Reuters lijkt over uitstekende bronnen diep binnen Tesla te beschikken. In een rapport van 14 september 2023 staat dat maar liefst vijf mensen hebben verteld dat het bedrijf dicht bij zijn doel komt om de onderkant van zijn auto’s in één stuk te gieten. Spuitgieten is in principe een vrij eenvoudig proces. Maak een mal, vul hem met gesmolten metaal, laat hem afkoelen, verwijder de mal en voila! Instant auto. Het werkt goed als je Tinkertoys- of Matchbox-auto's maakt, maar het is extreem moeilijk als je het probeert te gebruiken om voertuigen op ware grootte te maken.
Conestoga-wagens werden gebouwd op frames van hout. Vroege auto's gebruikten ook houten frames. Toen Henry Ford de eerste assemblagelijn creëerde, was het de norm om voertuigen op een ladderframe te bouwen: twee ijzeren rails die met dwarsstukken aan elkaar waren vastgemaakt. De eerste productieauto uit één stuk was de Citroen Traction Avant in 1934, gevolgd door de Chrysler Airflow het jaar daarop.
Unibody-auto's hebben geen frame eronder. In plaats daarvan is de metalen carrosserie zo gevormd en gevormd dat deze het gewicht van de aandrijflijn kan dragen en de inzittenden kan beschermen bij een botsing. Vanaf de jaren vijftig schakelden autofabrikanten, aangespoord door productie-innovaties van Japanse bedrijven als Honda en Toyota, over op het maken van auto's uit één stuk met voorwielaandrijving.
De gehele aandrijflijn, compleet met motor, transmissie, differentieel, aandrijfassen, veerpoten en remmen, werd op een apart platform geïnstalleerd dat van onderaf op de lopende band op zijn plaats werd getild, in plaats van de motor en transmissie van bovenaf naar binnen te laten vallen zoals ze zouden doen. werd gedaan voor auto's gebouwd op een frame. De reden voor de verandering? Snellere montagetijden, wat leidde tot lagere productiekosten per eenheid.
Lange tijd had de unibody-technologie de voorkeur voor zogenaamde economy-auto's, terwijl ladderframes de keuze waren voor grotere sedans en wagons. Er zaten een aantal hybrides tussen: auto's met framerails aan de voorkant, vastgeschroefd aan een passagiersruimte uit één stuk. De Chevy Nova en MGB waren voorbeelden van deze trend, die niet lang duurde.
Tesla gaat over op hogedrukgieten
Tesla, dat er een gewoonte van heeft gemaakt de manier waarop auto’s worden gemaakt, te ontwrichten, begon enkele jaren geleden te experimenteren met hogedrukgietstukken. Eerst concentreerde het zich op het maken van de achterstructuur. Toen dat goed was, schakelde het over op het maken van de frontstructuur. Volgens bronnen concentreert Tesla zich nu op het onder druk gieten van de voor-, midden- en achtersecties in één bewerking.
Waarom? Omdat traditionele productietechnieken tot 400 individuele stempels gebruiken die vervolgens aan elkaar moeten worden gelast, vastgeschroefd, geschroefd of gelijmd om een volledige unibody-structuur te maken. Als Tesla dit goed kan doen, kunnen de productiekosten met wel 50 procent worden verlaagd. Dat zal op zijn beurt een enorme druk uitoefenen op elke andere fabrikant om te reageren, anders zullen ze niet meer kunnen concurreren.
Het hoeft geen betoog dat deze fabrikanten zich van alle kanten gehavend voelen, nu arrogante vakbondswerkers op de poorten bonken en een groter deel van de winst eisen die nog wordt verdiend.
Terry Woychowsk, die drie decennia bij General Motors heeft gewerkt, weet het een en ander over de productie van auto's. Hij is nu president van het Amerikaanse ingenieursbedrijf Caresoft Global. Hij vertelt Reuters dat als Tesla erin slaagt het grootste deel van de onderkant van een elektrische auto te gigacasten, dit de manier waarop auto’s worden ontworpen en geproduceerd verder zou ontwrichten. “Het is een enabler van steroïden. Het heeft enorme gevolgen voor de sector, maar het is een zeer uitdagende taak. Gietstukken zijn heel moeilijk te maken, vooral de grotere en ingewikkelder.”
Twee van de bronnen zeiden dat Tesla's nieuwe ontwerp- en productietechnieken ervoor zorgen dat het bedrijf in 18 tot 24 maanden een auto van de grond af aan kan ontwikkelen, terwijl de meeste rivalen er momenteel drie tot vier jaar over doen. Eén groot frame – waarbij de voor- en achterkant worden gecombineerd met de middelste onderkant waar de batterij in zit – zou kunnen worden gebruikt om een nieuwe, kleinere elektrische auto te vervaardigen die voor ongeveer $ 25.000 te koop is. Verwacht werd dat Tesla deze maand al zou beslissen of er een platform uit één stuk zou worden uitgebracht, zeiden drie van de bronnen.
Belangrijke uitdagingen in het verschiet
Een van de grootste uitdagingen voor Tesla bij het gebruik van hogedrukgietstukken is het ontwerpen van subframes die hol zijn, maar de interne ribben hebben die nodig zijn om de krachten die optreden tijdens crashes te kunnen afvoeren. De bronnen beweren dat innovaties door ontwerp- en gietspecialisten in Groot-Brittannië, Duitsland, Japan en de Verenigde Staten gebruik maken van 3D-printen en industrieel zand.
