Материалы будущего

Чем предаваться мечтаниям, лучше претворять идеи в жизнь. Разработчики компании Porsche так и поступают: кажущееся непостижимым становится реальной техникой.

На первый взгляд новшество совсем не выглядит таковым. Филипп Кельнер из отдела разработок экспериментальных конструкций показывает прессованную стальную заготовку, которая будет крепиться на пороге автомобиля, вберет в себя дверные петли, а чуть выше будет еще держать по бокам лобовое стекло. Эта заготовка — передняя стойка, которая, если смотреть на автомобиль спереди, является первым важным вертикальным компонентом кузова. В большинстве машин она вместе со средней и задней стойками образуют салон, являясь, таким образом, жизненно важным элементом. Прежде всего в открытых автомобилях, кабриолетах и родстерах, передняя стойка защищает пассажиров, если автомобиль переворачивается. В профиль из тонколистового металла искусно встроен другой профиль из высокопрочной стали. Неприметный кусок металла — на концах тоньше, в середине массивней — он, тем не менее, представляет собой инженерный шедевр.

Невидимый костяк

Высокопрочный металл обрамлен черным пластиком с ромбовидными распорками, крепящими его изнутри. «Есть еще нюанс: между заливаемой пластмассой, усиленной коротким стекловолокном, и металлом находятся два слоя термопластичной стеклоткани. Мы называем это органожестью», объясняет Кельнер. Всё в комплексе дает 3D-гибридную переднюю стойку, новую гибридную конструкцию, изобретенную Porsche. Ее преимущество в том, что при опрокидывании автомобиля она, как и передняя стойка кабриолета из высокопрочной стали, не деформируется, но так же прочна и при этом на пять килограмм легче. «Облегченная конструкция будущих кузовов будет комбинацией различных материалов, таких как высокопрочная сталь, алюминий, магний и углепластик. Появятся и новые гибридные конструкции», говорит руководитель отдела разработок экспериментальных конструкций Матиас Фрёшле. Porsche придает большое значение безопасности людей в автомобиле. Гибридная 3D-конструкция способствует ее обеспечению, к тому же она легче, оставаясь в том же ценовом сегменте.

Основной элемент материаловедов любой водитель 918 Spyder и новой модели Panamera может увидеть, рассмотрев педаль тормоза. Там различимы черные волокна. Многие подумают, что это углеродное волокно. Эдгар Грундке из отдела педалей и приводов качает головой: «Это термически обработанные стекловолокнистые плиты с пластиковым каркасом, усиленном стекловолокном». Именно это и будет обеспечивать высокую жесткость передней стойки. «Материал чистосортный, легче металла и устойчиво прочный. До сих пор пока никто не отважился использовать его в серийном производстве. Из автопроизводителей мы первые». Новая педаль тормоза будет устанавливаться в будущем в других моделях. В голосе Грундке звучит гордость за смелость Porsche, которая себя оправдала. С этим солидарен и Хендрик Себастьян из отдела менеджмента инновационных и экспериментальных разработок в Вайссахе. В отдел стекаются все нити соответствующих подразделений, здесь также рождаются замыслы будущих новинок, анализируются результаты исследований, дается старт новым разработкам, отслеживаются тенденции. Вопросы, которыми занимается отдел, сродни предсказаниям будущего: каковы будут желания клиентов через пять, десять, пятнадцать лет? Какие технологии тогда будут? При этом требуются не только абстрактное мышление и сила воображения, но и упорство на трудном пути реализации идеи. Разработчики Porsche следуют одному твердому правилу. «Во всех ситуациях движения — великолепные технические показатели. Ибо с нашими спортивными автомобилями мы постоянно идем до предела технически возможного. Здесь новые материалы и концепции производства — непременные требования. Только так мы можем обеспечить клиентам устойчивый прогресс нашей продукции», формулирует Себастьян одну из целей отдела.

