從椰子殼到3D打印 新材料新工藝涌入汽車領域
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①謳歌Acura NSX賽車的整個車身結構都由碳纖維複合材料製造
③碳纖維複合材料廣泛應用於汽車從車身到各個零部件內
在最近舉行的2016年紐約國際車展上，各大汽車展商爲人們獻上了一場豐富的視覺和思想盛宴，挑戰了人們對高速度和高科技的想象力，也展示了汽車工業未來的發展趨勢。
美國趣味科學網站在日前的報道中，列舉了如下三大趨勢：更輕質的碳纖維複合材料廣泛應用於汽車的多個零部件；3D打印技術爲汽車工業添磚加瓦；一大批新型材料洶涌襲來。
碳纖維複合材料：無所不在
從特斯拉到谷歌，從福特到豐田，在過去一年間，汽車製造商們通過各種技術和思想創新，盤踞了報紙的頭條位置：有些製造商致力於讓自動駕駛汽車走進現實生活，有些製造商則通過新型輕質氣電混合車讓混合動力汽車漸入佳境。即便在低端市場，自動停車和車道偏移警示系統目前都已成爲很多高銷量車型的標準配置。
但在這一片花團錦簇、歌舞昇平中，現代汽車使用的新型材料被忽略了，其中聲名最顯赫的當屬超堅固的碳纖維複合材料。的確，高性能汽車，不管是賽車、超級跑車還是馬力增強了的家用車，爲了獲得最高的速度和加速度，都需要降低重量。
去年，汽車廠商紛紛在超級跑車中使用碳複合零件，主要目的是爲了讓汽車更輕，外觀更靚麗，這一點也得益於碳複合材料本身極富吸引力的外表。今年，這一點也很明顯。比如，瑞典超級跑車製造商科尼塞格（Koenigsegg）綜合最大功率達1500馬力的首款混合動力車型Regera，其車輪就由碳纖維複合材料製成。與目前很多高端汽車輪胎使用的輕質鎂合金相比，碳纖維複合輪胎重量更輕。對操控汽車來說，減少輪胎重量比減少車體質量的影響更大。更輕質的車輪能更好地貼近路面，產生更好的抓力。在未來的車型中，越來越多汽車製造商將在超級跑車上使用複合材料，並最終過渡到大規模製造的車型上。
在去年的車展上，碳纖維零件已有不少：後視鏡外殼、前後擴散器、內部裝飾件、導流板等。但在今年的車展上，大量汽車開始在其車身面板或底盤上使用碳複合材料，包括謳歌NSX（Acura NSX）超級跑車、Ford GT和寶馬i8的車體都是完全由碳纖維複合材料製成。另外，電動汽車爲了增加每次充電後的駕駛里程，也迫切需要降低車的重量，因此，包括寶馬i8或特斯拉Model S在內的高端電動汽車可能很快也會採用碳纖維複合材料製造的車胎。
另一個少人問津的碳纖維複合材料應用領域是儲氫裝置，例如豐田Mirai燃料電池汽車用的氫罐。碳纖維複合材料氫罐通過在一根管子周圍包裹碳纖維製成，其能承受更高的壓力，因此能存儲更多氫氣，從而能提高汽車的行駛里程數。
3D打印革新：一切皆有可能
目前，傳統制造方法一般用於製造批量生產的零件，擁有非常複雜結構的零件很難用此類方法制造。
但最近，科學家們在3D打印領域取得的進步消除了一些製造更復雜零件的壁壘，比如，這一技術可用來製造受生物過程啓發的結構，而採用其他製造方法無法做到這一點。因此，藉助3D打印技術，我們能大批量製造出結構複雜的精密零件。
在2016年紐約國際車展上，福特公司展示了其用3D打印機制造出來的複雜泡沫結構，傳統方法無法大規模製造出如此完全一樣的泡沫，因爲每個泡沫結構都由成千上萬個小泡組成。福特還展示了很多3D打印模型，例如進氣管、橫拉桿等。此外，3D打印也使快速制模成爲可能，用3D打印方法制造出的模具可用於傳統的設備製造中。
對於產量少的汽車來說，採用3D打印方法打印出可直接使用的零件尤其有用，因爲此類汽車的主要成本是設計和原型開發，藉助3D打印技術，可大大降低此類過程的成本。現在，包括專門製造飛機發動機零件的通用電氣航空部和專門生產浴室水龍頭的美國標準公司在內的多家公司，都在藉助3D打印技術。
未來材料：“不起眼”到受青睞
除此之外，在2016年紐約國際車展上，很多汽車製造商開始使用一些“不起眼”的材料，如天然纖維和可再生材料等。業內人士稱，用玉米殼、洋麻、大麻類植物、椰子殼以及棉絲等天然纖維製造的複合材料很有可能成爲未來的汽車用複合材料。
儘管此類複合材料可能看起來平淡無奇，沒有什麼“未來主義”的光環，但其實，與高強度的碳纖維複合材料相比，其量產和應用面臨着更大的技術挑戰。另外，這些天然材料不容易與塑料結合，這使兩者的混合變得困難且使零件的強度降低。
在今年的車展上，福特公司在天然複合材料和可回收複合材料的研製方面取得了巨大成功，一些由這些材料製造的零件已經進入最終制造階段。比如，用洋麻纖維複合材料取代福特翼虎傳統的注射成型塑料內模板可節省大約30萬磅油基材料，並將零件的重量降低25%。更特別的是，福特公司目前甚至在嘗試使用廢棄的美國鈔票來製造複合材料。
擁有天然纖維增強的複合材料除了隔熱和隔音效果更好外，還能降低汽車的質量，耐磨損性能更強。此外，使用這些材料對環境的好處也很多：這些材料本身具有可再生性，而且它們也能減少用於製造塑料的石油消耗。