Se pare că Reuters are surse excelente din interiorul Tesla. Într-un raport din 14 septembrie 2023, se menționează că nu mai puțin de 5 persoane i-au spus că firma se apropie de obiectivul său de a turna partea inferioară a mașinilor sale într-o singură bucată. Turnarea sub presiune este practic un proces destul de simplu. Creați o matriță, umpleți-o cu metal topit, lăsați-o să se răcească, scoateți matrița și gata! Mașină instant. Funcționează bine dacă faceți mașini Tinkertoys sau Matchbox, dar este extrem de dificil dacă încercați să o utilizați pentru a face vehicule de dimensiuni mari.
Vagoane Conestoga erau construite pe cadre din lemn. Automobilele timpurii foloseau și ele cadre din lemn. Când Henry Ford a creat prima linie de asamblare, norma era construirea vehiculelor pe un cadru tip scară - două șine de fier legate între ele cu piese transversale. Prima mașină de serie cu caroserie unibody a fost Citroën Traction Avant în 1934, urmată de Chrysler Airflow în anul următor.
Mașinile unibody nu au cadru dedesubt. În schimb, caroseria metalică este modelată și formată astfel încât să poată susține greutatea sistemului de propulsie și să protejeze ocupanții în caz de accident. Începând cu anii 1950, producătorii auto, stimulați de inovațiile în fabricație inițiate de companii japoneze precum Honda și Toyota, au trecut la fabricarea de mașini unibody cu tracțiune față.
Întregul grup motopropulsor, inclusiv motorul, transmisia, diferențialul, arborii de transmisie, amortizoarele și frânele, a fost instalat pe o platformă separată care a fost ridicată de jos în jos pe linia de asamblare, în loc să fie coborâte motorul și transmisia de sus, așa cum se făcea pentru mașinile construite pe un șasiu. Motivul schimbării? Timpi de asamblare mai rapizi, care au dus la costuri unitare de producție mai mici.
Multă vreme, tehnologia unibody a fost preferată pentru așa-numitele mașini economice, în timp ce șasiurile tip scară au fost alese pentru sedanurile și break-urile mai mari. Au existat și unele hibride - mașini cu șine de cadru în față fixate cu șuruburi pe un habitaclu unibody. Chevy Nova și MGB au fost exemple ale acestei tendințe, care nu a durat mult.
Tesla se orientează către turnarea la înaltă presiune
Tesla, care și-a făcut un obicei din a revoluționa modul în care sunt fabricate automobilele, a început să experimenteze cu piese turnate sub presiune în urmă cu câțiva ani. Inițial, s-a concentrat pe fabricarea structurii din spate. Când a reușit, a trecut la fabricarea structurii din față. Acum, potrivit unor surse, Tesla se concentrează pe turnarea sub presiune a secțiunilor din față, centrală și spate, toate într-o singură operațiune.
De ce? Deoarece tehnicile tradiționale de fabricație utilizează până la 400 de ștanțări individuale care apoi trebuie sudate, înșurubate, fixate cu șuruburi sau lipite împreună pentru a realiza o structură completă unibody. Dacă Tesla poate face acest lucru corect, costul său de fabricație ar putea fi redus cu până la 50%. Acest lucru, la rândul său, va pune o presiune enormă asupra tuturor celorlalți producători pentru a răspunde sau pentru a se trezi incapabili să concureze.
Este evident că acei producători se simt loviți din toate părțile, în timp ce muncitorii sindicalizați aroganți bat la porți și cer o parte mai mare din profiturile care încă se obțin.
Terry Woychowsk, care a lucrat la General Motors timp de 3 decenii, se pricepe câte ceva despre fabricarea automobilelor. Acum este președintele companiei americane de inginerie Caresoft Global. El declară pentru Reuters că, dacă Tesla reușește să transforme în gigacast cea mai mare parte a caroseriei unui vehicul electric, acest lucru ar perturba și mai mult modul în care mașinile sunt proiectate și fabricate. „Este un factor determinant. Are implicații uriașe pentru industrie, dar este o sarcină foarte dificilă. Piesele turnate sunt foarte greu de realizat, mai ales cele mai mari și mai complicate.”
Două dintre surse au declarat că noile tehnici de proiectare și fabricație ale Tesla înseamnă că firma ar putea dezvolta o mașină de la zero în 18 până la 24 de luni, în timp ce majoritatea rivalilor pot avea nevoie în prezent de trei până la patru ani. Un singur cadru mare - care combină secțiunile față și spate cu partea inferioară din mijloc, unde este adăpostită bateria - ar putea fi folosit pentru a fabrica o mașină electrică nouă, mai mică, care se vinde cu amănuntul la aproximativ 25.000 de dolari. Tesla urma să decidă dacă va turna sub presiune o platformă dintr-o singură piesă chiar în această lună, au declarat trei dintre surse.
Provocări semnificative în viitor
Una dintre cele mai mari provocări cu care se confruntă Tesla în utilizarea pieselor turnate sub presiune este proiectarea unor subcadre goale, dar care au nervurile interne necesare pentru a disipa forțele care apar în timpul accidentelor. Sursele susțin că inovațiile specialiștilor în proiectare și turnare din Marea Britanie, Germania, Japonia și Statele Unite utilizează imprimarea 3D și nisipul industrial.
Realizarea matrițelor necesare pentru turnarea la înaltă presiune a componentelor mari poate fi destul de costisitoare și vine cu riscuri considerabile. Odată ce o matriță de testare metalică mare a fost realizată, modificările de prelucrare din timpul procesului de proiectare ar putea costa 100.000 de dolari per încercare, sau refacerea completă a matriței ar putea ajunge la 1,5 milioane de dolari, potrivit unui specialist în turnare. Un altul a spus că întregul proces de proiectare pentru o matriță metalică mare ar costa de obicei aproximativ 4 milioane de dolari.
Mulți producători auto au considerat că prețul și riscurile sunt prea mari, mai ales că un design ar putea necesita șase sau mai multe modificări pentru a obține o matriță perfectă din perspectiva zgomotului și vibrațiilor, a potrivirii și finisajului, a ergonomiei și a rezistenței la impact. Însă riscul este ceva ce rareori îl deranjează pe Elon Musk, care a fost primul care a făcut rachetele să zboare cu spatele.
Nisip industrial și imprimare 3D
Se pare că Tesla a apelat la firme care realizează matrițe de testare din nisip industrial cu ajutorul imprimantelor 3D. Folosind un fișier de proiectare digitală, imprimantele cunoscute sub numele de jeturi de liant depun un agent de legătură lichid pe un strat subțire de nisip și construiesc treptat o matriță, strat cu strat, care poate turna aliaje topite. Potrivit unei surse, costul procesului de validare a designului cu turnarea în nisip este de aproximativ 3% față de cel al unui prototip metalic.
Asta înseamnă că Tesla poate modifica prototipurile de câte ori este nevoie, retipărind unul nou în câteva ore folosind mașini de la companii precum Desktop Metal și unitatea sa ExOne. Ciclul de validare a designului folosind turnarea în nisip durează doar două până la trei luni, au declarat două dintre surse, comparativ cu între șase luni și un an pentru o matriță fabricată din metal.
În ciuda acestei flexibilități sporite, exista încă un obstacol major de depășit înainte ca piesele turnate la scară largă să poată fi realizate cu succes. Aliajele de aluminiu utilizate pentru producerea pieselor turnate se comportă diferit în matrițele din nisip față de cele din metal. Primele prototipuri adesea nu îndeplineau specificațiile lui Tesla.
Specialiștii în turnare au depășit această problemă prin formularea de aliaje speciale, reglarea fină a procesului de răcire a aliajului topit și elaborarea unui tratament termic post-producție, au declarat trei dintre surse. Odată ce Tesla este mulțumită de prototipul matriței de nisip, poate investi într-o matriță metalică finală pentru producția de masă.
Sursele au declarat că viitorul robototaxi/mașină mică de la Tesla i-a oferit oportunitatea perfectă de a construi o platformă electrică dintr-o singură bucată, în principal pentru că partea inferioară a caroseriei este mai simplă. Mașinile mici nu au o „console” mare în față și în spate. „Este ca o barcă într-un fel, o tavă pentru baterie cu aripioare mici atașate la ambele capete. Ar avea sens să fie făcută dintr-o singură bucată”, a spus o persoană.
Sursele au susținut că Tesla încă trebuie să decidă ce tip de presă va folosi dacă decide să turneze partea inferioară a caroseriei dintr-o singură bucată. Pentru a fabrica rapid piese mari ale caroseriei vor fi necesare mașini de turnare mai mari, cu o putere de prindere de 16.000 de tone sau mai mult. Astfel de mașini vor fi scumpe și ar putea necesita clădiri din fabrici mai mari.
Presele cu putere de prindere mare nu pot găzdui miezurile de nisip imprimate 3D necesare pentru a realiza subcadre goale. Pentru a rezolva această problemă, Tesla folosește un alt tip de presă în care se poate injecta lent aliajul topit - o metodă care tinde să producă piese turnate de calitate superioară și poate găzdui miezurile de nisip.
Problema este că procesul durează mai mult. „Tesla ar putea totuși alege presiunea ridicată pentru productivitate sau ar putea alege injecția lentă a aliajelor pentru calitate și versatilitate”, a spus una dintre persoane. „În acest moment, este încă o chestiune de noroc.”
Aperitivul la pachet
Indiferent de decizia pe care o va lua Tesla, aceasta va avea implicații care se vor răspândi în întreaga industrie auto din întreaga lume. Tesla, în ciuda reducerilor semnificative de prețuri, continuă să producă mașini electrice cu profit - lucru pe care producătorii auto tradiționali îl consideră extrem de dificil de făcut.
Dacă Tesla își poate reduce semnificativ costurile de producție prin utilizarea pieselor turnate sub presiune înaltă, aceste companii vor fi supuse unei presiuni economice și mai mari. Nu este greu de imaginat ce s-a întâmplat cu Kodak și Nokia. Unde ar lăsa asta economia mondială și toți muncitorii care produc în prezent mașini convenționale este o problemă pe care nimeni nu o poate ghici.
Sursă:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-may-have-perfected-one-piece-casting-technology/
Autor: Steve Hanley
Editat de May Jiang de la MAT Aluminum
Data publicării: 05 iunie 2024
