Niekas nenustebs sužinojęs, kad šiandien automobilių gamyboje daugiausia naudojama medžiaga yra plienas. Jis toks pats svarbus automobilių pramonei kaip miltai duonos kepėjams. Tačiau plienas – ne vienintelė medžiaga, naudojama automobilių kėbulų gamyboje.
Praėjusioje LRT.lt projekto „Mano ratai“ publikacijoje galėjote susižinoti, ką reiškia garsiausių ir populiariausių automobilių gamintojų pavadinimai. Tačiau nė vienas automobilis nebūtų pagamintas, jei nebūtų tam tinkamų medžiagų.
Šį kartą – apie populiariausias ir įdomiausias medžiagas, kurios naudojamos automobilių gamyboje. „Mano ratai“ – apie tai, kuo daugelį patraukė plienas, kodėl kai kurie bandė išsišokti ir naudojo aliuminį ir kas kiša koją siekiui plačiau panaudoti anglies pluoštą automobilių gamyboje.
Atsakyti į šiuos klausimus LRT.lt padėjo „Toyota“ dizaino padalinyje dirbantis dizaineris Tomas Jankauskas.
Plienas – visų gamintojų numylėtinis
Kaip skelbia Tarptautinė automobilių gamintojų organizacija, 2017-aisias pasaulyje buvo pagaminta daugiau nei 97 mln. naujų automobilių. Vienam automobiliui pagaminti vidutiniškai sunaudojama 900 kilogramų plieno.
Daugiau nei trečdalis plieno panaudojama kėbulo detalių ir rėmo gamybai. Beveik penktadalis – varikliui, dar dešimtadalis važiuoklės elementams. Iš plieno gaminama ir daug kitų automobilio elementų: degalų bakas, vairo mechanizmas, stabdžių sistema.
Automobilių dizaineris T. Jankauskas sako, kad nieko nuostabaus, jog plieną taip mėgsta gamintojai. Palyginus su kitomis medžiagomis, jį lengva apdirbti, jis tvirtas ir pakankamai lankstus, todėl puikiai tinka kėbului ir kitiems elementams gaminti.
„Viską lemia medžiagų patvarumas, kaina ir pačio kėbulo standumas. Anksčiau viskas buvo virinama, dabar vis dažniau stengiamasi naudoti klijavimo technologiją“, – sako T. Jankauskas.
Jis priduria, kad plieną gamintojai renkasi ir dėl to, kad tai ne tik lengvai formuojama ir apdirbama, bet ir lengvai prieinama medžiaga.
Ne ką mažiau svarbu ir tai, kad plienas labai patogi medžiaga masinėje automobilių gamyboje. Pavyzdžiui, specialūs štampai vieną detalę iš plieno lakšto gali suformuoti per kelias sekundes, o vienas štampas gali būti panaudotas kelioms dešimtims detalių pagaminti.
Tačiau plienas turi ir tam tikrų trūkumų, kurie kartais riboja dizainerių fantaziją ir galimybes.
„Kuriant dizainą reikia atsižvelgti į tai, kokios medžiagos bus naudojamos. Pavyzdžiui, plieno trūkumas toks, kad, norint iš šios medžiagos štampuoti detales, jos turi pasižymėti tik pozityviu nuolydžio kampu. Jei detalėje yra negatyvių išėjimų, reikia daryti dvejų arba trijų dalių štampus, o tai labai padidina kaštus“, – pastebi T. Jankauskas.
Nepaisant to, plienas išlieka pačia patogiausia ir geriausia medžiaga masinėje automobilių gamyboje. Tačiau tai nėra vienintelė medžiaga, kuri naudojama automobiliams gaminti.
Aliuminis – lengvas ir tvirtas, bet brangus
Nors plienas yra plačiausiai automobilių gamybai naudojama medžiaga, kai kurie gamintojai sugebėjo prisijaukinti ir kitas medžiagas. Pavyzdžiui, „Audi“ yra sukūrusi ne vieną modelį, kurio kėbulas buvo pagamintas iš aliuminio.
