Reuters verkar ha utmärkta källor djupt inom Tesla. I en rapport daterad 14 september 2023 säger de att inte mindre än fem personer har berättat för dem att företaget närmar sig sitt mål att gjuta underredet på sina bilar i ett stycke. Pressgjutning är i grunden en ganska enkel process. Skapa en form, fyll den med smält metall, låt den svalna, ta bort formen och voilà! Snabbbil. Det fungerar bra om du tillverkar Tinkertoys- eller Matchbox-bilar, men det är extremt svårt om du försöker använda det för att tillverka fullstora fordon.
Conestoga-vagnar byggdes ovanpå träramar. Tidiga bilar använde också träramar. När Henry Ford skapade den första monteringslinjen var normen att bygga fordon på en stegram – två järnskenor sammanbundna med tvärstycken. Den första produktionsbilen med enkaross var Citroën Traction Avant 1934, följt av Chrysler Airflow året därpå.
Unibody-bilar har ingen ram under sig. Istället är metallkarossen formad och utformad på ett sådant sätt att den kan bära drivlinans vikt och skydda de åkande vid en krock. Från och med 1950-talet gick biltillverkare, sporrade av tillverkningsinnovationer som banats väg för av japanska företag som Honda och Toyota, över till att tillverka unibody-bilar med framhjulsdrift.
Hela drivlinan, komplett med motor, växellåda, differential, drivaxlar, fjäderben och bromsar, installerades på en separat plattform som lyftes på plats underifrån på monteringslinjen, istället för att släppa ner motor och växellåda ovanifrån som det gjordes för bilar byggda på ram. Anledningen till förändringen? Snabbare monteringstider vilket ledde till lägre produktionskostnader per enhet.
Under lång tid var unibody-teknik att föredra för så kallade ekonomibilar medan stegramar var valet för större sedaner och kombibilar. Det fanns några hybrider inblandade – bilar med ramskenor fram bultade till ett unibody-passagerarutrymme. Chevy Nova och MGB var exempel på denna trend, som inte varade länge.
Tesla satsar på högtrycksgjutning
Tesla, som har gjort det till en vana att omforma hur bilar tillverkas, började experimentera med högtrycksgjutgods för flera år sedan. Först fokuserade de på att tillverka bakre strukturen. När de lyckades med det gick de över till att tillverka frontstrukturen. Nu, enligt källor, fokuserar Tesla på att gjuta fram-, mitt- och baksektionerna i en enda operation.
Varför? Eftersom traditionella tillverkningstekniker använder upp till 400 individuella stansningar som sedan måste svetsas, bultas, skruvas eller limmas ihop för att skapa en komplett enhetlig karossstruktur. Om Tesla lyckas med detta skulle tillverkningskostnaden kunna minskas med upp till 50 procent. Det kommer i sin tur att sätta en enorm press på alla andra tillverkare att reagera, annars kommer de inte att kunna konkurrera.
Det säger sig självt att dessa tillverkare känner sig hårt angripna från alla håll och kanter när upprymda fackligt organiserade arbetare bankar på grindarna och kräver en större del av de vinster som fortfarande görs.
Terry Woychowsk, som arbetade på General Motors i tre decennier, vet ett och annat om biltillverkning. Han är nu vd för det amerikanska ingenjörsföretaget Caresoft Global. Han berättar för Reuters att om Tesla lyckas gigacasta större delen av underredet på en elbil, skulle det ytterligare störa hur bilar designas och tillverkas. ”Det är en möjliggörare på steroider. Det har en enorm betydelse för industrin, men det är en mycket utmanande uppgift. Gjutgods är mycket svårt att göra, särskilt de större och mer komplicerade.”
Två av källorna sa att Teslas nya design- och tillverkningstekniker innebär att företaget kan utveckla en bil från grunden på 18 till 24 månader, medan de flesta konkurrenter för närvarande kan ta allt från tre till fyra år. En enda stor ram – som kombinerar de främre och bakre sektionerna med den mellersta undersidan där batteriet sitter – skulle kunna användas för att tillverka en ny, mindre elbil som säljs för cirka 25 000 dollar. Tesla förväntades besluta om huruvida de skulle gjuta en plattform i ett stycke redan denna månad, sa tre av källorna.
Betydande utmaningar framöver
En av de största utmaningarna för Tesla när det gäller att använda högtrycksgjutgods är att designa hjälpramar som är ihåliga men har de inre ribbor som behövs för att de ska kunna avleda de krafter som uppstår vid krascher. Källorna hävdar att innovationer från design- och gjutspecialister i Storbritannien, Tyskland, Japan och USA använder 3D-utskrift och industrisand.
