Od czasu wyprodukowania przez Karla Benza w 1885 roku pierwszego samochodu napędzanego benzyną, przemysł motoryzacyjny przeszedł przez kolejne fale ewolucji [1]. Kolejnym etapem tej ewolucji są nowe pojazdy energetyczne (NEV). Są to samochody wykorzystujące alternatywne źródła zasilania, takie jak energia elektryczna i wodór, zamiast benzyny lub oleju napędowego.
Spośród wszystkich różnych pojazdów NEV, pojazdy elektryczne zasilane bateriami, które są całkowicie zasilane energią elektryczną przechowywaną w dużych zestawach akumulatorów, są preferowane ze względu na łatwy dostęp do energii elektrycznej. Doprowadziło to do zapotrzebowania na innowacje w produkcji części do pojazdów elektrycznych. Wiele krajów i regionów na całym świecie, w tym Wielka Brytania, Kanada i Dania, zamierza zaprzestać sprzedaży pojazdów napędzanych silnikami wysokoprężnymi (zwanymi również silnikami spalinowymi lub ICE) w latach 2025-2040 [2].
Chiny i niektóre stany w Stanach Zjednoczonych również postawiły sobie za cel wprowadzenie zakazu sprzedaży nowych lekkich i średnich pojazdów z silnikami wysokoprężnymi i benzynowymi do 2035 roku. Przesunięcie punktu ciężkości na produkcję części do pojazdów elektrycznych wymusiło zmianę podejścia producentów do ich wytwarzania. produkcja form oraz formowanie wtryskowe.
Czym różni się produkcja części do pojazdów elektrycznych od produkcji części do pojazdów tradycyjnych
Pojazdy napędzane nowymi źródłami energii mają zazwyczaj mniej ruchomych części w porównaniu z pojazdami tradycyjnymi. Ponadto części z tworzyw sztucznych stosowane w pojazdach NEV muszą zazwyczaj spełniać wyższe wymagania dotyczące precyzji i wydajności. Preferowane są tworzywa sztuczne o wysokim stosunku wytrzymałości do masy, które pozwalają utrzymać niską masę pojazdów elektrycznych i poprawić wydajność akumulatorów.
Aby to osiągnąć, często wprowadza się szerszą gamę tworzyw sztucznych, w tym kompozyty, tworzywa konstrukcyjne i żywice z recyklingu poużytkowego (PCR). Prognozowana złożona roczna stopa wzrostu rynku motoryzacyjnego PCR w latach 2025-2030 wynosi 11,1% [3]. PCR jest opłacalną alternatywą dla pierwotnego plastiku, co może tłumaczyć jego rosnącą popularność.
Podczas formowania wtryskowego tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu poużytkowego, wykorzystywanych do produkcji części do pojazdów elektrycznych, należy zoptymalizować parametry krytyczne, takie jak prędkość przepływu, temperatura i ciśnienie. Formę można zmodyfikować za pomocą specjalistycznego sprzętu, takiego jak systemy odgazowujące i filtry, aby zarządzać zanieczyszczeniami i eliminować związki lotne. Alternatywnie można zastosować systemy formowania niskociśnieniowego, aby zachować integralność tworzyw PCR.
Produkcja części do pojazdów elektrycznych z wykorzystaniem PCR zużywa do 80% mniej energii i emituje mniej gazów cieplarnianych w porównaniu z tworzywami sztucznymi pierwotnymi. Ponieważ stosowanie PCR wpisuje się w szerszą perspektywę zmniejszenia śladu węglowego i zrównoważonego rozwoju środowiska, producenci samochodów, którzy chcą poprawić swoje oceny w zakresie przyjazności dla środowiska, będą prawdopodobnie preferować części wykonane z tego materiału.