Ši medžiaga yra labai tvirta ir lengva, todėl užtikrina santykinai nedidelį bendrą automobilio svorį, o tai prisideda prie geresnės kuro ekonomijos.
Tačiau aliuminis turi trūkumų, kurie neleidžia šiai medžiagai prasibrauti į masinę automobilių gamybą.
„Pats aliuminis yra stiprus, tačiau jį liejant gali susidaryti oro tarpai ir ertmės, o tai labai sumažina jo standumą. Todėl detalės reikia skenuoti, ypač tas, kurios atsakingos už kėbulo standumą. Galiausiai, viską lemia kaina, nes šios medžiagos apdirbimas yra ganėtinai brangus“, – pastebi T. Jankauskas.
Jis pabrėžia ir dar vieną aliuminio trūkumą, ypač jei jį bandoma kombinuoti su detalėmis, pagamintomis iš kitų medžiagų, pavyzdžiui, plieno ar plastiko.
„Didelė problema – automobilio dažymas. Pavyzdžiui, stogas iš plieno, variklio dangtis iš aliuminio, o kai kurie kiti elementai pagaminti iš plastiko. Jei norima viską nudažyti vienoda spalva, tai tampa dideliu iššūkiu, nes kiekviena medžiaga turi kitokį atspindį ir struktūrą.
Neretai ir šiandien galima pamatyti, kad truputį skiriasi net ir visiškai naujo automobilio bamperio ir kitų kėbulo elementų atspalviai“, – pavyzdį pateikia T. Jankauskas.
Anglies pluoštas – ypač tvirtas, bet sunkiai apdirbamas
Nors anglies pluoštas automobilių gamyboje naudojamas vis dažniau, ši medžiaga taip pat turi labai ribotas panaudojimo galimybes, kurios ne visada tenkina masinės produkcijos poreikius.
„Anglies pluoštas reikalauja daug rankų darbo ir specialios vakuumavimo technologijos, o tam reikalingos milžiniškos staklės. Todėl šios medžiagos panaudojimas nėra ypač patogus masinei produkcijai“, – pagrindinį šio medžiagos trūkumą LRT.lt įvardija T. Jankauskas.
Anglies pluošto detalių gamyba užtrunka ir dėl to, kad šią medžiagą į specialias formas reikia sukloti rankomis. Taip pat naudojamos įvairios epoksidinės dervos, kurios išdžiūsta tik praėjus kelioms valandoms, ir tam naudojamos specialios krosnys. Dėl šios priežasties vienos detalės gamyba gali užtrukti visą dieną, o masinei produkcijai – tai nepriimtinas laiko tarpas.
Tačiau kai kurie gamintojai priėmė iššūkį ir bando anglies pluoštą panaudoti masinėje gamyboje. T. Jankauskas pateikia BMW pavyzdį, gaminant „i3“ ir „i8“ modelius. Šių automobilių pagaminta kelios dešimtys tūkstančių ir tai puikus rodiklis žinant anglies pluošto apdirbimo specifiką. Tačiau toks lygis, kokio reikia dar didesniems produkcijos kiekiams, dar nepasiektas.
„Manau, kad tai buvo susiję ne tik su praktiniu anglies pluošto pritaikymu, bet ir su bandymu pademonstruoti technologijas. Nes, jei tokiu pat metodu būtų pradėti gaminti, pavyzdžiui, „Toyota Corolla“, kurių pagaminama milijonai, toks metodas būtų per sudėtingas“, – mano T. Jankauskas.
Dėl tokių sudėtingo anglies pluošto apdirbimo procesų dažniausiai ši medžiaga naudojama tik atskiroms detalėms, pavyzdžiui: variklio dangčiams, durims ar veidrodėliams gaminti.
