Témata
Reklama

Nanotechnologie v automobilovém průmyslu

Nanomateriály budou hrát v automobilovém průmyslu bezpochyby významnou roli. Výroba automobilů v budoucnosti se změní na personalizovaný a zakázkový 3D tisk z nanokompozitních materiálů, které nahradí zcela ocel a plasty. Automobil s nanosenzory, které se stanou jeho čidly, se bude sám orientovat a přizpůsobovat okolnímu prostředí.

Nano je měřítko něčeho velmi malého. Srovnávat jeden metr a nanometr je v poměru asi jako srovnávat velikost zeměkoule a lískového oříšku. V nanotechnologiích se pracuje s jednotlivými molekulami a atomy, tím je možné vytvářet úplně nové vlastnosti hmoty. Pokročilé nanomateriály, pod kterými si můžeme představit různé typy polymerních kompozitů vylepšených uhlíkovými nanotrubičkami, anorganickými nanovlákny, popř. grafenem nebo jinými 2D materiály, umožní významný pokrok v bezpečnosti, designu i výkonu automobilů. Čeká nás úplně nová éra a technologická revoluce ve výrobě. Nové materiály, většinou na bázi uhlíku, jsou mnohem pevnější než ocel. Jsou i lehčí a namísto obrábění je možné díly vytisknout na 3D tiskárně. V této souvislosti se mluví o tzv. dematerializaci výroby, každý díl má nejprve svůj digitální obraz, který se následně materializuje 3D tiskem. Odpadá současně nutnost unifikace pro sériovou výrobu, tímto způsobem bude možné vyrábět zakázkově, aniž by se zvýšila cena. Nanomateriály také umožňují výrobu ohebné a průhledné elektroniky, můžeme si například představit interiér vozu, který bude jedním velkým displejem. Ostatně řídit bude umělá inteligence, takže člověk může během jízdy relaxovat nebo pracovat.

Reklama
Reklama
Reklama
Český nanotechnolog Jan Procházka vynalezl lithium-iontovou 3D baterii.

Nanotechnologie za sebou nemají dlouho historii. Vědecký výzkum začal v 80. letech 20. století s nástupem elektronové mikroskopie, ale první výrobky se objevily až na začátku 21. století. Nástup nanomateriálů do automobilismu a automobilového průmyslu je tak zatím stále na samém začátku, přesto existuje už řada prvních aplikací. Nanotechnologické firmy v České republice se pyšní řadou z nich.

Superkluzké a supertvrdé povrchy

Současná výroba dílů automobilů je zatím stále založená na obrábění a lisování. Česká firma AdvaMat používá technologii PVD (physical vapour deposition) a DLC (diamond-like-carbon) povlakování povrchů materiálů. Bombardováním materiálu urychlenými ionty ve vysokém vakuu a odprašováním atomů se vytváří velmi tenká a zároveň velmi homogenní supertvrdá a superkluzká vrstva. Tloušťky povlaků se pohybují v řádech jednotek mikrometrů, ale jednotlivé nanovrstvičky pro zlepšení mechanických vlastností jsou v řádech desítek nanometrů. Radikálně se tak dá zvýšit životnost zápustek, forem, protahovacích a válcovacích nástrojů pro tváření kovů, plastů a keramiky. Povlaky také zabraňují korozi. Vysoká tvrdost povlaků chrání nástroje proti abrazi skelnými vlákny nebo poškrábání povrchu při manipulaci a čištění. Je možné povlakovat na nástroje z oceli, hliníku i slitin AMC. V automobilovém průmyslu se často používají povlaky AdvaMat ke zlepšení vlastností forem pro výrobu umělohmotných dílů. Najdeme je i na velmi zatěžovaných částech výkonných motorů renomovaných značek. Skupina DLC povlaků se používá pro zvýšení spolehlivosti pohyblivých částí lisovacích forem kluzných dílů v pohyblivých částech automobilů.

Česká nanotechnologická firma IQ Structures je jedinou firmou na světě, která zvládla výrobu ploché nanooptiky.

