Wydaje się, że Reuters ma doskonałe źródła w Tesli. W raporcie z 14 września 2023 r. napisano, że co najmniej 5 osób powiedziało jej, że firma jest bliska osiągnięcia celu, jakim jest odlewanie podwozi swoich samochodów w jednym kawałku. Odlewanie ciśnieniowe jest w zasadzie dość prostym procesem. Utwórz formę, wypełnij ją roztopionym metalem, poczekaj, aż ostygnie, usuń formę i voila! Natychmiastowy samochód. Działa dobrze, jeśli robisz samochody Tinkertoys lub Matchbox, ale jest niezwykle trudne, jeśli próbujesz go użyć do stworzenia pełnowymiarowych pojazdów.
Wagony Conestoga zbudowano na drewnianych ramach. Wczesne samochody również korzystały z 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 typu unibody był Citroen Traction Avant z 1934 roku, a rok później Chrysler Airflow.
Samochody typu unibody nie mają pod spodem ramy. Zamiast tego metalowy korpus jest ukształtowany i uformowany w taki sposób, aby utrzymać ciężar układu napędowego i chronić pasażerów w razie wypadku. Począwszy od lat pięćdziesiątych XX wieku producenci samochodów, zachęceni innowacjami produkcyjnymi zapoczątkowanymi przez japońskie firmy, takie jak Honda i Toyota, zaczęli produkować samochody jednoczęściowe z napędem na przednie koła.
Cały układ napędowy, wraz z silnikiem, skrzynią biegów, mechanizmem różnicowym, półosiami napędowymi, rozpórkami i hamulcami, został zainstalowany na osobnej platformie, którą podnoszono na miejsce od dołu na linii montażowej, zamiast zrzucać silnik i skrzynię biegów z góry w taki sposób, w jaki jest to montowane. zostało zrobione dla samochodów budowanych na ramie. Powód zmiany? Krótszy czas montażu, co doprowadziło do niższych kosztów jednostkowych produkcji.
Przez długi czas w tak zwanych samochodach ekonomicznych preferowano technologię unibody, natomiast w przypadku większych sedanów i kombi preferowano ramy drabinkowe. Było kilka hybryd – samochody z relingami z przodu przykręconymi do przedziału pasażerskiego typu unibody. Przykładami tego trendu, który nie trwał długo, były Chevy Nova i MGB.
Tesla przechodzi na odlewanie pod wysokim ciśnieniem
Tesla, która ma zwyczaj zakłócania konstrukcji samochodów, kilka lat temu zaczęła eksperymentować z odlewami pod wysokim ciśnieniem. Najpierw skupiono się na wykonaniu tylnej konstrukcji. Kiedy już wszystko poszło zgodnie z planem, przystąpiono do wykonania konstrukcji przedniej. Obecnie, według źródeł, Tesla koncentruje się na odlewaniu ciśnieniowym przedniej, środkowej i tylnej części w jednej operacji.
Dlaczego? Ponieważ tradycyjne techniki produkcyjne wykorzystują do 400 pojedynczych wytłoczek, które następnie należy zespawać, skręcić, skręcić lub skleić, aby uzyskać kompletną konstrukcję typu unibody. Jeśli Tesli uda się to zrobić dobrze, koszty produkcji mogą zostać obniżone nawet o 50 procent. To z kolei wywrze ogromną presję na każdego innego producenta, aby zareagował, w przeciwnym razie nie będzie w stanie konkurować.
Jest rzeczą oczywistą, że ci producenci czują się maltretowani ze wszystkich stron, gdy zarozumiali, uzwiązkowieni pracownicy walą w bramy i żądają większej części wszelkich wciąż osiąganych zysków.
Terry Woychowsk, który przez trzydzieści lat pracował w General Motors, wie co nieco o produkcji samochodów. Obecnie jest prezesem amerykańskiej firmy inżynieryjnej Caresoft Global. Mówi agencji Reuters, że jeśli Tesli uda się odrzucić większość podwozia pojazdu elektrycznego, jeszcze bardziej zakłóci to sposób projektowania i produkcji samochodów. „Jest to czynnik umożliwiający stosowanie sterydów. Ma to ogromne znaczenie dla branży, ale jest to bardzo wymagające zadanie. Castingi są bardzo trudne do zrobienia, zwłaszcza te większe i bardziej skomplikowane.
Dwa źródła podają, że nowe techniki projektowania i produkcji Tesli oznaczają, że firma będzie w stanie opracować samochód od podstaw w ciągu 18–24 miesięcy, podczas gdy większości konkurentów zajmuje to obecnie od trzech do czterech lat. Pojedyncza duża rama – łącząca przednią i tylną część ze środkowym podwoziem, w którym znajduje się akumulator – mogłaby zostać wykorzystana do wyprodukowania nowego, mniejszego samochodu elektrycznego, którego cena detaliczna wynosi około 25 000 dolarów. Trzy źródła podają, że Tesla miała zdecydować, czy odlać jednoczęściową platformę już w tym miesiącu.