При выборе материалов и возможных методов производства разработчиков консультируют сотрудники отдела технологии материалов, которым руководит Штефан Шмитт. Предпосылкой является нестандартное мышление. Пример: в большинстве смартфонов используется «Gorilla Glass» — высокопрочное стекло с выдающимися оптическими свойствами. «В 918 Spyder с пакетом Weissach мы впервые использовали окно из похожего материала, то есть композита из двух тонких стеклянных слоев и специальной пленкой между ними». Маркус Шульцки из отдела перспективных конструкций показывает образец 20 × 20 см — заднее стекло от 918-го, самой спортивной модели. Оно удивительно легкое. Если щёлкнуть по нему, звук как от пластмассы. «Каждый так думает», замечает Шульцки. «Но это — стекло. Промежуточный результат. Сейчас мы уже продвинулись намного дальше». В сегодняшних Porsche 911 GT2 RS и 911 Carrera T боковые окна сзади и заднее окно — полностью из многослойного стекла, и сейчас по инициативе Porsche предлагаются моллированные стекла. До последнего времени это было технически невозможно. Толщина таких стекол менее двух миллиметров, при этом они на 40 % легче и более чем вдвое устойчивее к ударам камней. Плюс почти стопроцентная защита от ультрафиолета, лучше шумоизоляция, а теплоизоляция — значительно лучше. «Высокие частоты, производимые встречным потоком воздуха, фильтруются, низкие частоты — нет. Чудесное звучание мотора, скажем, шестицилиндрового оппозитника, слышишь так значительно отчетливее». Шульцки не скрывает своего пристрастия к классическим силовым агрегатам.

Porsche из волокон растений

Компания также исследует использование в салоне автомобиля элементов из возобновляемого сырья. «Есть обивка дверей из растительных волокон, правда, пока она не отвечает нашим требованиям как производителя премиум-класса», сообщает Фрёшле. Но уже вскоре Porsche получит компоненты, убедительные во всех отношениях. «Хотя и в 2048 году не будет автомобиля, полностью из водорослей или растений, однако значение устойчивого развития и ресайклинга существенно возрастет», твердо заявляет Себастьян. «Важно, наряду с инновационными материалами, внедрять и новые методы производства, такие, например, как аддитивные технологии».

Под этим он подразумевает то, что сейчас обычно называют 3D-печатью. Этим занимаются его коллеги Фальк Хайльфорт и Франк Икингер из отдела экспериментальных приводов, демонстрирующие нам цилиндрический предмет. Это вал ротора электродвигателя, передающий производимый электромагнитом крутящий момент на привод. Это, можно сказать, коленвал электромотора. «Вал ротора сделан из специальной высокосортной стали», объясняет Хайльфорт. Рядом с валом мы видим стеклянную трубочку с серым, мелкозернистым порошком, который служит основой для изготовления этой внушительной детали. В чистом помещении порошок тонким слоем распределяется на поверхности, затем накрепко соединяется с металлом точечной лазерной сваркой. Слой за слоем, процесс повторяется. Таким образом, роторный вал длиной около 50 см «обрастает» порошком. Преимуществом этого способа по сравнению с фрезерованием и вытачиванием являются: гораздо меньший расход материала, возможность повторного использования оставшегося порошка, изготовление деталей более сложных форм. Внутри роторного вала имеется тонкая ребристость, повышающая прочность.

На токарном станке делать подобные формы было бы невозможно. Для достижения схожего результата пришлось бы часть ротора сначала отливать, затем сваривать. «У нас же деталь намного прочнее, значительно легче и с повышенной жесткостью, с гораздо большей силой сцепления», перечисляет преимущества Икингер. «Правда, сегодня требуется около 13 часов для „выращивания“ такого вала». Поэтому серийное производства пока не планируется, но эта технология еще станет прорывом. Хендрик Себастьян: «Аддитивное производство — своего рода революция в разработках конструкционных деталей. Мы сможем намного быстрее оптимизировать процесс, проводить тесты, значительно повышая эффективность. Это уникальная инновация для изделий и процессов, потенциал которой далеко не исчерпан. Предстоит еще справиться с множеством вызовов, но на то мы и Porsche, чтобы со всей решимостью принять их». С большой точностью изогнутые охлаждающие каналы внутри детали убедительно подтверждают инновационность продукта и процесса. «Наши исследования уже вскоре приведут к созданию еще более компактных агрегатов с улучшенными показателями», с уверенностью заявляет Хайльфорт.

Porsche из возобновляемого сырья, равно как и спортивного автомобиля из 3D-принтера, не будет. В 2048 году в Porsche будут чистосортные материалы, из которых в соответствии с назначением изготовлены превосходные детали. Сталь и алюминий будут все больше сочетаться с материалами, которые отвечают стремлению к улучшению изделий в любом измерении. Для этого необходимы видение перспективы, энтузиазм исследователей и смелость в принятии новых решений. Всё это у специалистов в Вайссахе сегодня уже есть.

Текст Tорстен Эльбригманн
Фото Рафаэль Крётц