Agencja Reuters zdaje się mieć doskonałe źródła w Tesli. W raporcie z 14 września 2023 roku podano, że co najmniej 5 osób poinformowało firmę, że jest bliska osiągnięcia celu, jakim jest odlewanie podwozi samochodów w jednym kawałku. Odlewanie ciśnieniowe to w zasadzie dość prosty proces. Należy stworzyć formę, wypełnić ją roztopionym metalem, ostudzić, wyjąć formę i voilà! Samochód gotowy natychmiast. Sprawdza się to dobrze, jeśli produkuje się Tinkertoys lub samochodziki Matchbox, ale jest niezwykle trudne, jeśli próbuje się go użyć do produkcji pojazdów pełnowymiarowych.
Wagony Conestoga budowano na ramach wykonanych z drewna. Wczesne samochody również wykorzystywały drewniane ramy. Kiedy Henry Ford stworzył pierwszą linię montażową, normą było budowanie pojazdów na ramie drabinowej – dwóch żelaznych szynach połączonych poprzeczkami. Pierwszym produkowanym samochodem samonośnym był Citroen Traction Avant z 1934 roku, a rok później Chrysler Airflow.
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. XX wieku, producenci samochodów, zainspirowani 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, wraz z silnikiem, skrzynią biegów, mechanizmem różnicowym, półosiami napędowymi, kolumnami i hamulcami, został zamontowany na osobnej platformie, którą podnoszono od dołu na linii montażowej, zamiast opuszczać silnik i skrzynię biegów od góry, jak to miało miejsce w przypadku samochodów montowanych na ramie. Powód tej zmiany? Krótszy czas montażu, co przełożyło się na niższe koszty jednostkowe produkcji.
Przez długi czas technologia nadwozia samonośnego była preferowana w tzw. samochodach ekonomicznych, podczas gdy ramy drabinowe były wybierane w większych sedanach i kombi. Pojawiło się też kilka hybryd – samochodów z podłużnicami ramy z przodu przykręconymi do nadwozia samonośnego. Chevy Nova i MGB były przykładami tego trendu, który nie trwał długo.
Tesla przechodzi na odlewanie wysokociśnieniowe
Tesla, która od dawna wprowadza innowacje w procesie produkcji samochodów, kilka lat temu rozpoczęła eksperymenty z odlewami wysokociśnieniowymi. Początkowo skupiła się na produkcji tylnej części. Kiedy udało jej się to osiągnąć, przerzuciła się na produkcję przedniej części. Obecnie, według źródeł, Tesla koncentruje się na odlewaniu ciśnieniowym przedniej, środkowej i tylnej części w jednym procesie.
Dlaczego? Ponieważ tradycyjne techniki produkcyjne wykorzystują nawet 400 pojedynczych wytłoczek, które następnie muszą być ze sobą spawane, skręcane, skręcane lub klejone, aby stworzyć kompletną konstrukcję samonośną. Jeśli Tesla poradzi sobie z tym zadaniem, koszty produkcji mogą spaść nawet o 50 procent. To z kolei wywrze ogromną presję na wszystkich innych producentów, którzy będą musieli zareagować lub stracić możliwość konkurowania.
Nie trzeba dodawać, że producenci czują się atakowani ze wszystkich stron, ponieważ zdeterminowani pracownicy związkowi dobijają się do bram i domagają się większego udziału w zyskach, które jeszcze udało im się wypracować.
Terry Woychowsk, który pracował w General Motors przez 3 dekady, zna się na produkcji samochodów. Obecnie jest prezesem amerykańskiej firmy inżynieryjnej Caresoft Global. W rozmowie z agencją Reuters powiedział, że gdyby Tesli udało się wykonać gigacasting większości podwozia samochodu elektrycznego, jeszcze bardziej zrewolucjonizowałoby to sposób projektowania i produkcji samochodów. „To czynnik wspomagający na sterydach. Ma ogromne znaczenie dla branży, ale 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 potrzebuje na to obecnie od trzech do czterech lat. Pojedyncza, duża rama – łącząca przednią i tylną część nadwozia ze środkową częścią podwozia, w której znajduje się akumulator – mogłaby zostać wykorzystana do produkcji nowego, mniejszego samochodu elektrycznego, którego cena detaliczna wynosi około 25 000 dolarów. Tesla miała podjąć decyzję o odlaniu jednoczęściowej platformy metodą odlewania ciśnieniowego 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 w środku, ale mają wewnętrzne żebra niezbędne do rozpraszania sił powstających podczas zderzeń. Źródła podają, że innowacje specjalistów od projektowania i odlewnictwa z Wielkiej Brytanii, Niemiec, Japonii i Stanów Zjednoczonych wykorzystują druk 3D i piasek przemysłowy.