Arba naudojama labai brangių ir greitų sportinių automobilių gamybai. Pavyzdžiui, „Lamborghini Aventador“, „Lexus LFA“ ar „McLaren P1“ monokokai pagaminti iš anglies pluošto.
Toks sprendimas pasirinktas dėl to, kad anglies pluoštas labai lengvas ir tvirtas, be to, tokių automobilių per metus pagaminama labai nedaug, taigi anglies pluošto apdirbimo trūkumai nėra tokie kritiniai kaip gamintojams, kurie per dieną pagamina kelis tūkstančių naujų automobilių.
Medinės kėbulo konstrukcijos – tik entuziastų pasirinkimas
Antrojo pasaulinio karo metu mediena automobilių gamybai buvo naudojama pakankamai plačiai. To priežastis buvo ganėtinai paprasta – visos metalo atsargos buvo siunčiamos į karo pramonę. Todėl automobilių gamintojams reikėjo ieškoti kitų alternatyvų.
Tačiau šiandien situacija visiškai kitokia. Gamintojai gali rinktis iš gausybės metalo rūšių, be to, ir pagaminamų automobilių kiekiai yra daug didesni nei prieš 60 ar 70 metų. Taip pat medis turi ir tam tikrų trūkumų.
„Nors medis – gera medžiaga, tačiau jis reikalauja daug rankų darbo. Pavyzdžiui, jį išlenkti ir suformuoti reikia daug darbo ir laiko. Be to, kiekvienas medis yra unikalus, tai gyvas daiktas, todėl nėra galimybės jį standartizuoti. Metalo mišinį galima sukurti ir atkartoti, o medis, net ir tos pačios rūšies, gali labai skirtis“, – LRT.lt akcentuoja T. Jankauskas.
Tiesa, ne visi gamintojai linkę pasiduoti. Britiškų sportiškų automobilių gamintojas „Morgan“ vis dar kuria automobilius, kurių nešančiosios konstrukcijos pagamintos iš medžio. Tačiau, automobilių dizainerio T. Jankausko manymu, taip daroma tik dėl sentimentų ir noro išlaikyti markės išskirtinumą. Taip pat reikėtų atkreipti dėmesį į tai, jog „Morgan“ per metus pagamina tik kelis šimtus automobilių.
Todėl, kaip ir anglies pluošto atveju, medienos trūkumai nėra tokie svarbūs, kokie jie yra masinių automobilių gamintojams.
Ateitis – 3D spausdinimas
Kol kas automobilių gamyboje karaliauja plienas. Tačiau T. Jankauskas mano, kad tik laiko klausimas, kada bus sukurtos naujos, kur kas egzotiškesnės medžiagos, kurios bus pritaikytos masinėje automobilių gamyboje, arba 3D spausdinimo technologijas vystantys kūrėjai prisijaukins plieną.
„Manau, kad didelis proveržis įvyks tada, kai 3D spausdinimu bus galima sukurti didelio masto produkciją. Tuomet tikrai turėtume pamatyti vis daugiau egzotiškesnių medžiagų.
Pavyzdžiui, mes jau eksperimentuojame su plieno 3D spausdinimo technologija ir gaunami rezultatai yra labai geri.
JAV yra sukurtas automobilis „Hack Rod“, kurio rėmas atspausdintas iš plieno. Iš pradžių kompiuterinio modeliavimo būdu buvo apskaičiuota, kurios rėmo vietos patiria didžiausią stresą, tada jos sutvirtintos. Galiausiai, su kompiuterinio skaičiavimo metodu buvo apskaičiuota, kiek metalo reikia konkrečioje rėmo vietoje.
Manau, kad tai ir yra pagrindinė problema – optimizavimas, tai yra: kiek, kurioje vietoje ir kokio plieno reikia. Todėl, manau, kad tik laiko klausimas kol fizikai ar chemikai išras medžiagas, kurios bus tinkamos masinei produkcijai“, – į ateitį žvelgia T. Jankauskas.