Nanooptika tvaruje světlo reflektorů

Nezbytnou výbavou automobilu je optika, ať už v podobě reflektorů, nebo osvětlení kabiny. Česká nanotechnologická firma IQ Structures je první a dosud jedinou firmou na světě, která zvládla výrobu ploché nanooptiky. Využívá se zcela nový přístup navrhování a výroby optiky s pomocí přesně vypočtených nano a mikrostruktur. Tyto struktury se umísťují před LED diody na povrchu skla, plastů a dalších transparentních materiálů. Nanooptika je plochá, extrémně tenká, lehká, malá, ale především přesná a velmi přizpůsobivá. Díky těmto vlastnostem odstraňuje řadu omezení, se kterými se dosud potýkali návrháři a konstruktéři. Designéři ocení její miniaturní rozměry a široké možnosti jejího tvarování. Technici ji díky vysoké přesnosti využijí v senzorech. Výrobci automobilů použitím nanooptiky také ušetří na výrobních nákladech a současně dojde ke snížení hmotnosti vozů o mnoho kilogramů. Lehčí auta spotřebují při srovnatelném výkonu méně energie. U elektromobilů to znamená delší dojezd a u aut se spalovacími motory nanooptika přispěje k plnění přísných emisních limitů a šetření životního prostředí.

Auta pro alergiky

Česká republika se pyšní tím, že byla jednou z prvních zemí na světě, kde se nanotechnologie začaly využívat v průmyslové výrobě. Stalo se to v roce 2004, kdy jsme patentovali Nanospider, stroj na průmyslovou výrobu nanovlákna. Nanovlákno je tisíckrát tenčí než lidský vlas. Lze ho využít v biomedicíně na kultivaci náhradních lidských tkání nebo v podobě membrán na filtraci vody nebo vzduchu. Trik je v tom, že otvory v nanomembránách jsou také nano, dokáží spolehlivě zachytit i velmi malé submikronové částice, které normálním filtrem projdou. Automobilové filtry roudnické firmy Pardam s nanomembránou dopovanou nanočásticemi stříbra a aktivním uhlím mají navíc antibakteriální a protizápachovou funkci.

V průmyslových zemích, kam patří i Česká republika, roste počet lidí s alergickým onemocněním.

Antialergické autopolštářky a polstrování s nanovlákennou membránou zabrání průniku roztočů.


V současné době až 40 % osob v Evropě trpí respiračními alergiemi, většinou se jedná o alergii na prach či pyl. Alergie není onemocnění jednoho orgánu, je to celková porucha imunity ve smyslu zvýšené reaktivity na některé běžné podněty, například prachové roztoče. Prachový roztoč potřebuje ke svému životu tmu, teplo a potravu, kterou je prach z odumřelé lidské kůže. Ideální prostředí jsou pro něj místa, kde odpočívá člověk. Zalézá do matrací, přikrývek i polštářů, kde vytváří své kolonie a produkuje alergeny. Otvory běžné textilie roztoč i jeho alergen hravě projde, jenže pokud se mu do cesty postaví nanomembrána chytré české textilie nanoSPACE, je to asi, jako by se slon snažil projít myší dírou. Antialergické autopolštářky a polstrování s nanovlákennou membránou zabrání průniku roztočů i jejich alergenů na 100 % a v kombinaci s výše uvedeným nanofiltrem v rozvodu klimatizace vznikne ideální auto pro alergika.

Nano proti poškození i zlodějům

Největším nanotechnologem je příroda, používá nanotechnologie od zrodu života na zemi a pro vědce je trvalou inspirací. Jedním z příkladů je samočisticí vrstva na sklech nebo karoserii vozidla vytvořená pomocí nano autokosmetiky českých firem Nanotrade nebo Pikatec. Jedná se vlastně o obdobu efektu lotosového listu, po kterém se kutálejí kapky vody a unášejí nečistotu. Nanošampon a nanopolitura vytvářejí na povrchu automobilu neviditelnou vrstvu z nanočástic oxidů křemíku, zirkonu a titanu. Na povrchu ošetřeném nano autokosmetikou se mění povrchové síly, které ovlivňují přilnavost kapalin. Neviditelný nanoštít funguje jako tekuté stěrače a zároveň auto chrání i proti škrábancům a znečištění. Povrch vylepšený hydrofobní úpravou lépe odolává škodlivému působení solí a dalších chemikálií.

Neviditelný nanoštít funguje jako tekuté stěrače a zároveň auto chrání i proti škrábancům a znečištění.