Dlatego ważne jest, aby współpracować z producentem form, który rozumie specyfikę produkcji części do pojazdów elektrycznych z wykorzystaniem PCR, aby stworzyć zmodyfikowane formy, które będą skutecznie obsługiwać ten materiał. Poniżej przedstawiono inne kluczowe różnice, które sprawiają, że proces formowania wtryskowego części do pojazdów elektrycznych różni się od procesu stosowanego w przypadku tradycyjnych pojazdów.
Złożoność projektu wynikająca z integracji części
Prawdopodobnie główną różnicą między pojazdami NEV a pojazdami tradycyjnymi jest sposób wytwarzania mocy i jej przekazywania do kół. Poniższa tabela pokazuje, czym różni się formowanie wtryskowe w przypadku produkcji kluczowych komponentów silników spalinowych i pojazdów elektrycznych.
| Części | Pojazdy tradycyjne | Pojazdy elektryczne (EV) |
|---|---|---|
| Główne źródło zasilania | Silnik: zawiera tłoki, zawory, wał korbowy, świece zapłonowe i paski rozrządu, które generują i przekazują energię. Wymaga to stworzenia kilku małych form do produkcji różnych elementów. | Zestaw akumulatorów: magazynuje energię. Ta zmagazynowana energia zasila silniki elektryczne, które napędzają pojazd. Obudowy akumulatorów pojazdów elektrycznych są często produkowane przy użyciu form wielokomorowych, aby obniżyć koszt jednostkowy i zmaksymalizować czas produkcji. |
| Układ chłodzenia | Do chłodzenia wykorzystuje chłodnicę, pompę wodną i termostat. Podobnie jak silnik, układ chłodzenia składa się z wielu małych części, a niektóre z nich są produkowane metodą formowania wtryskowego i montowane. | Użyj wentylatorów do cyrkulacji powietrza otoczenia, elektrycznych pomp wodnych do cyrkulacji płynu chłodzącego lub obu tych rozwiązań. Kratki, które mają pomagać w cyrkulacji powietrza, są często produkowane przy użyciu wieloskładnikowego formowania wtryskowego. |
Na przykład obudowy akumulatorów pojazdów elektrycznych są zazwyczaj wykonane z zaawansowanych kompozytów, przy czym nacisk kładzie się na wysoki stosunek wytrzymałości do masy, aby zapewnić wsparcie strukturalne, wspomagać zarządzanie temperaturą i zapewnić bezpieczeństwo przeciwpożarowe. Obudowy akumulatorów pojazdów elektrycznych mają zazwyczaj złożoną konstrukcję, która musi być spełniona bez wpływu na ich funkcjonalność. Ta i kilka innych części wymaga skomplikowanych projektów form z złożonymi suwakami, kanałami chłodzącymi, a w niektórych przypadkach możliwościami formowania wielokrotnego.
Większy nacisk na precyzję i tolerancję
Podstawowym wymogiem podczas produkcji tradycyjnych części samochodowych jest zazwyczaj wygląd (uzyskanie błyszczącej powierzchni i gładkiej tekstury w dotyku) oraz odporność na warunki atmosferyczne, przy jednoczesnym utrzymaniu niskich kosztów produkcji.
Z drugiej strony, podczas produkcji części do pojazdów elektrycznych większy nacisk kładzie się na osiągnięcie wyższej precyzji i ściślejszej tolerancji, zwłaszcza w przypadku wrażliwych części związanych z systemami akumulatorów i komponentami elektronicznymi. Formowane części do pojazdów elektrycznych muszą być dokładnie dopasowane, ponieważ problemy związane z hałasem, wibracjami i szorstkością (NVH) są bardziej zauważalne w pojazdach elektrycznych w porównaniu z tradycyjnymi pojazdami [4]. Wyższa precyzja zapewnia również niezawodność i bezpieczeństwo komponentów elektronicznych. Podczas produkcji części EV, niektóre z rozważań projektowych dotyczących ścisłej tolerancji obejmują:
- Utrzymanie jednolitej grubości ścianki: Pomaga to zapobiegać wypaczenie i wady spowodowane nierównomiernym chłodzeniem.
