当下，众多汽车制造商都在试图减少排放或提高燃油经济性，而最有效的策略之一就是减重。在汽车行业普遍认为复合材料，尤其是碳纤维增强的聚合物(CFRPs)材料，是有效解决轻量化需求的优质方案，因其强度重量比高于任何其他金属材料或聚合物材料。但汽车制造商们却面临着三重挑战：循环时间、成本和材料的可获取性问题。

民用车领域在近些年才真正意义上掀起了轻量化的浪潮，新的空间结构、新平台、新材料以及新工艺层出不穷。轻量化为汽车带来的益处已经覆盖了很多方面，如操控灵活、动力强劲和燃油经济性等;实际使用也表明，减轻重量的汽车在一定程度上更为安全，因为车越轻，其制动距离就越短。同样的，较轻的车有更好的操控能力和反应速度，紧急避险的成功率也更高。

量产汽车使用复合材料的起源

兰博基尼于2007年在华盛顿大学创建了先进复合材料结构试验室ACSL，并由Paolo Feraboli博士作为负责人。该试验室与坐落于意大利Sant'Agata Bolognese的兰博基尼先进复合材料研究中心ACRC紧密合作，并得到了美国波音公司的资助。所以，当兰博基尼的高管向ACSL和ACRC下达了挑战任务，要求他们在确保新车型性能和安全性的前提下，显著降低重量和成本时，Paolo Feraboli博士及其带领的团队凭借从波音787飞机上学到的经验，采用了源于航空的整套设计方法，以实现无需热压罐的极高性能的CFRP结构。

兰博基尼第六元素项目也一定程度上成就了宝马i 系列

在开发Sesto Elemento(第六元素)概念车的过程中，兰博基尼和意大利APS technology公司将车辆前、后围板和座舱地板制成一个整体零件，取代了此前复杂的细碎部件组装结构，并使用了碳纤维增强复合材料CFRP。

在第六元素项目中，兰博基尼探索了各种复合材料的成型工艺，包括RTM模压成型、数控缠绕、特殊粘接、铆接和螺栓连接工艺等。随后，第六元素项目的一些技术人员加入宝马i系列项目，将全承载车身概念带入宝马电动汽车平台，进而成就了宝马i3和i8。

碳纤维材料在成型的时候有一个很突出的特点，那就是能够将不同厚度的零件、凸起部、筋和棱等结构全部一体成型。这样便为汽车结构的模块化、整体化制造奠定了良好的基础，在一些先进车厂的车型中我们可以看到类似的应用，宝马i系列电动汽车的模块化车身制造理念“LifeDrive”结构便是实例之一，该结构大量采用轻量化且高强度的碳纤维复合材料。

复合材料成形工艺

1.预浸料

预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。预浸料的制备方法主要有溶液浸渍法(即湿法制备)和热熔法(干法制备)两种。热熔法制备预浸料的过程通常分为两个步骤：先制备胶膜，然后将胶膜和增强材料均匀复合在一起。与湿法预浸料相比，干法预浸料外观好，树脂含量的控制精度高，采用干法预浸料成形的复合材料，具有孔隙率低、纤维取向性好等优点。目前，应用最广的碳纤维预浸设备主要有溶液法预浸设备、树脂膜机、热熔法预浸机、树脂膜和预浸组合机。

2.自动裁切

复合材料构件制造过程中，传统的手工下料费时、费力、工序繁琐、效率低、精度差且容易造成浪费。因此，准确率高、方便快捷的自动裁切技术取代了传统的手工下料技术。自动裁切技术是将构件的三维实体数模展开，运用CATIA或Fibersim软件生成铺层料片的二维数据，经过裁切机自带的第三方软件生成指令自动切割成所需形状的料片。自动切割的预浸料不仅代替了手工切割样板，并且形状准确，每一层、每一形状都标有铺层编号，减少了铺放过程中的错误，而且效率大大提高。

复合材料主要生产工艺

目前，常用的预浸料自动裁切设备主要有两种，一种是固定式裁切台，需要分批投放材料;另一种是滚筒转动裁切台，可使用卷材连续加工。GERBER Z1 CUTTER裁切设备利用滚筒转动裁切台，可使用卷材连续加工。而以往机型的裁切台为固定式，需要一次次投放材料。

复合材料裁切设备GERBER Z1 CUTTER（左） Virtek激光定位仪

3.激光定位

在制造过程中，将设计好的数模转换为制造生产所需的激光投影数据文件，输入激光投影设备供激光定位使用。如有必要，可将多个定位投影仪连接起来，以投影更大的图形或在同一区域投影更多的图形。激光定位技术的运用与传统模线样板定位技术相比减少了人力、物力的投入，降低了误差，提高了效率。

目前，激光投影设备已在航空领域广泛应用，设备类型多种多样，但是工作原理相同，都是由控制台(计算机)、若干个激光定位投影仪和一系列工装定位靶标(光敏原件)组成。

Gerber Technology旗下Virtek公司提供的激光定位技术是通过采用激光投影系统在模具上按1∶1的比例显示铺层轮廓和轴线来实现铺层的准确定位。

4.丝束铺放

丝束铺放技术与自动铺带技术同样具有高效、低成本的特点，是专为曲率较大的双曲面构件的铺叠而开发的技术。

与自动铺带技术相比，丝束铺放技术的优点为：每一条丝束独立控制，可以根据构件形状增减丝束根数以适应边界，并且可以适当控制纤维方向;对局部加厚、加筋、铺层递减及开口补强等复杂结构具有更强的适应性。

结语

复合材料裁切工艺的探索和进步可以帮助车身减轻重量，降低油耗，减少尾气排放，提高装载量;其抗冲击性强，能量吸收能力强，可以非常好地改善汽车的安全性;复合材料的可设计性灵活，可视的碳纤维外观使汽车造型更加美观时尚;其抗疲劳、耐腐蚀性能好，可以延长车身寿命，这一特点在航空航天领域得到普遍认可。

成形工艺的探索和进步，是复合材料的生产节奏和汽车产业的需求渐渐接近，这点在宝马i系列项目上已得到验证。