Как сделать детали автомобиля из углеродного волокна: Полное пошаговое руководство

Детали автомобиля из углеродного волокна Они в 5 раз прочнее стали, но весят вдвое меньше. Именно поэтому их можно увидеть на таких суперкарах, как carbon fiber Lamborghini и гоночные автомобили в Формуле 1. Если вы хотите сделать свой собственный кузовные панели из углеродного волокна, спойлеры, или даже carbon fiber chassis, Это руководство покажет вам, как именно это сделать.

Почему углеродное волокно имеет значение для автомобилей

Углеродное волокно это не только внешний вид. Согласно отраслевым данным, углеродное волокно предлагает прочность на разрыв 500-700 ksi по сравнению с 50-80 ksi у стали. Кроме того, вы сэкономите 40-60% на весе по сравнению с алюминиевыми деталями. Это очень важно для производительность, экономия топлива, и умение обращаться.

Крупные бренды используют углеродное волокно теперь повсюду. В i3 от BMW он используется в шасси. Кибергрузовик Tesla использует панели из переработанного углеродного волокна сократить расходы на 30%. Сайт Lamborghini Aventador SVJ имеет монокок шасси 75% углеродное волокно.

Опыт производства углеродного волокна в реальных условиях

Компания ChinaCarbonFibers изготовила тысячи автомобильных деталей из углеродного волокна, включая капоты, диффузоры, впускные системы и структурные RTM-компоненты для OEM-производителей и автоспортивных клиентов.

В реальном производстве мы видим, что: - Частота отказов при мокрой укладке резко возрастает при толщине более 2,5 мм - Неправильная вакуумная герметизация вызывает более 60% косметических дефектов - Ошибки в ориентации волокон являются #1 причиной растрескивания деталей при монтаже

Материалы, необходимые для начала работы

Прежде чем начать производство углеродного волокна Соберите все необходимое для проекта:

Основные материалы

Ткань из углеродного волокна (саржевое или полотняное переплетение)
Эпоксидная смола (медленное отверждение лучше всего подходит для начинающих)
Разделительный агент (ПВА или воск для предотвращения прилипания)
Оборачиваемая плита для гладких поверхностей
Дышащая ткань для поглощения излишков смолы

Основные инструменты

Система вакуумной упаковки ($200-$500)
Vacuum pump для инфузии смолы
станок с ЧПУ или 3D-принтер для изготовления форм
Респиратор (Пыль из углеродного волокна опасна!)
Лезвие с алмазным покрытием для обрезки
Шлифовальная бумага (зернистость от 400 до 1000)

Вы можете найти качественные материалы у таких поставщиков, как Toray Industries, Hexcel, или SGL Carbon. Много композитные заводы на заказ также продают стартовые наборы.

Шаг 1: Создайте форму

Все начинается с хорошего форма. Вы не можете сделать качество детали автомобиля из углеродного волокна без него.

Создание формы

Использовать CAD-моделирование программное обеспечение для проектирования детали. Отлично подойдут такие программы, как SolidWorks или Fusion 360. Вам нужны точные измерения. Даже небольшие ошибки испортят конечную деталь.

У вас есть два основных варианта изготовления форм:

Обработка на станках с ЧПУ: Этот метод позволяет получить очень точные формы. Именно так поступают профессионалы. производители углеродного композита использование. Недостаток? Станки с ЧПУ стоят дорого.

3D-печать: Гораздо дешевле для небольших проектов. Ford Performance использует 3D-печатные формы 50%, чтобы ускорить создание прототипов. Однако печатные формы не так долговечны при изготовлении множества деталей.

Если вы модифицируете существующую деталь автомобиля, вы можете изготовить пресс-форму прямо из нее. Просто покройте оригинальную деталь разделительный агент и наращивать вокруг него слои стекловолокна.

Шаг 2: Выберите способ укладки

The процесс укладки это место, где вы фактически создаете свой часть из углеродного волокна. Существует несколько методик, и каждая из них имеет свои преимущества.

Техника мокрой укладки

Это самый простой метод для новичков. Вот как он работает:

Сократите свой ткань из углеродного волокна чтобы соответствовать вашей форме
Смешайте ваши эпоксидная смола в соответствии с инструкциями
Нанесите кистью смолу на первый слой ткани
Поместите ткань в форму
Добавьте еще несколько слоев, протирая смолой каждый из них.
Удалите пузырьки воздуха с помощью валика

Влажная укладка Стоит дешевле и не требует модного оборудования. Но у него более высокая пустое содержимое (5-10%), что делает детали более слабыми. Расслоение происходит в 12% деталей, изготовленных методом мокрой укладки, по сравнению с 2% при использовании других методов.