- Zwiększenie wyrzutu z formy za pomocą kątów pochylenia: Dodane w celu zmniejszenia naprężeń podczas wyrzutu.
- Poprawa wytrzymałości za pomocą żeber lub klinów: Minimalizuje skurcz i zwiększa wytrzymałość części EV bez zwiększania zużycia materiału.
Szybsza iteracja projektowania w celu rozwoju produkcji części do pojazdów elektrycznych
Tradycyjne pojazdy osiągnęły szczyt ewolucji. Rzadko wprowadza się znaczące ulepszenia do już istniejących części. Nie dotyczy to pojazdów NEV, które nadal stanowią szybko rozwijający się rynek. Jednym z największych wyzwań na drodze do upowszechnienia pojazdów elektrycznych jest obawa o zasięg. Aby rozwiązać ten problem, producenci nieustannie wprowadzają zmiany konstrukcyjne, mające na celu zmniejszenie masy pojazdów elektrycznych poprzez zastosowanie innych materiałów, poprawę aerodynamiki lub przyspieszenie ładowania.
Dlatego produkcja form do pojazdów elektrycznych często obejmuje metody szybkiego oprzyrządowania i prototypowania, które pomagają szybciej wprowadzać nowe części na rynek w porównaniu z dłuższymi cyklami rozwoju charakterystycznymi dla większości tradycyjnych metod produkcji części samochodowych.
Porównanie procesu formowania wtryskowego między pojazdami elektrycznymi a pojazdami z silnikiem spalinowym
Oprócz różnicy w przeznaczeniu części do pojazdów z silnikiem spalinowym i pojazdów elektrycznych, różni się również proces formowania. Na przykład, aby proces formowania części do pojazdów elektrycznych był bardziej zrównoważony, w procesie formowania wtryskowego wykorzystuje się maszyny zoptymalizowane pod kątem niższego zużycia energii, co jest zgodne z celami ochrony środowiska. Inne istotne różnice w procesie formowania wtryskowego części do pojazdów elektrycznych obejmują:
1. Wykorzystanie specjalistycznych maszyn do przetwarzania materiałów
Części do pojazdów elektrycznych są produkowane z kompozytów lub wysokowydajnych tworzyw termoplastycznych. Wybór tych materiałów wynika zazwyczaj z ich właściwości, takich jak odporność chemiczna, odporność termiczna i wysoki stosunek wytrzymałości do masy. Właściwości te gwarantują trwałość tych materiałów w przypadku zastosowania ich do produkcji elementów związanych z akumulatorami, gdzie wytwarzanie ciepła i wycieki chemiczne mogą być nieuniknione. W związku z tym formy do produkcji części do pojazdów elektrycznych z tych materiałów muszą mieć następujące właściwości:
- Temperatura topnienia wysokowydajnego polimery takie jak PEEK może wynosić do 343oC [5]. Forma powinna być w stanie pracować w tej temperaturze bez deformacji. Zaawansowane systemy ogrzewania i chłodzenia są zwykle stosowane w celu zapewnienia jednolitej kontroli temperatury, aby zapobiec niespójnemu utwardzaniu i wypaczaniu.
- Formy do produkcji części do pojazdów elektrycznych o wysokiej wydajności muszą być wykonane z materiałów o wysokiej wytrzymałości, takich jak stal wyższej jakości (np. H13 lub P20), zamiast tańszego aluminium stosowanego w standardowych formach do produkcji części do pojazdów z silnikiem spalinowym.
- Złożona konstrukcja pojazdów elektrycznych, wynikająca z konsolidacji części, często wymaga skrupulatnego projektowania kanałów, wlewów i systemów odpowietrzających, aby właściwie zarządzać przepływem materiału i zapobiegać popularnym wadom, takim jak znaki przepływu i pustki.