Neviditelná nanotečka pražské firmy IQ Structures zvyšuje šanci nalezení ukradeného vozu a potrestání zloděje. Představte si, že se do autolaku přidají tisíce nanoteček, které budou obsahovat VIN kód vozidla. Po nalakování budou nanotečky rozmístěné po celé karoserii, lidským okem, lupou ani obyčejným mikroskopem neidentifikovatelné. Podobná technologie se používá v kombinaci s hologramy také při ochraně důležitých dokumentů, bankovek nebo dokladů. Vzhledem k vysoké technologické náročnosti je to pro zloděje a padělatele v současnosti zatím nepřekonatelná překážka.

Výroba nanovlákna.

Revoluční 3D baterie je 100% bezpečná

Nástup elektromobility se zdá být na spadnutí, všechny významné světové automobilky plánují uvést na trh během několika let desítky nových modelů a masivně investují do této technologie. Klíčem ke skutečnému rozvoji a snižování cen elektromobilů je levná, naprosto spolehlivá baterie s velkou kapacitou. Taková baterie ale zatím na trhu neexistuje. Česká republika má velkou šanci, že se stane v blízké budoucnosti jedním z největších světových výrobců baterií, které budou požadovaným parametrům vyhovovat. Významný český nanotechnolog Jan Procházka vynalezl lithium-iontovou 3D baterii, která se od svých konkurentů liší zcela unikátním konstrukčním řešení. Baterie HE3DA, jak ji vynálezce nazval, má bezprecedentní bezpečnostní parametry. S výjimkou elektrolytu neobsahuje žádné organické hořlavé látky, nepřehřívá se ani ve zkratu a nemůže hořet nebo explodovat. Její životnost je přes 5000 cyklů, je 100% recyklovatelná. Kilowatthodinový modul poskytuje patnáctkrát vyšší maximální výkon než u technologií využívaných v současnosti. Její výroba je relativně jednoduchá a dá se dobře automatizovat. V současnosti už běží malá zkušební robotizovaná linka v Letňanech a buduje se velká továrna v Horní Suché na severní Moravě. Jedná se o investici několika miliard korun, a když bude vše probíhat podle plánu, výroba se rozběhne už na konci letošního roku.

Je zřejmé, že nanotechnologie mají automobilovému průmyslu co nabídnout. S jejich pomocí budou automobily blízké budoucnosti bezpečnější, levnější a komfortnější pro svého uživatele, i když jím bude třeba těžký alergik. Nanotechnologie mají potenciál urychlit i rozvoj elektromobility. Pro Českou republiku znamenají nanotechnologie velkou šanci udržet se mezi lídry v automobilovém průmyslu i v 21. století.

Asociace nanotechnologického průmyslu ČR

Jiří Kůs

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 190436
Datum: 10. 04. 2019
Rubrika: Trendy / Moderní výrobní technologie
Autor:
Firmy
Související články
Nové technologie osvětlení vozidel

Získat zkušenosti s novými zdroji světla bylo cílem jednoletého projektu Ideag, do něhož se na konci roku 2017 pustila mladoboleslavská společnost EDAG Engineering CZ. Výsledný prototyp zadní lampy navržené pro model Škoda Superb ukazuje možnosti využití tří moderních technologií: elektroluminiscenční fólie, OLED panelu a COB LED destiček.

Dva stroje pro aditivní výrobu kovových dílů

Aditivní technologie sice ještě trochu nesměle, ale přesto nezadržitelně pronikají do oblasti průmyslových aplikací. V tomto směru má velký potenciál mimo jiné 3D tisk kovových dílů. Nasvědčují tomu skutečnosti, že na průmyslových veletrzích a výstavách se již pravidelně setkáváme se stroji určenými pro aditivní výrobu kovových součástí a že je do svého portfolia zařazují i významné firmy zabývající se výrobou strojů pro kovoobrábění.

Hledání příležitostí pro aditivní výrobu

Přestože aditivní výroba našla teprve svá první aplikační využití, očekává se její výrazný rozvoj. Jen v letošním roce by mělo být prodáno o 30 % více strojů pro tento druh výroby než v loňském roce, s obratem přesahujícím sedm miliard dolarů. Ovšem existuje zde řada bílých míst – jak z pohledu možných průmyslových aplikací, tak samotné technologie.