Препрег из углеродного волокна

Препрег означает предварительную пропитку. Сайт ткань из углеродного волокна В нем уже есть смола. Вы просто укладываете ее в форму и отверждаете.

Этот метод позволяет получить самые прочные детали. Препрег с автоклавное отверждение создает только пустоты 0,1%. Поэтому McLaren Automotive, Pagani Automobili, и Koenigsegg используют его для своих автомобили из углеродного волокна.

В чем загвоздка? Препрег должен оставаться замороженным до тех пор, пока вы его не используете. Вам также понадобится автоклав или печь для полимеризации до 250°F или выше.

Метод вакуумной упаковки

Эта техника работает как с мокрая укладка и препрег. После того как вы разместите свой углеродное волокно в плесени, ты:

Накройте его слоёная плита
Добавлять воздухопроницаемая ткань
Запечатайте все вакуумная упаковочная пленка
Подключите vacuum pump
Вытяните воздух, чтобы сжать слои

Вакуумная упаковка Удаляет воздушные карманы и равномерно распределяет смолу. Это значительно снижает пустоты и делает детали намного прочнее.

Resin Transfer Molding (RTM)

RTM это то, что используют профессионалы для автомобильный производство. Вы помещаете сухую ткань из углеродного волокна в закрытую форму, затем впрыскивают смолу под давлением.

The Lamborghini Aventador SVJ использует RTM для своего монококовое шасси. Этот метод 20% быстрее, чем другие методы для больших деталей. Кроме того, он обеспечивает очень стабильное качество.

However, RTM требует дорогостоящего оборудования и точных форм. Это непрактично для большинства проектов "сделай сам".

Шаг 3: Понять ориентацию волокон

Как вы укладываете углеродное волокно имеет большое значение. Направление волокон изменяет прочность детали.

Объяснение углов волокон

Ориентация 0°/90°: Максимальная жесткость. Используйте для конструктивные элементы нравиться подвеска из углеродного волокна компоненты
Ориентация ±45°: Лучшая гибкость. Хорошо подходит для изогнутых кузовные панели или капоты из углеродного волокна
Однонаправленное углеродное волокно: Все волокна идут в одном направлении. Суперпрочные, но только в этом направлении
Углеродное волокно с саржевым плетением: Волокна пересекаются под углом 90°. Сбалансированная прочность в обоих направлениях
Углеродное волокно простого плетения: Наиболее распространенная модель. Хорошая универсальная прочность

Профессиональный производители углеродного волокна часто используют несколько направлений в одной детали. Они могут чередовать слои, чтобы добиться прочности во всех направлениях.

Шаг 4: Отверждение детали

Отверждение это когда смола затвердевает и скрепляет все вместе. У вас есть несколько вариантов:

Отверждение при комнатной температуре

Самый простой метод. Просто оставьте деталь при обычной комнатной температуре на 24-48 часов. Большинство эпоксидные смолы вылечится таким образом.

Это отлично подходит для некритичных деталей, таких как спойлеры из углеродного волокна или кузовные панели. Но детали будут не такими прочными, как при печном отверждении.

Печное отверждение

Тепло ускоряет отверждение и делает детали более прочными. Типичный график - 2 часа при температуре 250°F.

Вам не нужен специальный автоклав. Для мелких деталей подойдет обычная духовка. Просто убедитесь, что она достигает нужной температуры.

Послелечебная терапия

Хотите максимальной силы? Сделайте после лечения после первоначального отверждения. Запекайте деталь при температуре 200°F в течение 4 часов.

Это увеличивает Tg (температура стеклования) из смола. Ваша деталь будет лучше переносить нагрев и станет прочнее на 25%.

Автоклавное отверждение

Автоклавы сочетать тепло и давление. Это позволяет создать абсолютно лучший детали из углеродного волокна with minimal пустоты и расслаивание.

Формула 1 команды используют автоклавное отверждение для каждой детали. Давление (85-100 фунтов на квадратный дюйм) отлично выдавливает воздух и излишки смолы.

. автоклав стоит от $50,000 до $500,000. Поэтому только серьезные автоспорт команды и производители углеродного композита используйте их.

Шаг 5: Формовка и отделка

Когда деталь полностью затвердела, пришло время извлечь ее из формы и придать ей великолепный вид.

Безопасная разборка

Не торопитесь с этим шагом. Нанесите разделительный агент правильно перед укладкой, и распалубка становится легкой.

Аккуратно обработайте края пластиковым клином. Никогда не используйте металлические инструменты - они поцарапают вашу форму или деталь.

Обрезка лишнего материала

У вас будет дополнительная углеродное волокно по краям. Для обрезки используйте угловую шлифовальную машину с алмазным напылением.

Работайте медленно и надевайте респиратор. Пыль из углеродного волокна серьезно вреден, если его вдыхать.

Шлифовка и полировка

Начните с наждачной бумаги с зернистостью 400, чтобы сгладить неровности. Затем перейдите к 600, 800 и, наконец, 1000 грит.

Шлифовка деталей из углеродного волокна требует терпения. Если шлифовать слишком интенсивно, вы прорежете внешний слой и испортите внешний вид.

Прозрачное покрытие

Всегда наносите прозрачное покрытие для Защита от ультрафиолета. Без него эпоксидная смола пожелтеет, а углеродное волокно со временем ослабевает.

Используйте автомобильный уретановый прозрачный лак. Нанесите 2-3 слоя с легкой шлифовкой между каждым. Это также делает классический глянцевый углеродное волокно смотреть.

Советы профессионалов для максимальной силы

Хотите получить детали, не уступающие тем, что вы видите на carbon fiber Lamborghini? Следуйте этим профессиональным методикам:

Устранение пустот

Пустоты (воздушные карманы) - ваш враг. Они создают слабые места, в которых детали могут треснуть.

Всегда используйте вакуумная упаковка для критических деталей. Данные показывают, что это снижает пустое содержимое от 10% до 1-2%.

Осторожно скатайте пузырьки воздуха во время мокрая укладка. Работайте от центра наружу, чтобы направить воздух к краям.

Правильно сориентируйте волокно

Не просто лежать ткань из углеродного волокна случайно. Планируйте свои ориентация волокон в зависимости от нагрузок, которым будет подвергаться деталь.

For a капот из углеродного волокна, Для придания жесткости используйте в основном слои 0°/90°. Добавьте один или два слоя ±45° для повышения ударопрочности.

Контролируйте соотношение смол

Слишком смола добавляет вес без прочности. Слишком малое количество оставляет сухие пятна.

Идеал соотношение волокна и смолы составляет 60:40 по весу. Это означает, что 60% углеродное волокно и 40% смола.

Измеряйте все точно

Производство углеродного волокна не прощает. Деталь со смещением на 2 мм может не подойти.

Использовать CAD-моделирование чтобы проверить размеры, прежде чем что-то вырезать. Дважды проверьте размеры на вашей пресс-форме.

Распространенные ошибки, которых следует избегать

Учитесь на чужих ошибках. Эти ошибки разрушают больше детали автомобиля из углеродного волокна чем что-либо другое:

Средство для освобождения от пропусков

Забудьте о разделительный агент и ваша деталь навсегда приклеится к форме. Вы разрушите и деталь, и форму, пытаясь отделить их друг от друга.

Всегда наносите 3-4 слоя разделительный агент перед началом укладка. Дайте каждому слою полностью высохнуть.

Неправильное соотношение смеси смол

Эпоксидная смола требует точного смешивания. Слишком много отвердителя приводит к слишком быстрому затвердеванию. Слишком мало - и он остается липким навсегда.

Используйте весы для измерения веса, а не объема. Точно соблюдайте указанные производителем пропорции.

Плохая вентиляция в мастерской

Углеродное волокно и смола испарения токсичны. Работа без вентиляции вызывает головную боль, головокружение и долгосрочные проблемы со здоровьем.

Всегда работайте в хорошо проветриваемом помещении. Носите соответствующий респиратор с картриджами для органических паров - не просто пылезащитная маска.

Спешка в лечении

Заманчиво распаковать детали раньше времени. Не делайте этого. Неотвержденный смола слабый и будет деформироваться.

Подождите полного времени отверждения. Затем подождите еще 4 часа для надежности.

Неадекватные СИЗ

Пыль из углеродного волокна навсегда повреждает ваши легкие. Невылеченные смола раздражает кожу и глаза.

Наденьте перчатки и респиратор, защитные очки и длинные рукава для каждого шага производство углеродного волокна.