- Materiał formowy do produkcji części do pojazdów elektrycznych z wykorzystaniem materiałów wzmocnionych włóknami, takich jak włókna węglowe lub szklane, musi charakteryzować się wysoką odpornością na zużycie, aby wytrzymać ścieranie tych materiałów.
- Maszyny do formowania służące do produkcji części do pojazdów elektrycznych są zazwyczaj bardziej wyspecjalizowane i wykorzystują zaawansowane układy hydrauliczne, które zapewniają doskonałą kontrolę nad prędkością wtrysku, temperaturą topnienia i ciśnieniem pakowania, co pozwala uzyskać powtarzalność i stałą jakość części.
2. Szersze zastosowanie formowania wtryskowego
Większy nacisk w pojazdach elektrycznych na elektronikę oznacza szersze wykorzystanie takich technik jak nadlewka aby zapewnić odpowiednią szczelność i pożądane funkcje, takie jak uszczelnienie środowiskowe, zwiększona trwałość, izolacja elektryczna, tłumienie drgań i dźwięków, zapewniające cichszą jazdę pojazdem elektrycznym. Niektóre części pojazdów elektrycznych, które wymagają formowania wtryskowego, to między innymi:
- Złącza i porty ładowania zapewniające wodoodporne uszczelnienie, które chroni wrażliwe elementy przed kurzem, wodą i innymi czynnikami środowiskowymi.
- Obudowy z nadlewką chronią elementy baterii przed obciążeniami mechanicznymi i ekstremalnymi temperaturami.
- Elektroniczne jednostki sterujące (ECU) są zazwyczaj całkowicie zamknięte w obudowie z tworzywa sztucznego dzięki zastosowaniu technik formowania wtryskowego, co sprawia, że są lżejsze i niezwykle wytrzymałe.
- Ta technika formowania jest również stosowana w Produkcja wewnętrznych części do pojazdów elektrycznych aby uzyskać dopracowaną estetykę i poprawić komfort, jak w przypadku kierownic.
Chociaż formowanie wtryskowe jest wykorzystywane do produkcji tradycyjnych części do pojazdów z silnikiem spalinowym i pojazdów elektrycznych, jego zastosowanie w tych ostatnich jest szersze i obejmuje kluczowe komponenty, z naciskiem na redukcję masy i wydajność. Szukając producenta form lub partnera do produkcji części do pojazdów elektrycznych, upewnij się, że producent rozumie te różnice, aby uzyskać jak najlepszy wynik.
Referencje
[1] Mercedes-Benz Group AG. (b.d.). 1885–1886: Wynalezienie samochodu. Grupa Mercedes-Benz. Pobrano 8 grudnia 2025 r. z https://group.mercedes-benz.com/company/tradition/company-history/1885-1886.html
[2] Międzynarodowa Rada ds. Czystego Transportu. (11 maja 2020 r.). Koniec drogi? Przegląd ogłoszeń dotyczących wycofania pojazdów z silnikami spalinowymi. Międzynarodowa Rada ds. Czystego Transportu. https://theicct.org/wp-content/uploads/2021/06/Combustion-engine-phase-out-briefing-may11.2020.pdf
[3] Grand View Research. (b.d.). Raport dotyczący tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu poużytkowego na rynku motoryzacyjnym. Pobrano w kwietniu 2024 r. z https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/post-consumer-recycled-plastics-automotive-market-report
[4] ANSYS. (b.d.). Czym jest NVH w motoryzacji? ANSYS. Pobrano 27 kwietnia 2025 r. z https://www.ansys.com/blog/what-is-automotive-nvh
[5] SpecialChem. (7 listopada 2025 r.). Polieteroeteroketon (tworzywo PEEK): właściwości, przetwarzanie i zastosowania. SpecialChem. https://www.specialchem.com/plastics/guide/polyetheretherketone-peek-thermoplastic
PL 
EN 
ES 
FR 
DE 
IT 
PT 
NL 
AR 
JA 
KO 
ZH