Stojące przed nami istotne wyzwania
Jednym z największych wyzwań Tesli w zakresie stosowania odlewów wysokociśnieniowych jest zaprojektowanie ram pomocniczych, które są puste, ale posiadają wewnętrzne żebra niezbędne do rozpraszania sił występujących podczas zderzeń. Źródła twierdzą, że innowacje opracowane przez specjalistów od projektowania i odlewania z Wielkiej Brytanii, Niemiec, Japonii i Stanów Zjednoczonych wykorzystują druk 3D i piasek przemysłowy.
Wykonanie form potrzebnych do odlewania pod wysokim ciśnieniem dużych komponentów może być dość kosztowne i wiąże się ze znacznym ryzykiem. Według jednego ze specjalistów od odlewów, po wykonaniu dużej metalowej formy testowej poprawki w obróbce w procesie projektowania mogą kosztować 100 000 dolarów za jednorazową operację, a całkowita przeróbka formy może kosztować 1,5 miliona dolarów. Inny powiedział, 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 kilku lub więcej poprawek, aby uzyskać idealną matrycę z punktu widzenia hałasu i wibracji, dopasowania i wykończenia, ergonomii i odporności na zderzenia. Jednak ryzyko rzadko zaprząta głowę Elona Muska, który jako pierwszy sprawił, że rakiety leciały do tyłu.
Piasek przemysłowy i druk 3D
Podobno Tesla zwróciła się do firm, które wykonują formy testowe z piasku przemysłowego za pomocą drukarek 3D. Wykorzystując cyfrowy plik projektu, drukarki znane jako Binder Jets nakładają płynny środek wiążący 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 przy odlewaniu w piasku wynosi około 3% kosztu wykonania tego samego w przypadku metalowego prototypu.
Oznacza to, że Tesla może modyfikować prototypy tyle razy, ile potrzeba, i ponownie wydrukować nowy w ciągu kilku godzin, korzystając z maszyn takich firm jak Desktop Metal i jego jednostka ExOne. Dwa źródła podają, że cykl walidacji projektu przy użyciu odlewu piaskowego trwa tylko od dwóch do trzech miesięcy, w porównaniu z okresem od sześciu miesięcy do roku w przypadku formy wykonanej z metalu.
Jednak pomimo tej większej elastyczności istniała jeszcze jedna poważna przeszkoda do pokonania, zanim możliwe było pomyślne wykonanie odlewów na dużą skalę. Stopy aluminium użyte do produkcji odlewów inaczej zachowują się w formach piaskowych niż w formach metalowych. Wczesne prototypy często nie spełniały specyfikacji Tesli.
Specjaliści od odlewów przezwyciężyli ten problem, opracowując specjalne stopy, dostrajając proces chłodzenia stopionego stopu i opracowując obróbkę cieplną poprodukcyjną, podają trzy źródła. Gdy Tesla będzie zadowolona z prototypowej formy piaskowej, może zainwestować w ostateczną formę metalową do masowej produkcji.
Źródła podają, że nadchodzący mały samochód/robotaksówka Tesli dała jej doskonałą okazję do zbudowania platformy pojazdu elektrycznego 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 przypomina łódź: zasobnik na baterie z małymi skrzydełkami przymocowanymi na obu końcach. Rozsądnie byłoby to zrobić w jednym kawałku” – stwierdziła jedna z osób.
Źródła twierdziły, 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 zwarcia wynoszącej 16 000 ton lub większej. Takie maszyny będą drogie i mogą wymagać większych budynków fabrycznych.
Prasy o dużej sile zwarcia nie są w stanie pomieścić drukowanych w 3D rdzeni piaskowych potrzebnych do wykonania pustych ram pomocniczych. Aby rozwiązać ten problem, Tesla używa innego typu prasy, do której można powoli wtryskiwać stopiony stop – jest to metoda, która pozwala uzyskać odlewy o wyższej jakości i jest w stanie pomieścić rdzenie piaskowe.
Problem w tym, że proces ten trwa dłużej. „Tesla nadal może wybrać wysokie ciśnienie ze względu na produktywność lub wybrać powolny wtrysk stopu ze względu na jakość i wszechstronność” – powiedziała jedna z osób. „Na tym etapie to nadal rzut monetą”.
Jedzenie na wynos
Jakakolwiek decyzja zostanie podjęta przez Teslę, będzie ona miała konsekwencje, które odbiją się na całym przemyśle samochodowym na całym świecie. Tesla, pomimo znacznych obniżek cen, nadal produkuje samochody elektryczne z zyskiem, co jest niezwykle trudne dla starszych producentów samochodów.
Jeśli Tesli uda się znacznie obniżyć koszty produkcji dzięki zastosowaniu odlewów pod wysokim ciśnieniem, firmy te znajdą się pod jeszcze większą presją ekonomiczną. Nietrudno sobie wyobrazić, co przydarzyło się Kodakowi i Nokii. Nie można się domyśleć, gdzie to oznaczałoby dla światowej gospodarki i wszystkich pracowników, którzy obecnie produkują konwencjonalne samochody.
Źródło:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-may-have-perfected-one-piece-casting-technology/
Autor: Steve Hanley
Pod redakcją May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 05 czerwca 2024 r