Применение в автомобильной промышленности

Углеродное волокно изменит то, как мы создаем автомобили. Вот где вы его увидите:

Запчасти

Капоты из углеродного волокна: Экономия 20-30 фунтов по сравнению со сталью
Спойлеры из углеродного волокна: Лучше аэродинамика на высокой скорости
Диффузоры из углеродного волокна: Увеличение прижимной силы
Колеса из углеродного волокна: Снижение неподрессоренной массы для лучшей управляемости

Даже небольшая экономия веса имеет значение. Каждые 100 фунтов улучшают ускорение, торможение и прохождение поворотов.

Гоночные приложения

Автоспорт диски углеродное волокно innovation. Формула 1 использовал монококи из углеродного волокна с 1980-х годов.

Эти гонки carbon fiber chassis защищают водителей при столкновениях на скорости более 200 миль в час. Кроме того, они невероятно легкие - полный монокок F1 весит всего 77 фунтов.

Проекты реставрации

Углеродное волокно Вдохнет новую жизнь в классические автомобили. Замените ржавую сталь кузовные панели с углеродное волокно версии.

Вы сохраните оригинальный внешний вид, но при этом сэкономите сотни килограммов. Ваш классический автомобиль лучше управляется и расходует меньше топлива.

Электромобили

Вес имеет еще большее значение для электромобили. Тяжелые батареи снижают дальность стрельбы.

Тесла использует переработанное углеродное волокно для создания более легких деталей без огромных затрат. BMW i3 доказывает, что можно построить целый углеродное волокно пассажирская камера для серийного автомобиля.

Разбивка по стоимости: Самоделкины и профессионалы

Сколько будет стоить ваш проект? Это зависит от вашего подхода.

Сделай сам Детали из углеродного волокна

Для мелких деталей, таких как спойлер из углеродного волокна или деталь отделки:

Ткань из углеродного волокна: $20-50 за ярд
Эпоксидная смола: $30-80 за галлон
Поставки вакуумных мешков: $50-100
Высвобождающее вещество и подготовка: $20-30
Инструменты: $100-300 (единовременная покупка)

Всего на небольшую часть: $50-200 плюс ваши трудозатраты

Влажная укладка снижает затраты. Вы потратите больше времени, чем денег.

Детали профессионального качества

Хотеть углеродное волокно не хуже, чем у BMW или Макларен делает? Вы заплатите больше:

Препрег углеродного волокна: $50-200 за фунт
Автоклавное отверждение: Требуется оборудование $50,000+
Пресс-формы с ЧПУ: $1,000-10,000 в зависимости от сложности
Проверка контроля качества: $500-2,000 за деталь

Стоимость деталей OEM-класса: $500-5,000 в зависимости от размера и сложности

Профессиональный производители углеродного композита инвестируют значительные средства в оборудование. Это качество проявляется в прочности и отделке.

Сравнение стоимости с другими материалами

Данные по BMW i3 показывают углеродное волокно стоит $15 за фунт против $0,30 за фунт у стали. Это в 50 раз дороже!

Но не забывайте об экономии веса. Вам понадобится гораздо меньше углеродное волокно чтобы сравниться с прочностью стали. Для мощных автомобилей преимущества оправдывают затраты.

Воздействие на окружающую среду и устойчивое развитие

Углеродное волокно имеет экологические издержки. На производство расходуется около 150 МДж/кг энергии. Это в 5-7 раз больше, чем при производстве стали - 20-30 МДж/кг.

Переработка углеродного волокна

Хорошие новости: переработка углеродного волокна улучшается. Пилотная программа BMW достигла восстановления 85% с помощью пиролиз (нагрев без кислорода).

Переработанное углеродное волокно отлично подходит для некритичных деталей. Тесла использует его в Cybertruck, чтобы сократить расходы и снизить воздействие на окружающую среду.

Экологически чистое углеродное волокно

Компании разрабатывают углеродное волокно на биооснове из растительного сырья. Graphene-enhanced carbon fiber Испытания, проведенные в Манчестерском университете, показали, что 25% обладает лучшей прочностью при меньшем количестве материала.

Передовые техники и инновации

Углеродное волокно Технология постоянно совершенствуется. Вот что является передовым:

3D-печать углеродного волокна

Некоторые 3D-принтеры теперь используют нить из углеродного волокна. Это позволяет напрямую печатать формы или даже небольшие детали.

Ford Performance использует 3D-печатные формы для создания прототипов. Это на 50% быстрее, чем традиционное изготовление форм.

Компрессионное формование

В этой технике используются металлические формы и гидравлическое давление. Это быстрее, чем hand layup для производственных объемов.

