寶馬碳纖維生產(chǎn)工藝 2020年內(nèi)降低成本

近期海外媒體對(duì)外曝光了寶馬公司大力普及碳纖維材料的計(jì)劃，其中更涉及了這一成本高昂材料的大體制作工藝。根據(jù)寶馬公司的計(jì)劃，車(chē)身輕量化與高能效將是這家公司未來(lái)賴(lài)以生存的核心競(jìng)爭(zhēng)力。而電動(dòng)車(chē)和碳纖維車(chē)身將是這一核心的重中之重。

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正在被精心制造的碳纖維材料 本文來(lái)自123

    普及全球最昂貴車(chē)身材料

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    為了讓旗下車(chē)輛免遭可能的淘汰，寶馬在美國(guó)華盛頓郊區(qū)開(kāi)始了新的嘗試。在這里的生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)，幾十萬(wàn)條纖細(xì)的白色細(xì)線蜿蜒向上。蜿蜒盤(pán)旋，長(zhǎng)度近一英里，這些細(xì)絲看起來(lái)像是世界上最細(xì)的米線，經(jīng)過(guò)拉伸、烘烤，直至變成黑色，它們就成了碳纖維——這是一種比人類(lèi)頭發(fā)還細(xì)，但比鋼鐵還堅(jiān)硬的材料。

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碳纖維材料由白色的丙烯酸線纖維烘烤而成

　　但是極其昂貴的造價(jià)卻是碳纖維的缺點(diǎn)。據(jù)咨詢公司弗若斯特沙利文公司(Frost & Sullivan)估算，使用碳纖維的成本折算下來(lái)相當(dāng)于每公里花費(fèi)20美元。使用鋼鐵時(shí)，這一數(shù)字僅為1美元。寶馬的目標(biāo)是——截至2020年，將碳纖維車(chē)架的造價(jià)降低到與鋁制車(chē)架同一水平。

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碳纖維車(chē)身材料

    雖然這些黑色的細(xì)絲已經(jīng)在F1賽車(chē)、像布加迪威龍這樣的超級(jí)跑車(chē)以及波音787中得到了應(yīng)用，但是在大批量生產(chǎn)中，由于自身的復(fù)雜性以及高昂的造價(jià)和時(shí)間成本，碳纖維還未經(jīng)測(cè)試。因此，寶馬想要在這方面開(kāi)創(chuàng)先河——批量生產(chǎn)碳纖維。 copyright 123456

    寶馬最初的計(jì)劃是碳纖維產(chǎn)量占全球市場(chǎng)份額的約10%。這在現(xiàn)代汽車(chē)業(yè)是不同尋常的?，F(xiàn)在，越來(lái)越多的汽車(chē)企業(yè)將配件生產(chǎn)進(jìn)行外包，以降低成本。 123456

    “寶馬的做法讓人想起了工業(yè)革命。當(dāng)時(shí)企業(yè)的生產(chǎn)都是從鐵礦石開(kāi)始，或者他們把工廠修在電廠附近，”一名來(lái)自Frost&Sullivan森奈辦公室的分析師Aravind Chander表示。“這是一種激進(jìn)的做法，目前還沒(méi)法證明的對(duì)錯(cuò)。”

    從源頭入手 123,123

    為生產(chǎn)纖維，寶馬于2009年和SGL Carbon SE 成立了一家合資公司。由于該項(xiàng)目的戰(zhàn)略重要性，寶馬做出了一項(xiàng)罕見(jiàn)的舉措，即通過(guò)購(gòu)買(mǎi)16%的股份來(lái)對(duì)抗大眾汽車(chē)所購(gòu)買(mǎi)的10%股份，從而保證其在位于德國(guó)威斯巴登的制造商的影響力?？锾丶易宓某蓡T之一Susanne Klatten是寶馬的大股東，她也購(gòu)買(mǎi)了SGL的27%的股份，令該BMW對(duì)這家公司控制力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

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 蘭茨胡特工廠 copyright 123456

    生產(chǎn)碳纖維遠(yuǎn)比塑鋼和通過(guò)敲打打造車(chē)外體板復(fù)雜。首先需要從丙烯酸線中剝離原子，然后將碳晶體鏈層層疊加，再注入塑料樹(shù)脂。寶馬的生產(chǎn)過(guò)程至少涉及了三個(gè)場(chǎng)所。在整車(chē)最后從德國(guó)東部的萊比錫工廠下線之前，碳纖維材料的輾轉(zhuǎn)旅行超過(guò)5000英里。

