Lehký materiál s vysokou schopností absorpce energie

ARPRO nabízí flexibilní konstrukční řešení, které v případě potřeby umožňuje i doplnění jinými materiály prostřednictvím různých technik vytváření rozhraní. Náklady na nástroje (použití hliníkových forem vyráběných za pomoci CNC a lisů s parní komorou) jsou výrazně nižší než v případě tváření vstřikováním, přičemž vlastnosti materiálu ARPRO umožňují vyjímat z formy prvky s negativními úkosy bez potřeby další investice do nástrojů. ARPRO je široce používán v automobilovém a HVAC (topení a klimatizace) průmyslu i pro ochranu klíčových míst sportovního zboží, inovativního nábytku či hraček, dále je hojně používán v průmyslu obalů, zejména pro obaly vratné.

Jednoduchost tváření materiálu ARPRO dovoluje větší volnost při návrhu a je jednou z jeho klíčových výhod již od jeho zavedení do výroby před téměř třiceti lety. Nedávný další vývoj materiálů a zdokonalení nástrojů posunují hranice proveditelných 3D tvarů a dovolují vytváření menších a tenčích výrobků. Vývoj pokračuje rychle i v oblasti estetiky. Zapomeňte na vroubkovaný surový materiál ‒ nejnovější výrobky mohou být dodány s různým vzhledem povrchu, což umožňuje vytvořit teplou a jednotnou povrchovou texturu.

Vyvinutí materiálu ARPRO na konci 80. let bylo možná jednou z nejdůležitějších inovací v oblasti snižování hmotnosti automobilových dílů. Na rozdíl od jiných materiálů, jejichž schopnost pohlcovat energii byla sporná, ARPRO vykazuje dvě základní fyzikální vlastnosti, které z něj rychle učinily „normu“ pro ochranu proti nárazům v nízkých rychlostech. Předně jeho konstrukce ve formě pěny s uzavřenými buňkami znamená, že jde o materiál izotropický, který nabízí stejné chování ve všech směrech bez ohledu na směr nárazu. To představuje velký kontrast oproti výrobkům vyráběným vstřikováním tuhého polyuretanu a také uhlíkovým vláknům, jejichž chování je obvykle vyladěno pouze pro jeden scénář nárazu. Jeho další výhodou je, že může být deformován opakovaně, protože po nárazu v malé rychlosti se vrátí do původního tvaru. Tyto kvality znamenají, že uvedený materiál nejen plní, ale v mnoha případech i překračuje výkonnostní požadavky vlád a průmyslu, především požadavky na pasivní bezpečnost, jež určují zkoušky EURO NCAP.

Při uvádění výrobku na trh není u produktů, které poskytují ochranu jako ARPRO, možné vyhnout se fyzickým zkouškám, které skutečně ověří výkonnost a uspokojí stále přísnější bezpečnostní požadavky. Doba a náklady na virtuální zkoušky a výrobu prototypů jsou obdobné, ať je požadovaná součást složitá nebo jednoduchá. U mnoha materiálů je však vytvoření fyzického prototypu, kterým se ověří, že výrobek bude poskytovat požadované vlastnosti jako při zkušebních podmínkách i v reálném prostředí, stále obtížnou výzvou. Při použití ARPRO je však možné zaručit, že fyzikální chování prototypu bude stejné u finálního výrobku, protože je použit zcela stejný materiál. Jednoduše řešeno, je možné přiblížit se v maximální možné míře reálnému scénáři.

To, co činí tento materiál atraktivním pro automobilové výrobce, jako například BMW, je klíčové kritérium nízké hmotnosti a schopnosti opakovaně absorbovat energii v kombinaci s vlastnostmi pro výrobu, jako jsou její rychlost, dostupná cena nástrojů, možnost výroby složitých tvarů a prototypy se zcela realistickými vlastnostmi. Ve snaze o dosažení udržitelnosti, výkonnosti a snížení hmotnosti dodala společnost JSP, která materiál ARPRO vyrábí, jedinečný a pro účely designu automobilových interiérů poprvé použitý materiál, který byl v novém BMW i8 využit pro panely dveří.

Jeden z předních dodavatelů pro automobilový průmysl ‒ společnost Magna International ‒ použil materiál ARPRO pro vývoj kompletního nosiče výplně dveří a dosáhl tak snížení hmotnosti o přibližně 22 procent a zlepšení chování při nárazech. Nahoru se otevírající dveře modelu BMW i8 jsou určujícím vizuálním prvkem vozu, který zdůrazňuje jeho sportovní charakter. Z toho důvodu musí být konstrukce panelu dveří z pevného, avšak lehkého materiálu, který zajistí, že dveře splní všechny výkonnostní a estetické požadavky společnosti Magna, která řešení našla v materiálu ARPRO. Schopnost tohoto materiálu snížit hmotnost, náklady na nástroje o 50 procent, zajistit izolaci panelu dveří a zároveň umožnit integraci kabelovodů a spínačů se ukázala jako zásadní pro toto první použití nůžkových dveří v sériové výrobě.