Wykonanie form potrzebnych do odlewania wysokociśnieniowego dużych elementów może być dość kosztowne i wiąże się ze znacznym ryzykiem. Po wykonaniu dużej metalowej formy testowej, poprawki mechaniczne w procesie projektowania mogą kosztować 100 000 dolarów za sztukę, a całkowite przerobienie formy może kosztować 1,5 miliona dolarów, według jednego ze specjalistów od odlewnictwa. Inny stwierdził, że cały proces projektowania dużej metalowej formy kosztuje zazwyczaj około 4 milionów dolarów.
Wielu producentów samochodów uznało koszty i ryzyko za zbyt wysokie, zwłaszcza że projekt może wymagać pół tuzina lub więcej poprawek, aby uzyskać idealny kształt pod względem hałasu i wibracji, dopasowania i wykończenia, ergonomii i odporności na zderzenia. Ryzyko to jednak rzadko porusza 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 piasku przemysłowego za pomocą drukarek 3D. Korzystając z cyfrowego pliku projektu, drukarki znane jako binder jets nanoszą ciekłe spoiwo na cienką warstwę piasku i stopniowo, warstwa po warstwie, budują formę, która może odlewać ciśnieniowo stopione stopy. Według jednego ze źródeł, koszt procesu walidacji projektu w przypadku odlewów piaskowych wynosi około 3% kosztu wykonania tego samego procesu w przypadku prototypu metalowego.
Oznacza to, że Tesla może modyfikować prototypy tyle razy, ile potrzeba, drukując nowy egzemplarz w ciągu kilku godzin, korzystając z maszyn takich firm jak Desktop Metal i jej oddział ExOne. Cykl walidacji projektu przy użyciu odlewu piaskowego trwa zaledwie od dwóch do trzech miesięcy, jak podają dwa źródła, w porównaniu z od sześciu miesięcy do roku w przypadku formy wykonanej z metalu.
Pomimo tej większej elastyczności, wciąż istniała jedna poważna przeszkoda do pokonania, zanim możliwe było pomyślne wykonanie odlewów na dużą skalę. Stopy aluminium używane do produkcji odlewów zachowują się inaczej w formach piaskowych niż w formach metalowych. Wczesne prototypy często nie spełniały specyfikacji Tesli.
Specjaliści od odlewów pokonali ten problem, opracowując specjalne stopy, precyzyjnie dopracowując proces chłodzenia stopu i opracowując obróbkę cieplną po produkcji, jak podają trzy źródła. Gdy Tesla będzie zadowolona z prototypowej formy piaskowej, będzie mogła zainwestować w finalną formę metalową do produkcji masowej.
Źródła podają, że nadchodzący mały samochód/robotaksówka Tesli dał firmie idealną okazję do odlania platformy pojazdu elektrycznego w jednym kawałku, głównie ze względu na prostszą konstrukcję podwozia. Małe samochody nie mają dużego „zwisu” z przodu i z tyłu. „To w pewnym sensie jak łódź, z pojemnikiem na baterie i małymi skrzydłami przymocowanymi do obu końców. Miałoby to sens, gdyby powstało w jednym kawałku” – powiedział jeden z użytkowników.
Źródła twierdzą, że Tesla wciąż musi zdecydować, jakiego rodzaju prasy użyć, jeśli zdecyduje się odlać podwozie w całości. Szybka produkcja dużych części nadwozia będzie wymagała większych maszyn odlewniczych o sile zwarcia 16 000 ton lub większej. Takie maszyny będą drogie i mogą wymagać większych hal produkcyjnych.
Prasy o dużej sile zacisku nie są w stanie obsłużyć rdzeni piaskowych drukowanych w technologii 3D, niezbędnych do produkcji pustych ram pomocniczych. Aby rozwiązać ten problem, Tesla stosuje inny typ prasy, do której można powoli wtryskiwać stopiony stop – metodę, która zazwyczaj zapewnia wyższą jakość odlewów i umożliwia obróbkę rdzeni piaskowych.
Problem w tym, że ten proces trwa dłużej. „Tesla nadal może wybrać wysokie ciśnienie dla wydajności albo powolny wtrysk stopu dla jakości i wszechstronności” – powiedziała jedna z osób. „Na tym etapie to wciąż rzut monetą”.
Na wynos
Niezależnie od tego, jaką decyzję podejmie Tesla, będzie ona miała konsekwencje, które odbiją się szerokim echem w całym przemyśle motoryzacyjnym na całym świecie. Tesla, pomimo znacznych obniżek cen, nadal produkuje samochody elektryczne z zyskiem – co jest niezwykle trudne dla tradycyjnych producentów samochodów.
Jeśli Tesla zdoła znacząco obniżyć koszty produkcji dzięki zastosowaniu odlewów wysokociśnieniowych, firmy te znajdą się pod jeszcze większą presją ekonomiczną. Nietrudno sobie wyobrazić, co stało się z Kodakiem i Nokią. Nikt nie wie, jak potoczyłoby się to dla światowej gospodarki i wszystkich pracowników, którzy obecnie produkują samochody konwencjonalne.
Źródło:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-may-have-perfected-one-piece-casting-technology/
Autor: Steve Hanley
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminum
Czas publikacji: 05-06-2024
