【汽车与环境】无锡安飞纤材韩楠林:新能源汽车及零部件轻量化复合材料的经济性门槛和解决方案

盖世汽车综合 2017-12-09

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无锡安飞纤维材料科技公司董事长 国家“千人计划”特聘专家 韩楠林

韩楠林:大家下午好!我们是在复合材料自动化生产技术和复合材料领域处于世界领先地位的高科技公司。这个图形是我们做的一款样车,是三接头结构,三块就可以出来。轮毂是宝马之前就宣布过的,结果两年前它就宣布砍掉了,说做不了,我们现在在做,为了做这个,汽车行业比较慢,我们还做电动的滑板车,是让女孩上下公交方便,让它变身一个机器人,为女生拎包。

复合材料汽车车身技术用得最好的就是宝马。这张图是买了日本的原材料,在美国的西雅图做碳纤维,到德国去织布,织布之后做成制件,然后跟整车组装。这张图大家比较熟悉,是i3电动车,另外是i8。i3电动车卖了很多辆,美国也比较普及。中国买I3电动车不是为了开,不是为了用,是为了解剖,买了以后就解剖,解剖的时候互相保密。后来有些工作室就在网上卖,几万块钱一套。这个车的车体是一百公斤,很轻的,碳纤维的原料是一百块钱一公斤,平均下来是75块钱一公斤,是碳纤维树脂。做完以后,成本是600块钱一公斤,600块钱一公斤是什么意思呢?它从原料到制品增加了8倍,宝马是在自动化生产的情况下还增加了8倍。还有一个不是完全自动化生产的,碳纤维的自行车,车架是1.5公斤,整个自行车是6-7公斤,1.5公斤的车架原料成本就200块钱,车架做好之后是4000块钱。为什么这么贵呢?大家都说碳纤维贵,实际上是碳纤维背后的加工成本更贵。有的人说30%是原料,70%是后面加工,实际上不是,为什么那么贵?当初炼宝剑的时候,那个铁的材料就比较贵,炼成宝剑的时候就得千锤百炼,但是菜刀就比较便宜了,因为是流水线生产。

这张是当时宝马的车身出来参展的时候,把连接的部位遮起来了。前几年看媒体报道,我把这个图拼起来,我说你这个车是这样做的,有了这张图,他说你也别抄了,反正知道怎么做的。宝马2015年9月份的时候就公布了,他知道你在抄,我告诉你i8是怎么做的。这就是车体简报图,我看到的时候,我说你一这个宝马是这么做这个车的,实在是不应该这么做,为什么呢?宝马这个i8是两门两盖,它用了55个复合材料件,怎么说呢?当年波音公司做飞机翅膀用碳纤维来做,是发挥了复合材料集成整体制造的优势,它比铝合金的翅膀便宜,现在做的787飞机与铝合金飞机价格差不了多少,但是燃油省了。宝马为了实现自动化生产,采取了分解制造的方法,你反而增加了成本,你用了55套模具,如果我做这个车,10个部件足够了。如果10个部件,它55个部件,还有设备成本,我减掉80%,一下子减掉80%,就这么简单。

现在怎么能够在宝马的基础上,还要进一步减掉成本呢?集成制造是一个方案,怎么做呢?我给大家介绍一下行业的背景。还有一个背景就是我们国家在碳纤维行业,当时是为了解决有毒的问题,必须要有碳纤维,国家投资还有民间投资超过两百亿。我们国家为了做电动汽车,有一些上市公司的老板投资了上百亿的资金,买宝马的局部设备,没有买全。后面宝马把部件联结在一起的部件还没有买。我们这个行业国内做碳纤维车投入的设备上百亿。但是现在的结果是几乎没有订单,只听雷声响。我们听说有一个电动汽车的超跑可能用碳纤维做的,超跑的量毕竟小,碳纤维这个行业,也很简单。我们世界上用得最多的固体材料就是木头和塑料,塑料里面可以加纤维,钢筋水泥也是复合材料,钢筋放在水泥里,纤维放在塑料里,纤维和玻璃纤维最差的都是3000兆帕,你放到塑料里,塑料的强度一般是100兆帕以内,把塑料的强度整体提高到300兆帕。钢筋水泥怎么做呢?第一铺钢筋,第二放水泥,钢筋铺得快,水泥要凝固得快,第一,纤维铺得快,肯定是从丝变成了一个线,线做成布,然后再是线面板体,增加布的厚度,这么叠起来,这么做的话纤维布做好以后,我开始灌树脂,像油那么稀,碰到纤维都渗进去,以前的固化时间是两三个小时甚至一天,两三个小时以前没法大规模成产,做游艇做飞机可以,做汽车不可以。现在为了做汽车,就牺牲了它的一部分强度,固化时间从两三个小时变成两三分钟。这是这几年刚刚有的进步,但是它的原材料中国也跟上了,可以10分钟固化。宝马铺纤维是自动化地铺,平面的。