Materiál ARPRO byl již v modelech značky BMW hojně používán, například u sedadlových lavic modelů X5/X6 a zadních krytů sedadel vozů řady 5. Díky ohebnosti a možnosti tváření materiálu ARPRO do různých tvarů poskytly společnosti Magma a JSP skupině BMW inovativní a lehké řešení pro model BMW i8. Vývoj panelu dveří byl ovšem tak revoluční, že zkoušení v zařízení eureka společnosti JSP bylo velmi přísné a muselo překonat řadu výzev. Konstrukční proces byl mimořádně složitý, protože na jedinou součást byly kladeny nároky víceúčelového použití. Materiál ARPRO musel poskytovat stabilitu, strukturální funkci a pevnost, ale také integrovat další součásti: obložení, reproduktory a spínače a přitom poskytovat funkci tepelně- a zvukověizolační, navíc ve velmi tenké stěně. To vše bylo završeno nutností dokonalých tolerancí odpovídajících prémiovému vozu.

Stejnou výzvou bylo vytvoření tvářecího nástroje. Radikální design si před dosažením dokonalosti vyžádal několik iterací. Výsledný díl je hladký a podporuje úspěch designu interiéru. Konečný výsledek je jak technicky způsobilý, tak i krásný.

Prezident a generální ředitel JSP pro Evropu, Střední východ a Afriku Paul Compton vysvětluje: „Splnění stále rostoucích požadavků automobilového průmyslu na udržitelnost v kombinaci s vytvořením snadno a stylově se otevírajících dveří bylo obrovským úspěchem, zejména s přihlédnutím k tomu, že technologie v době zahájení tohoto projektu neexistovala. Náš podíl na projektu BMW i8 došel uznání a použití materiálu ARPRO v panelu dveří BMW i8 vedlo k dalšímu zajímavému vývoji, který přinese do výroby automobilů v budoucnu velký pokrok.“

Od zavedení materiálu ARPRO byly poprvé vytvořeny speciální třídy, jako porézní verze nebo verze s jedinečnou odolností povrchu, a materiál byl vyroben v různých barvách. Konstruktéři vozidel se rychle chopili příležitostí, které tato škála materiálů nabízí, a nyní je běžně najdeme hojně použité ve vozidlech. Rozsah použití sahá od prvků pro pasivní bezpečnost, jako u zmíněných dveří, až po absorbéry energie bočního nárazu a dveřní panely, opěrky hlavy, jádra sedadel, sedadla, chrániče kolen a úložné prostory. Mimořádný poměr hmotnosti a pevnosti umožňuje uložení sad s nářadím, použití pro vyložení zavazadlového prostoru, podlážky a konzoly. Například vytvoření úložné vložky zavazadlového prostoru, která bude dostatečně objemná, aby vyplnila požadovaný prostor (aby se během přepravy nepohnula), a přitom nebude těžká, podpoří konstrukční pevnost systému zavazadlového prostoru a pomůže absorbovat energii případného zadního nárazu. Při pokusu o splnění stejného úkolu s produktem vstřikového lisování by bylo nutné nejen vytvořit drahé nástroje, ale také smířit se s vyšší hmotností a mnohem nižší pevností.
Díly vyrobené tvářením z materiálu ARPRO se hojně používají i pro přepravu křehkých součástí mezi výrobními a montážními závody, kde minimalizují procento zmetkovosti v důsledku poškození při přepravě, a tak zajišťují rychlou návratnost investice. Není neobvyklé, že trvanlivost těchto lehkých přepravních obalů překročí trvání výrobního cyklu konkrétního vozu. Alternativami jsou dřevěné palety, které jsou levné, avšak hůře se tvarují, nebo ocel, která nabízí dobrou fyzickou ochranu, avšak může způsobit poškození dílů v důsledku přenosu nadměrných sil vibrací či nárazů.

U některých aplikací, jako jsou sedadla, je dosažitelná úspora hmotnosti až 35 procent oproti alternativním systémům, a to při větší konstrukční flexibilitě včetně možnosti doplnění dalšími materiály podle potřeby. Například vytvoření dílů se západkami/zácvaky umožňuje větší konstrukční svobodu a kompatibilitu s jinými materiály. Nejlepším příkladem je BMW řady 6, kde byl materiál ARPRO využit pro řešení zadních sedadel, čímž byly sníženy investice do nástrojů a doba uvedení do výroby a zároveň došlo ke snížení hmotnosti součástí.

Lepší tvárnost, která umožňuje větší konstrukční svobodu, byla jedním z hlavních přínosů v oblasti vývoje materiálů od zavedení před více než dvěma desetiletími. Nedávný další vývoj materiálů a zdokonalení nástrojů posunují hranice proveditelných 3D tvarů a dovolují vytváření menších a tenčích výrobků. Zákazníci si mohou zvolit ze široké škály hustotních tříd, což jim umožňuje dosáhnout ideálního složení při nejmenší spotřebě páry a trvání cyklu. Například sluneční clony, které musí projít zkouškou nárazu hlavy, protože jsou považovány za klíčový bezpečnostní prvek, je možné snadno tvářet, protože díky inovacím byl vytvořen materiál s menší zrnitostí, která umožňuje vytvářet tenčí průřezy a zároveň má menší pórovitost finálního povrchu.

Vznik elektrických vozidel, jako je i8, je jasnou příležitostí, uvážíme-li nutnost co nejvíce minimalizovat hmotnost a maximalizovat tak výdrž baterií. Z toho důvodu lze očekávat další rozšíření použití ARPRO v nové generaci lehkých vozidel.

Put Gary

JSP

vera@jwa.cz
www.arpro.com