Compression molding хорошо работает для кузовные панели из углеродного волокна когда вам нужно 100 с лишним одинаковых деталей.

Самовосстанавливающееся углеродное волокно

Исследователи встраивают в них специальные смолы, которые автоматически заделывают небольшие трещины. Это может сделать углеродное волокно еще более прочным.

Контроль качества и тестирование

Профессиональные производители проверяют каждый углеродное волокно часть. Также следует поступить и с критическими компонентами.

Визуальный осмотр

Искать:

Расслоение (Слои разделяются)
Пустоты (видимые воздушные карманы)
Сухие участки (участки, не имеющие достаточного количества смола)
Морщины в плетение из углеродного волокна

Любой из этих недостатков ослабляет деталь.

Испытание на пористость

Используйте ультразвуковой контроль для поиска скрытых пустоты. Профессиональный производители углеродного композита испытание 100% конструктивных элементов таким образом.

Испытание на прочность

Для таких важных деталей, как подвеска из углеродного волокна компоненты, проводите разрушающие испытания. Изготовьте дополнительные детали и испытайте их на отказ.

Это позволяет определить запас прочности перед использованием детали на вашем автомобиле.

Работа с профессиональными производителями

Не каждый проект можно сделать самостоятельно. Иногда вам нужен индивидуальный композитный завод для:

Крупные сложные детали, такие как carbon fiber chassis
Соответствует требованиям FIA компоненты для гоночных автомобилей
Крупносерийное производство
Требуются детали автоклав качество

Профессиональный производители углеродного волокна offer:

CAD-моделирование услуги
Расширенный компрессионное формование и RTM
Контроль качества тестирование
Отраслевые сертификаты

Они могут сделать изготовленное на заказ углеродное волокно детали по вашим точным спецификациям.

Начните сегодня

Готовы сделать свой первый деталь автомобиля из углеродного волокна? Начните с малого.

Идеи проектов для начинающих

Элементы внутренней отделки
Маленький спойлеры из углеродного волокна
Ручки переключения передач или чехлы для рулевого колеса
Приборные панели

Эти детали простой формы, неструктурные и безопасные для обучения.

Основные правила безопасности

Always wear a респиратор при резке или шлифовке
Работайте в проветриваемых помещениях
Наденьте перчатки и защитите глаза
Утилизировать углеродная пыль осторожно
Никогда не ешьте и не пейте на рабочем месте

Углеродное волокно Безопасность не является чем-то необязательным. Одна ошибка может нанести непоправимый вред здоровью.

Учебные ресурсы

Смотрите видео от профессионалов производство углеродного волокна магазины. Присоединяйтесь к онлайн-форумам, где производители делятся советами.

Начните с мокрая укладка чтобы научиться основам. Переходите к вакуумная упаковка когда вам удобно. Сохранить препрег и автоклав работать позже.

Будущее углеродного волокна в автомобилестроении

Автомобили из углеродного волокна становятся все более распространенными. То, что раньше было только на суперкарах за миллионы долларов, теперь появляется и на обычных автомобилях.

Toray Industries и другие поставщики разрабатывают более дешевые методы производства. Автоматизированный размещение волокон Роботы могут укладывать детали быстрее, чем люди.

Teijin Carbon и Mitsubishi Chemical создают новые типы углеродное волокно которые лучше держатся и стоят дешевле.

По мере увеличения масштабов производства, детали автомобиля из углеродного волокна станет доступным для большего числа людей. Снижение веса способствует как производительности, так и экономии топлива.

Заключение

Изготовление детали автомобиля из углеродного волокна требует терпения, практики и внимания к деталям. Но результаты того стоят.

Вы создадите детали, которые будут легче, прочнее и лучше выглядеть, чем стальные или алюминиевые. Строите ли вы гоночный автомобиль, восстанавливаете классику или просто хотите получить лучшее кузовные панели из углеродного волокна, Эти приемы помогут вам в этом.

Начните с простых проектов, используя мокрая укладка. Учитесь правильно вакуумная упаковка. Овладейте ориентация волокон и соотношения смол. Вскоре вы будете делать углеродное волокно детали, не уступающие профессиональным производители углеродного композита производить.

Самое важное? Начните сегодня. Ваша первая часть не будет идеальной. Это нормально. Каждый эксперт начинал с новичка. Возьмите несколько ткань из углеродного волокна и эпоксидная смола и создать нечто потрясающее.