这边的图是整个宝马的生产工艺,整个过程就是增材制造,你把纤维一层层往上加的时候就是增材制造。三维打印就是蚕吐丝的状态,比较慢,用塑料做3D打印只能做一些快速成型的模样来看一看。我们复合材料增材制造效率比塑料的3D打印高百倍到千倍,全世界关注3D打印,某种程度上也是看偏了,真正的突破在于复合材料,这个可以说是支撑下游技术革命的基础。

这是我们做的样件,5分钟成型。我听说山东用太阳能来铺路面,这个想法在山东已经实现了。塑料放在纤维里面是钢的强,做路面也非常好,我们得了巴黎JEC创新奖。

刚才说到了宝马是分解制造,下面说一下集成制造是怎么样的。

这是迈凯伦提供的,这个车体很轻,只有75公斤。它这个车体原来开始做的时候,是一个星期做一辆,现在的速度是16个小时做一辆,大部分时间还是在手工铺放纤维布,这个车体是手工做的,现在宝马做不了,迈凯伦也做不了,其他人也做不了,我们这边有解决方案。大家对汽车业非常关注,实质上汽车现代科技革命的焦点,我认为汽车有四大革命,一个是智能驾驶,一个是涡轮增压、燃料电池还有锂电池这些动力系统的变化,另外一个大家忽略的车体材料,过去是钢铁,后来是铝,现在是复合材料,如果复合材料解决了生产效率问题,就解决了成本问题,成本问题解决完以后,就和镁合金对标了。这张图说汽车业面临的材料以金属为主,将来很快变成以复合材料,就像飞机787一样,重量的50%、体积的80%会用到复合材料。有哪些好处呢?就是平常用的羽毛球拍的材料,就是碳纤维的材料。抗撞性比钢铁的铁皮高4倍以上。你要是自动驾驶,万一控制系统发疯了怎么办,你得要保护自己。还有汽车材料,第四个是飞行能力,现在无人机和汽车都在发展。无人机加两个轮子,飞机加两个翅膀,还有无人机的情况,也是很快的。因为双方都在发展,双方一个跨界就可以。你回想一下甲壳虫,它都会飞;无人机也要求材料新,飞行汽车要普及的话,在300-500米的高空掉下来,你要考虑到车里的人是不能有事的。从300-500米掉到地上,这个复合材料能帮你。

这是我们做的一款车,为什么宝马不能做迈凯伦的整体车身,为什么要分解制造?这就是宝马纤维布铺放的加工的地方,把纤维布自动切好之后,真空把布切起来,布之间不能打滑,这是它的工艺。另外一个工艺,这是它的供应商,把布滚打开的时候,拉到一边,几个布滚基本上叠合在一起,然后一刀切下去。宝马就用这两个工艺来做纤维预制件,它做不了复杂系统,所以它的成本就高了,这也是宝马的流程,做得了碟子,做不了杯子,不能集成制造。

这个是一张稍微复杂一点的铺放,手工做的这些动作如果能够实现自动化,你的问题就解决了。这个事情我们是有方案可以做到的。形状一复杂的时候,铺的时候就有褶皱了,你怎么控制这些褶皱呢?就像女孩子穿百褶裙,一边是收腰的,一边是开口的,你把这个问题解决了就赢了。

如果你解决之后,这个行业怎么回事呢?塑料的大规模生产主要最多的就是注塑机,效率很高,做小件,做发动机、保险杠两三分钟。整个生产流程,生产制造前面这一块做纤维预制件实现自动化,我们能够把这个预制件做成立体的复杂形状,然后放到模具里,快速成型,整个流程从两三个小时变成两三分钟,你生产出来的件就不是塑料件,是钢一样的件。这个过程是可以实现的。这个图就是塑料由木头变钢体,现在是大规模地很随意地变钢体。现在这个技术也出现了,这个实现之后,我们可以做到什么呢?做到我做汽车的轮毂,我用玻璃纤维做轮毂,玻璃纤维的比重是2.0,跟铝的成本基本上可以持平,比铝合金的轮毂轻30%,铝的成本是12块钱一斤,玻璃纤维的成本是6块钱一斤,树脂是30块钱一公斤,平均下来就是17块钱一公斤,我生产的成本也低了。这就是说现在的汽车行业,你的内饰件全是塑料的,现在不能受力的内饰件不能做,跟你差不多的生产方法改进了之后,变成钢的强度来做整体车身。铝跟玻璃纤维复合材料基本做轮毂是持平的。碳纤维和锻造的铝合金轮毂是差不多持平的,我做10公斤的轮毂,成本是1500块钱,我加一点加工费就可以了。碳纤维的轮毂和锻造的轮毂是差不多持平的,这是一个全新的产业。

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