Superlambo z hadrů: na karbon potřebujete nůžky, pec a trpělivost

Trabantům se smějeme, hlavně za to, že je nevyráběli z plechu, ale karoserii lisovali z bavlněného odpadu a fenolové pryskyřice. Dnes se myšlenka východoněmeckých inženýrů ukazuje jako velmi vizionářská. Nejnovější superlambo se vlastně lepí z "hadrů" a hned to další se asi bude lisovat z plastu, jako hračky.

Všechny na první pohled šílené nápady mají v tomto případě jediného jmenovatele – "karbon". Česky se mu říká uhlík. Materiály z uhlíkových vláken známe už dlouho. Víme, že jsou úžasně pevné a zároveň lehké. Ale také je neumíme jednoduše a lacině použít. Když z nich chcete postavit něco složitějšího, musíte to dělat ručně.

Stavba auta z uhlíku připomíná krejčovinu.

Na složitější strukturu, kterou odlijete z hliníku nebo oceli zapomeňte. Ideální jsou jednoduché tvary, které se dají nejvýš vylisovat. Navrch si ještě musíte dát pozor na směr, kterým jsou vlákna orientovaná. Na oplátku je ale karbon lehčí než ocel nebo hliník, taky je pevný a absorbuje víc energie v případě nárazu.

Co je zač

Internetová encyklopedie wikipedia říká:

Uhlíkové vlákno (též karbonové vlákno, z angl. carbon fibre) je název pro vlákno obsahující uhlík v různých modifikacích. Jedná se o dlouhý, tenký pramen materiálu o průměru 5–8 mikrometru miliontina metru) složeného převážně z atomů uhlíku. Atomy uhlíku jsou spojeny dohromady v mikroskopické krystaly, které jsou více méně orientovány paralelně k dlouhé ose vlákna. Krystalové uspořádání způsobuje, že vlákno je na svou tloušťku velmi pevné.

Kabina chránící posádku v novém supersportu Lamborghini Aventador, který se právě představil na autosalonu v Ženevě a jehož celá letošní produkce už je vyprodaná, se vyrábí výhradně z karbonu. Postavili si na to v Sant' Agatě Bolognese dokonce novou fabriku. S karbonem mají v Sant' Agatě velké zkušenosti. Začali s ním experimentovat už před 30 lety, v roce 1985 jej poprvé použili na díly sériového lamba a na nosné části je pak dostalo legendární diablo v roce 1990.

Celý superpevný monokok kabiny aventadoru vyrobí z karbonu a k němu přimontují přední a zadní rámy z hliníku, aby bylo na co uchytit sedmisetkoňový dvanáctiválec a nápravy.

Jak se peče auto

Laminovali jste někdy? Nebo třeba opravovali laminátem kánoi? S novým lambem je to stejné, akorát materiál je ušlechtilejší.

Fabrika na šasi je vlastně dílna s ruční výrobou. Pro sériovou produkci je to nepředstavitelné. I tak se může Lamborghini chlubit nejmodernější výrobnou na uhlíkové auto. Lépe než Lamborghini to zatím nikdo neumí, taky si na to vyvinulo unikátní technologie. Jak to dnes v moderních závodech chodí, je všude čisto a docela ticho. Na ušmudlanou podlahu a žárovku s pavučinou kývající se u stropu osvětlující žlutým světlem umolousané tváře dělníků zapomeňte.

Spodní část a střecha jsou vyrobené jinými technologiemi.

Díly se "pečou" v autoklávu.

Celá ta moderní fabrika na auta i tak vypadá úplně jinak než jinde. Namísto lisů, bucharů, vrtaček a robotů hrají v téhle výrobně prim pece (autoklávy) nůžky, řezačky kterými krájíme koberce, igelit a lepidlo (speciální pryskyřice).

Monokok aventadoru se vyrábí se dvou částí, každou jinou technologií. Samotnou "vaničku", ve které sedí posádka,patentovanou technologií RTM-Lambo, střecha se pak dělá z předem napuštěných dílů (Prepreg). Jeden monokok váží skvělých 147,5 kilogramu. Kdybyste ho chtěli o jeden stupeň zkroutit, potřebujete moment 35 000 newtonmetrů.

Nůžky, lis, pec

Na začátku je vždycky karbonová tkanina, látka s hrubou vazbou. Ta se zalije pryskyřicí, která ztuhne a dá materiálu tvar.

Na první lince Lamborghini se vyrábí spodní "vanička". Plátno dají do igelitové folie a v lisu mu dají tvar. Dva dělníci pak jednotlivé vrstvy kladou na sebe a zastřihávají je - speciální laserové ukazovátko jim ukazuje, jak na trojrozměrném "kopytě" řezat. Pak vše slisují k sobě protikusem a vstříknou dovnitř pryskyřici.

Oprava igelitem

Oprava taky moc nepřipomíná práci automechanika. Na svářečku zapomeňte. Když svého aventadora nabouráte, zavolají ze servisu do Sant´Agaty a "létající doktor" začne balit kufry.

S touhle technologií Lamborghiňanům radili experti Boeingu. V nich má vývěvu a další speciální nářadí: třeba kus igelitu, zahřívací dečky a řezák. Když je díl k opravě - spíš k náhradě - větší, vyrobí si ho předem ve velké dílně. Na menší defekty vyráží rovnou. Karbonové šasi se totiž záplatuje. Potřebujete na to karbonovou záplatu, lepidlo, teplo a tlak. Proto ty zahřívací dečky a igelit, ve kterém se vakuum vytvoří. Oprava je pak rychlá a opravené místo zachovává původní vlastnosti.

Stojí za pozornost, že tyhle formy nejsou z kovů, jak bývá obvyklé, ale z karbonu. Protože nepoužívají při výrobě vysoké tlaky a materiál je měkký a poddajný, vydrží formy mnohem déle než v železárnách. Taky se s nimi lépe manipuluje, protože jsou lehčí a i následné zahřívání (asi na 100 stupňů) je rychlejší, protože nepojmou tolik tepla jako kov.

V průběhu výroby se do monokoku ještě vkládají různé hliníkové prvky, ke kterým se upevňují pomocné rámy a podobně, Kvůli odhlučnění je v některých částech elementy z epoxydové pěny.

Na střechu mají zase jiný recept. Technologii pojmenovanou Prepreg, znamená to předimpregovaný. Konečný tvar dává střeše taky forma, ale "plátýnka" jsou pryskyřicí předem napuštěná. Jednotlivé díly proto musí být skladovány při nízkých teplotách.

I tady je třeba karbonové plátno nejdřív nastřihat na díly (to dělá speciální plotr), pak je třeba je ručně lepit jednotlivé vrstvy k sobě hlavně v rozích a na hranách. Robota, který by to uměl, ještě nikdo nevymyslel.

Střecha pak putuje do autoklávu, to je pec, ve které se kromě teploty udržuje stanovený tlak. Po pěti až šesti hodinách je upečená na přibližně 135 stupňů - pryskyřice zreaguje a vytvrdne.

Na výrobu střechy se používají díly napuštěné pryskyřicí

Pak se všechno přeměří (tolerance je 0,1 milimetru), části se připojí k sobě a monokok je hotový.

Budoucnost je jednodušší

To je současnost, kvůli velkému podílu ruční práce a časové náročnosti se tak ale velkosériově vyrábět nedá. I když karbonové přední blatníky dostává třeba nabroušené Audi RS3. Ingolstadtská automobilka s Lamborghini úzce spolupracuje. Audi radí na oplátku Italům s hliníkem.

Vývojáři Lamba kromě tradičního karbonového materiálu (říkají mu CFRP - Carbon Fibre Reinforced Plastic), vymysleli ještě něco mnohem jednoduššího, rychlejšího a lacinějšího. To práci s karbonem zpřístupní i běžnějším autům, než je lambo.

S trochou nadsázky si to představte asi tak, že do epoxydové pryskyřice (plastu) se přimíchají na 2,5 až 5 cm nasekaná karbonová vlákna (anglicky tomu říkají "chopped carbon fiber reinforced plastics"). Tento materiál představilo Lamborghnini loni na autosalonu v Paříži na konceptu Sesto Elemento. Pevná vlákna se náhodně rozprostřou v materiálu (na jednom centimetru  čtverečním jich je na 200 tisíc), se kterým se dá pracovat mnohem jednodušeji, než "s hadry".

Unikátní karbonový plast jednoduše vylisujete

Unikátní karbonový plast jednoduše vylisujete

Pro způsob výroby použili označení "kovaný kompozit". Materiál můžete jednoduše lisovat. Nepotřebujete vysoké tlaky ani teploty (55-80 stupňů, 1,5 baru). Vlastnosti materiálu jsou plně srovnatelné s tradičním karbonem. Jen v ohybová pevnost je o 40 procent nižší. To se dá ale jednoduše dohnat. Z karbonového plastu si můžete vylisovat vlastně cokoliv, takže můžete díl vyztužit žebry, které ho zpevní. To u klasického karbonového materiálu jde velmi špatně, cokoliv komplikovaného - neplacatého, se vyrábí velmi špatně. Blatník vylisujete jednoduše, dutý nosník těžko.

Karbonový plast by měl zpřístupnit tenhle lehký a pevný materiál i méně ušlechtilým autům. Spekuluje se třeba o karbonovém šasi superúsporného Volkswagenu XL1. Lehkému dvoumístnému dietáři (spotřeba litr na sto kilometrů) by moc slušel. Prozatím ho používá jeden z partnerů Lamborghini na výrobu golfových holí.

Auta z plastů nejsou překvapením

Nekovová auta nejsou žádnou novinkou. Plastové díly karoserie měl už před mnoha lety třeba Renault Espace, dnes jsou standardem plastové blatníky. Víko kufru měl už v osmdesátých letech Fiat Tipo. Ford montuje do svých dodávek již od roku 1991 zadní listové pružiny z plastů, plastová příčná listová pera měl už sportovní Chevrolet Corvette z roku 1984. Automobilky už také pokukují pro polykarbonátech, které by použili namísto skel.

Z plastu lze dnes vyrobit vlastně celé auto, říkají materiáloví odborníci. Je to jen otázka ceny. Dnes už znají i plasty, které jsou odolné proti extrémně vysokým teplotám a namáhání. Prý by z nich šel vyrobit i motor.

Hitem zítřka budou podle všeho materiály biologického původu. Třeba Ford úspěšně experimentuje s jihoamerickým sisalem, slibné je také konopí. V Brazílii zase chtějí používat listy z  banánovníků a dalšího ovoce. Použít lze také bambusová vlákna.