Související články
Integrovaná aditivní výroba

Společnost WFL Millturn Technologies zahájila intenzivní vývoj aditivní výroby již před více než rokem. Novou variantu laseru pro stroj M80 Millturn/3000 mm představila na Technologickém setkání v Linci. Tento vývoj přidává zcela novou kapitolu k historii komplexního obrábění.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Aditivní výroba míří k sériové výrobě

Aditivní výroba je na vzestupu s celosvětovými prodejním navýšeným o zhruba 30 % v roce 2016 na více než sedm miliard dolarů. Jedním z průkopníků oboru je firma Concept Laser z Lichtenfelsu v Německu. Společnost pokračuje v pozici lídra realizací své vize "Aditivní výroba - továrna zítřka".

Výroba polymerních a kompozitních prototypů

Aditivní technologie výroby je termín pro dnes běžně používané označení „3D tisk“. Tato technologie dříve spadala pod tzv. rapid prototyping, který se využívá v různých průmyslových odvětvích pro rychlé vytváření prototypů nebo jejich částí před finální výrobou a samotnou komercializací produktů. Díky dynamickému vývoji odvětví umožňuje dnes tato technologie vytvoření komponent splňujících požadavky pro finální produkt nejen po vizuální stránce, ale i z hlediska mechanických vlastností.

Technologie DMLS - 3D tisk kovů

Moderní technologie vyrábějící 3D objekty přímo z 3D CAD modelů zažívají v posledních letech obrovský rozmach, který svědčí o tom, že se podařilo výrobcům 3D tiskáren dosáhnout kvality a efektivity procesů tak vysoké, že dnes již směle konkurují dlouhodobě zavedeným konvenčním výrobním postupům a mnohdy je dokonce předstihují. Uvedená skutečnost platí dvojnásob pro 3D tisk kovů, který je široce uplatňován v rozmanitých oborech výroby od průmyslu až po zdravotnictví.

V centru evropské formařiny

Ve dnech 30. května až 2. června 2017 se na novém výstavišti ve Stuttgartu uskuteční specializovaný veletrh Moulding Expo, zaměřený na konstrukci nástrojů, texturování a výrobu forem.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Výhody laserem kalených povrchů

Laserové kalení již není zdaleka výsadou pouze při zušlechtění forem. Díky dostupnosti a klesajícím cenám laserů (pořizovacím i provozním) je tato technologie stále častěji uplatňována také v tradičním strojírenství pro vhodné konstrukční materiály a strojní díly.

Výrobní laserové technologie

Výrobní laserové technologie lze dělit mnoha způsoby-, podle použitého výkonu, délky pulzu nebo interakce s materiálem. Nejjednodušší způsob rozdělení laserových technologií je do tří skupin: dělení a odebírání materiálu, spojování materiálu a úprava povrchu materiálu. Vzhledem k rozmanitosti využití laseru není toto dělení zcela jednoznačné a existuje několik dalších technologií, které se nacházejí mezi těmito kategoriemi.

Princip laserového čištění a jeho možnosti

Laserové čištění patří mezi mladé technologie, jež nacházejí stále nové uplatnění nejen v průmyslu. Hlavním důvodem jsou nízké provozní náklady, ekologická šetrnost k životnímu prostředí a v neposlední řadě šetrnost k čištěnému materiálu oproti konvenčním metodám.

Využití výrobků z recyklovaných plastů

Plastové odpady a jejich využití je v současné době velmi diskutovaným tématem. Očista naší země je velice důležitá, protože spousta plastového odpadu končí na skládkách a ve vodách oceánů. Proč tento odpad nezpracovat v rámci recyklace na smysluplné výrobky?

Kombinace technologií slévání a 3D tisku

Aditivní technologie přinášejí do oboru slévárenství nový pohled na věc a výrazně ovlivňují nejen proces výroby odlitků, ale i myšlení pracovníků ve slévárnách. Aditivní výroba zásadním způsobem mění zavedené pracovní postupy, systémy práce s výrobní dokumentací, technickou přípravu výroby a technologii výroby odlitků. Mění také možnosti konstrukce odlitků včetně jejich tvarové náročnosti. Proto můžeme bez přehánění tvrdit, že celou slévárnu a její postup výroby odlitků lze vměstnat do jednoho stroje - 3D tiskárny na kovy.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit