Agencja Reuters wydaje się mieć doskonałe źródła głęboko w Tesli. W raporcie z 14 września 2023 r. napisano, że nie mniej niż 5 osób powiedziało jej, że firma zbliża się do celu, jakim jest odlewanie podwozia swoich samochodów w jednym kawałku. Odlewanie ciśnieniowe to zasadniczo dość prosty proces. Stwórz formę, wypełnij ją stopionym metalem, pozwól jej ostygnąć, wyjmij formę i voila! Samochód gotowy natychmiast. Sprawdza się dobrze, jeśli produkujesz samochody Tinkertoys lub Matchbox, ale jest niezwykle trudny, jeśli próbujesz użyć go do produkcji pojazdów pełnowymiarowych.
Wagony Conestoga budowano na ramach wykonanych z drewna. Wczesne samochody również używały drewnianych ram. Kiedy Henry Ford stworzył pierwszą linię montażową, normą było budowanie pojazdów na ramie drabinowej — dwóch żelaznych szynach połączonych ze sobą poprzeczkami. Pierwszym produkowanym samochodem samonośnym był Citroen Traction Avant w 1934 r., a następnie Chrysler Airflow w kolejnym roku.
Samochody z nadwoziem samonośnym nie mają pod spodem ramy. Zamiast tego metalowe nadwozie jest ukształtowane i uformowane w taki sposób, aby mogło utrzymać ciężar układu napędowego i chronić pasażerów w razie wypadku. Począwszy od lat 50. producenci samochodów, zachęceni innowacjami produkcyjnymi zapoczątkowanymi przez japońskie firmy, takie jak Honda i Toyota, przeszli na produkcję samochodów z nadwoziem samonośnym z napędem na przednie koła.
Cały układ napędowy, w komplecie z silnikiem, skrzynią biegów, mechanizmem różnicowym, wałami napędowymi, kolumnami i hamulcami, został zainstalowany na oddzielnej platformie, którą podnoszono na miejsce od dołu na linii montażowej, zamiast opuszczać silnik i skrzynię biegów od góry, jak to robiono w przypadku samochodów zbudowanych na ramie. Powód zmiany? Krótszy czas montażu, co doprowadziło do obniżenia kosztów jednostkowych produkcji.
Przez długi czas technologia unibody była preferowana w przypadku tak zwanych samochodów ekonomicznych, podczas gdy ramy drabinowe były wyborem dla większych sedanów i kombi. Występowało kilka hybryd — samochodów z ramą poprzeczną z przodu przykręconą do kabiny pasażerskiej unibody. Chevy Nova i MGB były przykładami tego trendu, który nie trwał długo.
Tesla przechodzi na odlewanie wysokociśnieniowe
Tesla, która przyzwyczaiła się do zakłócania sposobu produkcji samochodów, zaczęła eksperymentować z odlewami wysokociśnieniowymi kilka lat temu. Najpierw skupiła się na tworzeniu tylnej struktury. Kiedy to zrobiła dobrze, przeszła do produkcji przedniej struktury. Teraz, według źródeł, Tesla koncentruje się na odlewaniu ciśnieniowym przedniej, środkowej i tylnej sekcji w jednej operacji.
Dlaczego? Ponieważ tradycyjne techniki produkcyjne wykorzystują do 400 pojedynczych tłoczeń, które następnie muszą zostać zespawane, przykręcone, przykręcone lub sklejone, aby stworzyć kompletną konstrukcję jednoczęściową. Jeśli Tesla zrobi to dobrze, jej koszty produkcji mogą zostać obniżone nawet o 50 procent. To z kolei wywrze ogromną presję na każdego innego producenta, aby zareagował lub nie był w stanie konkurować.
Nie trzeba dodawać, że producenci czują się atakowani ze wszystkich stron, ponieważ zuchwali pracownicy związkowi dobijają się do bram i domagają się większego udziału w zyskach, które jeszcze udało się wypracować.
Terry Woychowsk, który pracował w General Motors przez 3 dekady, wie co nieco o produkcji samochodów. Obecnie jest prezesem amerykańskiej firmy inżynieryjnej Caresoft Global. Mówi agencji Reuters, że jeśli Tesla zdoła wykonać gigacasting większości podwozia EV, jeszcze bardziej zakłóci to sposób projektowania i produkcji samochodów. „To wspomagacz na sterydach. Ma ogromne znaczenie dla branży, ale jest to bardzo trudne zadanie. Odlewy są bardzo trudne do wykonania, zwłaszcza te większe i bardziej skomplikowane”.
Dwa źródła podały, że nowe techniki projektowania i produkcji Tesli oznaczają, że firma mogłaby opracować samochód od podstaw w ciągu 18 do 24 miesięcy, podczas gdy większość konkurentów może obecnie potrzebować od trzech do czterech lat. Pojedyncza duża rama — łącząca sekcje przednią i tylną z podwoziem środkowym, w którym znajduje się akumulator — mogłaby zostać wykorzystana do wyprodukowania nowego, mniejszego samochodu elektrycznego, którego cena detaliczna wynosi około 25 000 dolarów. Oczekiwano, że Tesla zdecyduje, czy odlewać jednoczęściową platformę już w tym miesiącu, podały trzy źródła.
Przed nami poważne wyzwania
Jednym z największych wyzwań dla Tesli w zakresie stosowania odlewów wysokociśnieniowych jest projektowanie ram pomocniczych, które są puste, ale mają wewnętrzne żebra potrzebne do rozpraszania sił występujących podczas zderzeń. Źródła twierdzą, że innowacje specjalistów ds. projektowania i odlewnictwa w Wielkiej Brytanii, Niemczech, Japonii i Stanach Zjednoczonych wykorzystują druk 3D i piasek przemysłowy.
Wykonanie form potrzebnych do odlewania dużych elementów pod wysokim ciśnieniem może być dość kosztowne i wiąże się ze znacznym ryzykiem. Po wykonaniu dużej metalowej formy testowej, poprawki w obróbce podczas procesu projektowania mogą kosztować 100 000 USD za sztukę, a całkowite przerobienie formy może kosztować 1,5 miliona USD, według jednego specjalisty od odlewów. Inny powiedział, że cały proces projektowania dużej metalowej formy zazwyczaj kosztuje około 4 milionów USD.
Wielu producentów samochodów uznało koszty i ryzyko za zbyt wysokie, zwłaszcza że projekt może wymagać pół tuzina lub więcej poprawek, aby uzyskać idealną matrycę pod względem hałasu i wibracji, dopasowania i wykończenia, ergonomii i odporności na zderzenia. Ale ryzyko to coś, co rzadko niepokoi Elona Muska, który jako pierwszy sprawił, że rakiety latały do tyłu.
Przemysłowy piasek i druk 3D
Tesla podobno zwróciła się do firm, które wytwarzają formy testowe z przemysłowego piasku za pomocą drukarek 3D. Używając cyfrowego pliku projektu, drukarki znane jako strumienie spoiwa osadzają płynny środek wiążący na cienkiej warstwie piasku i stopniowo, warstwa po warstwie, budują formę, która może odlewać ciśnieniowo stopy stopione. Według jednego źródła koszt procesu walidacji projektu w przypadku odlewów piaskowych wynosi około 3% kosztu wykonania tej samej czynności w przypadku prototypu metalowego.
Oznacza to, że Tesla może modyfikować prototypy tyle razy, ile potrzeba, drukując nowe w ciągu kilku godzin przy użyciu maszyn takich firm jak Desktop Metal i jej jednostka ExOne. Cykl walidacji projektu przy użyciu odlewu piaskowego trwa tylko od dwóch do trzech miesięcy, jak twierdzą dwa źródła, w porównaniu z okresem od sześciu miesięcy do roku w przypadku formy wykonanej z metalu.
Mimo tej większej elastyczności, istniała jednak jeszcze jedna poważna przeszkoda do pokonania, zanim odlewy na dużą skalę mogły zostać pomyślnie wykonane. Stopy aluminium używane do produkcji odlewów zachowują się inaczej w formach wykonanych z piasku niż w formach wykonanych z metalu. Wczesne prototypy często nie spełniały specyfikacji Tesli.
Specjaliści od odlewów pokonali ten problem, formułując specjalne stopy, precyzyjnie dostrajając proces chłodzenia stopionego stopu i opracowując obróbkę cieplną po produkcji, jak podają trzy źródła. Gdy Tesla będzie zadowolona z prototypowej formy piaskowej, może zainwestować w ostateczną formę metalową do produkcji masowej.
Źródła twierdzą, że nadchodzący mały samochód/robotaxi Tesli dał jej doskonałą okazję do odlania platformy EV w jednym kawałku, głównie dlatego, że jej podwozie jest prostsze. Małe samochody nie mają dużego „zwisu” z przodu i z tyłu. „To w pewnym sensie jak łódź, taca na baterie z małymi skrzydłami przymocowanymi do obu końców. Miałoby sens, gdyby zrobić to w jednym kawałku” – powiedziała jedna osoba.
Źródła twierdzą, że Tesla musi jeszcze zdecydować, jakiego rodzaju prasy użyć, jeśli zdecyduje się odlać podwozie w jednym kawałku. Aby szybko wyprodukować duże części nadwozia, potrzebne będą większe maszyny odlewnicze o sile zacisku 16 000 ton lub większej. Takie maszyny będą drogie i mogą wymagać większych budynków fabrycznych.
Prasy o dużej sile zacisku nie są w stanie pomieścić rdzeni piaskowych drukowanych w technologii 3D, potrzebnych do produkcji pustych podram. Aby rozwiązać ten problem, Tesla używa innego typu prasy, do której można powoli wtryskiwać stopiony stop — metoda ta ma tendencję do wytwarzania odlewów o wyższej jakości i może pomieścić rdzenie piaskowe.
Problem polega na tym, że ten proces trwa dłużej. „Tesla nadal może wybrać wysokie ciśnienie dla wydajności lub może wybrać powolny wtrysk stopu dla jakości i wszechstronności” — powiedziała jedna z osób. „W tym momencie to nadal rzut monetą”.
Na wynos
Bez względu na to, jaką decyzję podejmie Tesla, będzie ona miała konsekwencje, które odbiją się echem w całym przemyśle samochodowym na całym świecie. Tesla, pomimo znacznych obniżek cen, nadal produkuje samochody elektryczne z zyskiem — co jest niezwykle trudne dla tradycyjnych producentów samochodów.
Jeśli Tesla może znacznie obniżyć koszty produkcji, stosując odlewy wysokociśnieniowe, firmy te znajdą się pod jeszcze większą presją ekonomiczną. Łatwo sobie wyobrazić, co stało się z Kodakiem i Nokią. Gdzie to postawiłoby światową gospodarkę i wszystkich pracowników, którzy obecnie produkują konwencjonalne samochody, można tylko zgadywać.
Źródło:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-mógł-dopracować-technologię-odlewania-jednoczęściowego/
Autor: Steve Hanley
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 05-06-2024