Att tillverka de formar som behövs för högtrycksgjutning av stora komponenter kan vara ganska dyrt och medför betydande risker. När en stor metallprovform väl har tillverkats kan bearbetningsjusteringar under designprocessen kosta 100 000 dollar per gång, eller att göra om formen helt kan komma att kosta 1,5 miljoner dollar, enligt en gjutningsspecialist. En annan sa att hela designprocessen för en stor metallform vanligtvis skulle kosta cirka 4 miljoner dollar.
Många biltillverkare har ansett kostnaden och riskerna vara för höga, särskilt eftersom en design kan behöva ett halvdussin eller fler justeringar för att uppnå en perfekt form ur perspektivet av buller och vibrationer, passform och finish, ergonomi och krocksäkerhet. Men risk är något som sällan stör Elon Musk, som var den förste att få raketer att flyga baklänges.
Industriell sand och 3D-utskrift
Tesla har enligt uppgift vänt sig till företag som tillverkar testformar av industrisand med 3D-skrivare. Med hjälp av en digital designfil avsätter skrivare, så kallade bindemedelsstrålar, ett flytande bindemedel på ett tunt lager sand och bygger gradvis en form, lager för lager, som kan pressgjuta smälta legeringar. Enligt en källa kostar designvalideringsprocessen med sandgjutning cirka 3 % av att göra samma sak med en metallprototyp.
Det betyder att Tesla kan justera prototyper så många gånger som behövs och trycka om en ny på bara några timmar med maskiner från företag som Desktop Metal och deras ExOne-enhet. Designvalideringscykeln med sandgjutning tar bara två till tre månader, enligt två av källorna, jämfört med allt från sex månader till ett år för en form gjord av metall.
Trots den större flexibiliteten fanns det dock fortfarande ett stort hinder att övervinna innan storskaliga gjutgods kunde tillverkas framgångsrikt. Aluminiumlegeringarna som användes för att producera gjutgodset beter sig annorlunda i formar gjorda av sand än i formar gjorda av metall. Tidiga prototyper uppfyllde ofta inte Teslas specifikationer.
Gjutningsspecialisterna övervann detta genom att formulera speciella legeringar, finjustera kylprocessen för den smälta legeringen och ta fram en värmebehandling efter produktionen, uppgav tre av källorna. När Tesla är nöjd med prototypen av sandformen kan de investera i en färdig metallform för massproduktion.
Källorna sa att Teslas kommande småbil/robotaxi har gett dem en perfekt möjlighet att gjuta en elbilsplattform i ett stycke, främst för att underredet är enklare. Små bilar har inte ett stort "överhäng" fram och bak. "Det är som en båt på sätt och vis, en batterilåda med små vingar fästa i båda ändar. Det skulle vara vettigt att göra det i ett stycke", sa en person.
Källorna hävdade att Tesla fortfarande måste bestämma vilken typ av press de ska använda om de bestämmer sig för att gjuta underredet i ett stycke. För att snabbt tillverka stora karossdelar kommer det att krävas större gjutmaskiner med en spännkraft på 16 000 ton eller mer. Sådana maskiner kommer att vara dyra och kan kräva större fabriksbyggnader.
Pressar med hög klämkraft kan inte hantera de 3D-printade sandkärnor som behövs för att tillverka ihåliga hjälpramar. För att lösa det problemet använder Tesla en annan typ av press i vilken smält legering kan injiceras långsamt – en metod som tenderar att producera gjutgods av högre kvalitet och som kan hantera sandkärnorna.
Problemet är: den processen tar längre tid. ”Tesla kan fortfarande välja högt tryck för produktivitet, eller så kan de välja långsam legeringsinjektion för kvalitet och mångsidighet”, sa en av personerna. ”Det är fortfarande ett myntkast i nuläget.”
Avhämtningsstället
Oavsett vilket beslut Tesla fattar kommer det att få konsekvenser som kommer att påverka bilindustrin världen över. Tesla, trots betydande prissänkningar, tillverkar fortfarande elbilar med vinst – något som traditionella biltillverkare har extremt svårt att göra.
Om Tesla kan minska sina tillverkningskostnader avsevärt genom att använda högtrycksgjutgods, kommer dessa företag att vara under ännu större ekonomisk press. Det är inte svårt att föreställa sig vad som hände med Kodak och Nokia. Var det skulle lämna världsekonomin och alla arbetare som för närvarande tillverkar konventionella bilar är ingen som vet.
Källa:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-may-have-perfected-one-piece-casting-technology/
Författare: Steve Hanley
Redigerad av May Jiang från MAT Aluminum
Publiceringstid: 5 juni 2024
