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當(dāng)人們提及車用先進(jìn)材料的時(shí)候，超強(qiáng)碳纖維復(fù)合物往往總是搶了大部分風(fēng)光。去年的時(shí)候，就已經(jīng)有大量的汽車廠家使用了這種材料。不過，今年的材料主角似乎不止一家——如天然纖維、可回收材料等等。這些材料對降低汽車的生產(chǎn)能耗、提高產(chǎn)品的回收利用程度意義重大。所以，今年的紐約車展，讓人對以下特點(diǎn)印象深刻：

• 汽車中使用了更多的輕質(zhì)碳復(fù)合材料，包括部分成分全新的材料。

• 3D打印讓原型制造發(fā)生了革命性的變化，正朝著批量生產(chǎn)的目標(biāo)邁進(jìn)。

• 眾多全新的定制材料在下一代汽車的生產(chǎn)中展現(xiàn)出了動力十足的前景。

下面，就讓我們先來一飽眼福。

無處不在的碳纖維：讓創(chuàng)新來的更猛烈些吧！

科尼塞格，這家來自瑞典的超級跑車制造商，在他們1500馬力的混合動力車Regera上展示了他們碳復(fù)合物車輪。在輕量化作用上，碳復(fù)合物比輕質(zhì)鋁合金還要出色。較輕的輪胎可以讓車輛在經(jīng)過坑洼時(shí)不嚴(yán)重壓縮輪胎而又與地面緊緊接觸，帶給司機(jī)們更好地駕駛體驗(yàn)。未來將有越來越多的超級跑車使用這種車輪。

（圖注：科尼塞格Regera車型車輪中使用了碳復(fù)合物材料。車體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中同樣使用了該材料。）

去年的車展上，碳纖維零部件便已經(jīng)司空見慣。比如用其制成的后視鏡外殼、前后擴(kuò)散器、內(nèi)飾、擾流器等等。今年這種趨勢則更進(jìn)一步。許多車輛在車身與底盤中大量使用這種材料。Acura NSX、Ford GT 與BMW i8的甚至幾乎完全采用碳復(fù)合物材料。

（圖注：福特GT車的車體與多種零件中使用了大量的碳復(fù)合材料）

碳纖維在儲存氫氣的作用上同樣不可忽視:比如燃料電池車豐田Mirai上的燃料箱。豐田Mirai自2015年十月以后在美國市場一直是限量出售。通過在管子外部包裹碳纖維，這種燃料箱可以提高儲氫壓力，讓汽車跑的更遠(yuǎn)。

（圖注：豐田Mirai燃料電池車上的儲氫燃料箱）

3D打印引發(fā)的革命來了！

傳統(tǒng)方法對于復(fù)雜精細(xì)部件結(jié)構(gòu)很難批量制造，這對高檔跑車的發(fā)展阻礙明顯?，F(xiàn)在，3D打印似乎已經(jīng)為這掃清了諸多障礙。3D打印甚至可以制造出很多仿生級別的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這是其他生產(chǎn)方法沒法做到的。而批量生產(chǎn)，也許并不遙遠(yuǎn)。

本次車展，福特展示出了在同一方向上可以連續(xù)打印的復(fù)雜泡沫結(jié)構(gòu)。

（福特公司通過3D打印得到的材料。左圖：具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的泡沫；右圖：空心、實(shí)心、特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的管材）

福特還展示了一些3D打印的原型件，比如進(jìn)氣歧管、橫拉桿。此外，3D打印還發(fā)揮了快速模具的作用，即通過3D打印的鑄模又可以用于傳統(tǒng)的的生產(chǎn)過程。

（福特公司展示的3D打印零件。左圖：進(jìn)氣歧管原型；右上：生產(chǎn)塑料零件的注塑模具；右下:橫拉桿原型）

對于規(guī)模較小的汽車生產(chǎn)線，主要的成本為鑄模和原型開發(fā)，而3D打印的出現(xiàn)會顯著降低此成本，這是因?yàn)?D打印制造的單位零件的成本不受其生產(chǎn)規(guī)模的限制。所以，無論是生產(chǎn)飛機(jī)發(fā)動機(jī)的GE航空，還是生產(chǎn)衛(wèi)浴潔具的美標(biāo)公司，他們都在利用3D打印技術(shù)，進(jìn)行原型與零件的制造。

塑料零件與金屬零件的制造均需要模具，即便對于簡單的零件，其模具生產(chǎn)也同樣耗資巨大、時(shí)間冗長。有了3D打印，就可以利用電腦模型迅速制造出模具，進(jìn)而用于批量生產(chǎn)。

未來派材料

超強(qiáng)碳纖維復(fù)合物材料已經(jīng)給汽車帶來了革命性變化，而它也許并不孤單——很多其他天然材料的復(fù)合物，包括玉米皮、椰子殼、洋麻、大豆油等等，都有可能成為未來車用復(fù)合物材料的來源成分。

雖然聽起來這些材料略顯老土，但是真要使用在汽車上的話，它們所遭遇的生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)難度比碳纖維還要大。 要是使用這些原本被當(dāng)做垃圾的材料，不同批次的植物很可能會造成產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。更令人頭疼的是，天然材料與塑料之間難以發(fā)生化學(xué)鍵合，二者難以充分混合，產(chǎn)品零件就因此強(qiáng)度不高。為了讓天然材料與塑料兼容，需要預(yù)處理將植物中的纖維提取出來。

福特公司的技術(shù)展示宣示了他們在這項(xiàng)技術(shù)上取得的巨大成功。其中一些天然材料零件已經(jīng)進(jìn)入了生產(chǎn)環(huán)節(jié)。如果將福特翼虎門板的注塑塑料件替換為洋麻（一種速生植物，種植目的為獲取其纖維用于制造繩索或船帆）纖維復(fù)合材料，就可以節(jié)省30萬磅石油基材料，并在該零件上減重25%。在福特另外車型的內(nèi)飾板與油箱墊中，還可以發(fā)現(xiàn)椰子殼復(fù)合物的身影。

更奇的是，福特甚至將一些由退出流通的廢棄美元鈔票制成的材料來制造車載茶杯架、門袋。這些鈔票原本是由混棉制造，而這些天然纖維制出的復(fù)合材料質(zhì)輕、隔聲、隔熱，并且出奇的耐用。這些嘗試具有多重環(huán)保意義，不僅新材料本身是可再生的，而且還可以顯著降低石油基塑料產(chǎn)品的消耗。在2016紐約車展展示各式各樣材料的廠家中，福特?zé)o疑是最大的贏家。 

（福特公司展出的基于可再生資源的復(fù)合物材料。左上：麻纖維與木漿；右上：洋麻纖維增強(qiáng)的車門板，燒杯中為玉米及其纖維；左下：廢鈔票粉碎后填充型復(fù)合物車用儲物箱；右下：椰殼纖維填充的復(fù)合物零件）

紐約車展的帷幕雖然已經(jīng)落下，但其展出的革新技術(shù)并不會因時(shí)間而退去光輝。材料是人類改造世界與造福自己的物質(zhì)基礎(chǔ)，車用材料僅僅是眾多材料中的冰山一角，卻已經(jīng)并將持續(xù)帶給我們驚艷。在共筑人類美好未來生活的路上，材料科學(xué)，永遠(yuǎn)不止步！