    2010年7月，寶馬集團(tuán)與SGL投資一百萬(wàn)美元在美國(guó)華盛頓州摩西湖鎮(zhèn)建立了一個(gè)碳纖維工廠。在以“Chinook”代號(hào)進(jìn)行全球搜索之后，這兩家公司決定將工廠落戶于這個(gè)地處干旱高原地帶的小鎮(zhèn)上。

    摩西湖鎮(zhèn)擁有兩萬(wàn)人口，距離西雅圖有三個(gè)小時(shí)的車(chē)程，距離斯波坎市有一個(gè)半小時(shí)的車(chē)程，通常來(lái)說(shuō)，這樣的環(huán)境并不是一個(gè)理想的選擇。但是，最終令兩家公司決定將工廠建于此鎮(zhèn)的原因是該地毗鄰哥倫比亞河。寶馬希望車(chē)輛從一開(kāi)始就使用可再生資源，利用水力發(fā)電來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)工廠的烘爐，當(dāng)?shù)氐乃Πl(fā)電成本約為3美分/千瓦時(shí)，不到德國(guó)的五分之一。 123456

    高溫烘烤下誕生的車(chē)身材料

    這些廉價(jià)的電能能夠充分保證烘烤碳纖維材料的能量。當(dāng)爐中的溫度高達(dá)1400℃時(shí)，這些專(zhuān)門(mén)在日本定制的丙烯酸線纖維中的非碳原子就會(huì)從纖維中分離出去。爐內(nèi)是無(wú)氧環(huán)境，因此，能夠防止原料燃燒起來(lái)。經(jīng)過(guò)加工后，逐漸形成碳晶體分子鏈。

剛剛被制作出的碳纖維材料

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    這些閃亮的黑色碳線，每根的細(xì)度只有人體頭發(fā)的約七分之一。這些線再被分成多個(gè)纖維束，每束含有5萬(wàn)股纖維，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在最后的加工過(guò)程中，線束會(huì)被迅速地纏到線軸上。

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    摩西湖畔的碳纖維工廠幾乎實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化操作。僅有不到12人負(fù)責(zé)監(jiān)控機(jī)器，間或打開(kāi)新的丙烯酸線盒，將其接到下一個(gè)批次。

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用電動(dòng)車(chē)敲開(kāi)金色大門(mén)

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    寶馬將使用這些光滑的黑色細(xì)絲制造i3電動(dòng)車(chē)的車(chē)架。這款電動(dòng)車(chē)將于今年年底在德國(guó)的經(jīng)銷(xiāo)商處開(kāi)始銷(xiāo)售。在未來(lái)的幾個(gè)月中，它將銷(xiāo)往世界各地。這是首次將碳纖維大規(guī)模運(yùn)用到量產(chǎn)車(chē)上，也是自至少上個(gè)世紀(jì)80年代，當(dāng)?shù)谝慌X車(chē)架生產(chǎn)以來(lái)，汽車(chē)生產(chǎn)中的最大轉(zhuǎn)變。 123,123

    i3這款戰(zhàn)略產(chǎn)品緣起于六年前。當(dāng)時(shí)剛剛上任的寶馬集團(tuán)董事長(zhǎng)諾伯特•雷瑟夫博士通過(guò)觀察分析，認(rèn)為不斷增強(qiáng)的環(huán)保意識(shí)很可能會(huì)推動(dòng)更加嚴(yán)格的排放法規(guī)的出臺(tái)，這會(huì)對(duì)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展走勢(shì)產(chǎn)生巨大的影響，與此同時(shí)，像寶馬5系這樣的車(chē)輛在未來(lái)發(fā)展中可能會(huì)處于不利的地位。 123456

 
i3的車(chē)身碳纖維材料

    “展望2020年，我們看到了我們的商業(yè)模式所面臨的威脅，” 當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)戰(zhàn)略規(guī)劃的現(xiàn)任寶馬首席財(cái)務(wù)官弗里德里希•艾希納在位于慕尼黑總部的四缸大廈中陳設(shè)簡(jiǎn)單的辦公室里接受采訪時(shí)說(shuō)道，“我們必須為了6系，7系和X5等車(chē)型的未來(lái)發(fā)展而尋找解決方案。” copyright 123456

Leipzig 萊比錫壓力成型車(chē)間 123,123

    為了繼續(xù)銷(xiāo)售那些無(wú)愧于“終極駕駛機(jī)器”稱(chēng)謂的汽車(chē)，寶馬需要為不斷發(fā)展的城市提供一款可行的電動(dòng)車(chē)來(lái)抵消排放，在這些城市中，會(huì)有越來(lái)越多的潛在客戶。這就是BMW i3電動(dòng)車(chē)項(xiàng)目發(fā)展的開(kāi)始。

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工程師正在檢查碳纖維車(chē)身 copyright 123456

    那時(shí)，電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)并不景氣，因?yàn)槌林氐碾姵爻潆娨淮?，需要保證車(chē)輛至少行駛100公里(62英里)——這是日常使用中，最基本的駕駛距離。這就意味著，車(chē)輛需要輕一些，減少電池組的尺寸和成本，并提高操控性。碳纖維！能夠使用的，最輕、最堅(jiān)固的材料就是碳纖維。

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工程師正在檢查碳纖維材料的表面 copyright 123456

    “我們?cè)谔祭w維方面的投入不僅僅是針對(duì)單輛汽車(chē)，而是針對(duì)未來(lái)我們的整個(gè)產(chǎn)品系列及業(yè)務(wù)，” 艾希納說(shuō)道。“目前對(duì)鋼鐵的利用已經(jīng)達(dá)到了極限，已經(jīng)沒(méi)有辦法可以使車(chē)輛變得更輕。”

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生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 123,123

    得益于所使用的材料，寶馬i3的重量比世界上最暢銷(xiāo)的電動(dòng)汽車(chē)日產(chǎn)聆風(fēng)還輕20%。這使得車(chē)輛的0-100公里/小時(shí)加速時(shí)間僅為7.2秒，比日產(chǎn)聆風(fēng)快4秒。 123456

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正在組裝的碳纖維車(chē)身

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    “走一條新的道路總是伴隨著風(fēng)險(xiǎn)。”艾希納說(shuō)道。“但是，如果我們成功了，這將給我們帶來(lái)一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)。我們需要時(shí)間來(lái)超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有太多的機(jī)會(huì)來(lái)獲得這樣的優(yōu)勢(shì)。”

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已成型的車(chē)身側(cè)架 123456

    他表示：即使BMW i3的銷(xiāo)量未達(dá)預(yù)期，碳纖維生產(chǎn)也不會(huì)停止。從新一代寶馬7系開(kāi)始，寶馬的主要產(chǎn)品的構(gòu)造中將采用碳纖維材料。

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碳纖維制作的車(chē)身結(jié)構(gòu)件 copyright 123456

    小伙伴們的不同想法

    雖然大多數(shù)汽車(chē)制造商都在進(jìn)行碳纖維實(shí)驗(yàn)，但是沒(méi)有廠商打算立刻追趕寶馬。戴姆勒集團(tuán)的奔馳并沒(méi)有把碳纖維看得很重要，相反，它正在設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，并計(jì)劃在2017年推出燃料電池車(chē)，因?yàn)檫@種車(chē)比純電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程更長(zhǎng)。
 
    對(duì)于采用碳纖維制造汽車(chē)的益處，“我們有不同的想法，”戴姆勒首席財(cái)務(wù)官博多·烏博在一次采訪中表示，“讓我們看看誰(shuí)能給出更好的答案。”

    作為寶馬在豪華車(chē)銷(xiāo)量上的最接近的對(duì)手，奧迪把目光投向了混合材料，包括鋁、輕鋼以及碳纖維，而不是依靠一個(gè)單一的解決方案，奧迪發(fā)言人Josef Schlossmacher 表示。

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    在寶馬內(nèi)部，對(duì)于基于碳纖維材質(zhì)研發(fā)電動(dòng)車(chē)的戰(zhàn)略，也不是沒(méi)有批判的聲音。艾希納和CEO諾伯特•雷瑟夫不得不向世界各地持有懷疑態(tài)度的公司管理人員論證他們的選擇，以獲得廣泛的支持。 copyright 123456

    “一些人開(kāi)始并沒(méi)有意識(shí)到電動(dòng)車(chē)的重要性，還建議我們制造超級(jí)跑車(chē)，”艾希納表示，“這一戰(zhàn)略在最初并沒(méi)有獲得普遍認(rèn)可。”不過(guò)通過(guò)寶馬的努力，這一戰(zhàn)略的第一款產(chǎn)品就要接受市場(chǎng)的考驗(yàn)，它的成功與否將左右寶馬未來(lái)的命運(yùn)。