La fibra di carbonio, è il materiale più sofisticato di cui si dispone oggi; viene usato per vetture sportive di classe alta o da competizione. Mentre in alcune vetture vengono utilizzate parti in fibra di carbonio soprattutto per pannelli esterni, sono poche le automobili che sono dotate di una intera scocca realizzata in compositi a base di fibra di carbonio. Un primo esempio di scocca realizzata interamente con fibra di carbonio con cuore a nido d'ape è quella della Porsche Carrera GT del 2004. Oltre ad essere caratterizzata da una vasca in carbonio, soluzione abbastanza tradizionale, la vera innovazione introdotta con questo progetto sta nell'aver realizzato una struttura organica che avvolge il motore e che permette alle fibre di carbonio di scorrere garantendo una elevata efficienza.

Le scocche in fibra di carbonio presentano le più elevate prestazioni in assoluto, almeno per quanto riguarda il rapporto rigidezza-peso e resistenza-peso. La loro adozione su vetture di serie presenta tuttavia alcuni problemi sia dal punto di vista economico determinato dal costo del materiale, sia da quello produttivo determinato dalla impossibilità di automatizzare il processo produttivo stesso causando di fatto una grande lentezza di lavorazione. Inoltre risulta difficoltosa anche la riciclabilità del materiale in caso di urto. Tutti questi motivi rendono tale soluzione adottabile esclusivamente su vetture di categoria superiore con regimi di produzione molto limitati. L’analisi e la progettazione delle parti che soddisfino le esigenze termiche, strutturali ed estetiche di un’intera scocca, in fibra di carbonio o in materiali compositi in genere, è molto complessa poiché i compositi sono ottenuti per combinazione di 2 o più componenti in modo da abbinarne le proprietà. La tecnologia dei compositi in fibra di carbonio unidirezionale consente di ottenere le caratteristiche di rigidezza e resistenza unite alla leggerezza sulla base delle simulazioni al calcolatore. Tuttavia la realizzazione del modello 3D e in seguito la creazione della mesh per lo studio agli elementi finiti è, con questi materiali, molto laboriosa. Anche le crash analysis, oggi divenute lo standard in sede di progetto, richiedono studi lunghi e approfonditi. All’esperienza è affidato anche lo studio delle tecniche produttive più adatte, a cominciare dall’utilizzo più efficace delle materie prime, Pre-preg (fibra di carbonio preimpregnata) e Honeycomb (struttura a nido d’ape in alluminio o Rohacell). Il Pre-preg, tessuto o in fibra unidirezionale, è generalmente in rotoli con grammature differenti per ogni esigenza. L’Honeycomb, sotto riportato, è invece il materiale a nido d’ape che viene inserito all’interno delle strutture a sandwich per contenere ulteriormente il peso; anche in questo caso vengono scelti materiali diversi con spessori e dimensioni delle maglie variabili a seconda delle necessità.

Il Pre-preg viene tagliato in dime con l’ausilio di macchinari da taglio ad ultrasuoni, in modo da ottimizzare la resa del materiale riducendo al minimo gli sprechi.

Successivamente le dime vengono posizionate sugli stampi per completare la copertura in successivi strati. Le fibre unidirezionali, preimpregnate in resina, vengono posizionate lungo le linee di forza risultanti dai calcoli matematici e simulazioni CAM. E’ quindi la volta della cottura in autoclave a temperature che variano a seconda del componente da polimerizzare. Seguono i lavori di rimozione dello stampo e della finitura con macchine a controllo numerico. Il processo deve essere costantemente monitorato in ogni singola fase, infatti piccole imperfezioni potrebbero inficiare la sicurezza del componente. Una particolare tecnologia per la realizzazione di scocche consente di ottenere strutture rigide e resistenti con tempi di produzione relativamente bassi. Infatti i due semigusci di cui è costituita una scocca vengono cotti e accoppiati a caldo in autoclave, sotto pressione, in un’operazione unica. In questo modo la fibra di carbonio impregnata in resina epossidica polimerizza nella stessa fase in cui i due semigusci vengono collegati. Altri costruttori realizzano invece un incollaggio a freddo per cui i due semigusci vengono uniti dopo esser stati cotti in autoclave, trovando quindi nella zona di incollaggio un elemento di criticità per la resistenza meccanica della scocca. Tra le vetture con scocca interamente in carbonio, oltre a tutte le vetture da Formula 1 e di molte competizioni, possiamo citare la Ferrari F50.

CONCLUSIONI Vantaggi: La scocca in fibra di carbonio, rappresenta la struttura più leggera e più rigida oggi realizzabile per una vettura. Svantaggi: E’ molto costosa la materia prima di base e il processo di lavorazione è molto lento, quindi, non è adatta per la produzione in grande serie.

All'interno del processo di progettazione di una vettura, le fibre di carbonio possono essere utilizzate in 3 modalità differenti:

• sostituzione;
• integrazione;
• approccio sistemico.

La soluzione meno vantaggiosa è il “metal replacement” in cui si parte dal progetto di un componente già sviluppato con materiale metallico e che dovrà essere invece sostituito dal carbonio. Questa tecnica di utilizzo implica il rispetto di una lunga serie di vincoli geometrici derivanti dal progetto originario e dunque i vantaggi che si riescono ad ottenere sono modesti se paragonati a quelli che sarebbe stato possibile avere con un progetto ideato in partenza direttamente con il carbonio. Un altro approccio possibile è “l'integrazione” in cui si vanno ad affiancare dei componenti in carbonio ad altri in materiale metallico. Questa soluzione garantisce maggiore efficienza rispetto alla precedente ma sicuramente meno rispetto ad un approccio sistemico in cui il progetto nasce con il carbonio protagonista e permette quindi di adottare svariate strategie di progettazione (inglobare nelle vasche i serbatoi della benzina, creare il sedile all'interno della vasca, ecc.).