Het maken van de mallen die nodig zijn voor het hogedrukgieten van grote componenten kan behoorlijk duur zijn en brengt aanzienlijke risico's met zich mee. Als er eenmaal een grote metalen proefmatrijs is gemaakt, kunnen machinale aanpassingen tijdens het ontwerpproces $100.000 per keer kosten, of kan het opnieuw maken van de mal in totaal $1,5 miljoen bedragen, volgens een gietspecialist. Een ander zei dat het hele ontwerpproces voor een grote metalen mal doorgaans ongeveer $ 4 miljoen zou kosten.
Veel autofabrikanten zijn van mening dat de kosten en de risico's te hoog zijn, vooral omdat een ontwerp misschien een zestal of meer aanpassingen nodig heeft om een perfecte matrijs te bereiken vanuit het perspectief van geluid en trillingen, pasvorm en afwerking, ergonomie en botsbestendigheid. Maar risico is iets waar Elon Musk, die als eerste raketten achteruit liet vliegen, zelden last van heeft.
Industrieel zand en 3D-printen
Tesla heeft zich naar verluidt tot bedrijven gewend die met 3D-printers proefmallen maken van industrieel zand. Met behulp van een digitaal ontwerpbestand plaatsen printers, bekend als binder jets, een vloeibaar bindmiddel op een dunne laag zand en bouwen geleidelijk een mal op, laag voor laag, die gesmolten legeringen kan spuitgieten. Volgens één bron kosten de kosten van het ontwerpvalidatieproces met zandgieten ongeveer 3% van de kosten van hetzelfde met een metalen prototype.
Dat betekent dat Tesla prototypes zo vaak als nodig kan aanpassen en binnen enkele uren een nieuw exemplaar kan herdrukken met behulp van machines van bedrijven als Desktop Metal en zijn ExOne-eenheid. De ontwerpvalidatiecyclus met behulp van zandgieten duurt slechts twee tot drie maanden, aldus twee bronnen, vergeleken met zes maanden tot een jaar voor een mal gemaakt van metaal.
Ondanks die grotere flexibiliteit moest er echter nog een grote hindernis worden overwonnen voordat er met succes gietstukken op grote schaal konden worden gemaakt. De aluminiumlegeringen die worden gebruikt om de gietstukken te produceren gedragen zich anders in mallen gemaakt van zand dan in mallen gemaakt van metaal. Vroege prototypes voldeden vaak niet aan de specificaties van Tesla.
De gietspecialisten hebben dit overwonnen door speciale legeringen te formuleren, het koelproces van de gesmolten legering te verfijnen en een warmtebehandeling na de productie te bedenken, aldus drie bronnen. Zodra Tesla tevreden is met het prototype van de zandmal, kan het investeren in een definitieve metalen mal voor massaproductie.
De bronnen zeiden dat Tesla's aankomende kleine auto/robotaxi hem een perfecte kans heeft gegeven om een EV-platform uit één stuk te gieten, vooral omdat de onderkant eenvoudiger is. Kleine auto's hebben geen grote “overhang” aan de voor- en achterkant. “Het lijkt in zekere zin op een boot, een accubak met aan beide uiteinden kleine vleugels. Dat zou logisch zijn om het in één stuk te doen”, zei iemand.
De bronnen beweerden dat Tesla nog moet beslissen wat voor soort pers het gaat gebruiken als het besluit de onderkant in één stuk te gieten. Om grote lichaamsdelen snel te kunnen vervaardigen zijn grotere gietmachines nodig met een sluitkracht van 16.000 ton of meer. Dergelijke machines zullen duur zijn en vereisen mogelijk grotere fabrieksgebouwen.
Persen met een hoog klemvermogen zijn niet geschikt voor de 3D-geprinte zandkernen die nodig zijn om holle subframes te maken. Om dat probleem op te lossen gebruikt Tesla een ander type pers waarin gesmolten legering langzaam kan worden geïnjecteerd – een methode die de neiging heeft gietstukken van hogere kwaliteit te produceren en de zandkernen kan huisvesten.
Het probleem is: dat proces duurt langer. “Tesla zou nog steeds kunnen kiezen voor hoge druk vanwege de productiviteit, of ze kunnen kiezen voor langzame legeringsinjectie vanwege kwaliteit en veelzijdigheid”, zei een van de mensen. “Het is op dit moment nog steeds een toss.”
De afhaalmaaltijd
Welke beslissing Tesla ook neemt, het zal gevolgen hebben die door de hele auto-industrie wereldwijd zullen stromen. Tesla maakt, ondanks aanzienlijke prijsverlagingen, nog steeds winst op het gebied van elektrische auto’s – iets wat oudere autofabrikanten uiterst moeilijk vinden om te doen.
Als Tesla zijn productiekosten aanzienlijk kan verlagen door gebruik te maken van hogedrukgietstukken, zullen deze bedrijven economisch onder nog grotere druk komen te staan. Het is niet moeilijk voor te stellen wat er met Kodak en Nokia met hen is gebeurd. Waar dat de wereldeconomie en alle werknemers die momenteel conventionele auto's maken zou achterlaten, is nog maar de vraag.
Bron:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-may-have-perfected-one-piece-casting-technology/
Auteur: Steve Hanley
Bewerkt door May Jiang van MAT Aluminium
Posttijd: 05-jun-2024
