości.
Finansowany ze środków UE projekt FLAMINGo prowadził pionierskie badania w dziedzinie nanokompozytów z matrycą aluminiowo-metalową (Al-MMnC), czyli zaawansowanych materiałów, w których nanocząstki ceramiczne, takie jak węglik krzemu (SiC) lub węglik tytanu (TiC), wbudowane są w aluminiowy materiał bazowy.
- Kompozyty te zapewniają wyjątkową wytrzymałość mechaniczną przy zachowaniu niskiej wagi. Naszym celem jest wyjście poza eksperymenty laboratoryjne i praktyczne wykorzystanie tych materiałów w zastosowaniach rzeczywistych - zauważa koordynator projektu Alvise Bianchin.
- Od samego początku nie chodziło nam o stworzenie idealnego materiału w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, ale o wyprodukowanie czegoś, co mogłoby być realistycznie wytwarzane i bezproblemowo włączane w procesy produkcji obecnie stosowane w motoryzacji” — dodaje Bianchin. Aby to osiągnąć, zespół skupił się na konwencjonalnych technologiach formowania aluminium, takich jak odlewanie piaskowe, odlewanie kokilowe nisko- i wysokociśnieniowe oraz bezpośrednie odlewanie na zimno, a także wytłaczanie — sprawdzonych, opłacalnych metodach, które stanowiły idealną platformę do wprowadzania nowych materiałów.
Po opracowaniu materiałów zespół projektu skupił się na projektowaniu komponentów. Zamiast po prostu kopiować oryginalne części stalowe na aluminiowe, wykorzystali analizę elementów skończonych i optymalizację topologii, aby je przeprojektować. Celem było dostosowanie komponentów w taki sposób, aby wykorzystać specyficzną sztywność i wytrzymałość Al-MMnC przy jednoczesnym zapewnieniu, że uda się zachować ich niską cenę i możliwość wytwarzania.
Ostatecznie zespół zastosował testy nieniszczące, monitorowanie naprężeń i odkształceń oraz testy w pełnej skali zarówno w laboratorium, jak i w pojazdach rzeczywistych. Wykorzystano tomografię komputerową do wykrywania defektów odlewania, a także testy obciążenia statycznego i drogowego, aby potwierdzić właściwości mechaniczne komponentów.
Odchudzenie pojazdu
W projekcie FLAMINGo jako demonstrator wykorzystano elektryczny pojazdy użytkowy, skupiając się na krytycznych komponentach, które najbardziej mogłyby skorzystać na „odchudzeniu“: zwrotnicach, górnych mocowaniach tylnego amortyzatora i profilach tylnej ramy.
Części te, pierwotnie wykonane ze stali, nie mogły być po prostu zastąpione nanokompozytami aluminiowymi. Zamiast tego naukowcy przeprojektowali je, dostosowując procesy produkcyjne i testując każdy ich aspekt. Ich wysiłki doprowadziły do powstania solidnych strukturalnie, lżejszych komponentów, które zintegrowano z obecnie stosowanymi metodami produkcji.
- W skali całego pojazdu zmiany te pozwoliły na zmniejszenie masy o 2–3%. Chociaż może wydawać się, że to niewiele, przeskalowanie tego podejścia na podobne komponenty w całym pojeździe może pozwolić na oszczędność masy przekraczającą 12%. Na poziomie pojedynczych komponentów zaobserwowaliśmy zmniejszenie masy nawet o 45% — co jest naprawdę wartym uwagi osiągnięciem - podkreśla Bianchin.
Szeroko zakrojone oceny bezpieczeństwa nie wykazały podwyższonego ryzyka w porównaniu z konwencjonalnymi stopami aluminium.
- Materiał Al-MMnC uwalnia podobny poziom lotnych cząstek w trakcie spawania, frezowania i recyklingu. Gwarantuje to, że wykorzystanie tych materiałów w zastosowaniach motoryzacyjnych nie wprowadza żadnych dodatkowych obaw związanych z nanobezpieczeństwem, co zwiększa zaufanie niezbędne do ich szerokiego przyjęcia - podsumowuje Bianchin.
Fot. FLAMINGo
Komentarze (0)