تسلا ممکن است فناوری ریخته‌گری یک تکه را تکمیل کرده باشد

به نظر می‌رسد رویترز منابع بسیار خوبی در اعماق تسلا دارد. در گزارشی به تاریخ ۱۴ سپتامبر ۲۰۲۳، آمده است که حداقل ۵ نفر به آن گفته‌اند که این شرکت به هدف خود برای ریخته‌گری یکپارچه زیر بدنه خودروهایش نزدیک شده است. ریخته‌گری تحت فشار اساساً یک فرآیند نسبتاً ساده است. یک قالب بسازید، آن را با فلز مذاب پر کنید، بگذارید خنک شود، قالب را بردارید و تمام! ماشین فوری. اگر در حال ساخت ماشین‌های Tinkertoys یا Matchbox هستید، این روش به خوبی کار می‌کند، اما اگر سعی کنید از آن برای ساخت وسایل نقلیه در اندازه کامل استفاده کنید، بسیار دشوار است.

واگن‌های کونستوگا بر روی قاب‌هایی از جنس چوب ساخته می‌شدند. خودروهای اولیه نیز از قاب‌های چوبی استفاده می‌کردند. هنگامی که هنری فورد اولین خط مونتاژ را ایجاد کرد، رسم بر این بود که خودروها بر روی یک قاب نردبانی ساخته شوند - دو ریل آهنی که با قطعات ضربدری به هم متصل شده بودند. اولین خودروی تولیدی با بدنه یکپارچه، سیتروئن ترکشن آوانت در سال ۱۹۳۴ بود و به دنبال آن کرایسلر ایرفلو سال بعد عرضه شد.

خودروهای تک بدنه هیچ قابی در زیر خود ندارند. در عوض، بدنه فلزی به گونه‌ای شکل گرفته و ساخته شده است که می‌تواند وزن سیستم انتقال قدرت را تحمل کند و در صورت تصادف از سرنشینان محافظت کند. از دهه 1950، خودروسازان، با الهام از نوآوری‌های تولیدی که توسط شرکت‌های ژاپنی مانند هوندا و تویوتا پیشگام شده بودند، به ساخت خودروهای تک بدنه با دیفرانسیل جلو روی آوردند.

کل سیستم انتقال قدرت، شامل موتور، گیربکس، دیفرانسیل، میل گاردان، کمک‌فنرها و ترمزها، بر روی یک پلتفرم جداگانه نصب شده بود که از پایین در خط مونتاژ بالا برده می‌شد، به جای اینکه موتور و گیربکس از بالا به روشی که برای خودروهای ساخته شده روی شاسی انجام می‌شد، قرار داده شوند. دلیل این تغییر؟ زمان مونتاژ سریع‌تر که منجر به کاهش هزینه‌های واحد تولید شد.

برای مدت طولانی، فناوری بدنه یکپارچه برای خودروهای به اصطلاح اقتصادی ترجیح داده می‌شد، در حالی که شاسی‌های نردبانی برای سدان‌ها و واگن‌های بزرگتر انتخاب می‌شدند. برخی از خودروهای هیبریدی نیز با این فناوری ترکیب شدند - خودروهایی با ریل‌های فریم در جلو که به محفظه سرنشین یکپارچه پیچ شده بودند. شورلت نوا و ام‌جی‌بی نمونه‌هایی از این روند بودند که دوام زیادی نداشتند.

چرخش تسلا به سمت ریخته‌گری تحت فشار بالا

تسلا که عادت به ایجاد تحول در ساخت خودروها دارد، چند سال پیش آزمایش ریخته‌گری تحت فشار بالا را آغاز کرد. ابتدا بر ساخت سازه عقب تمرکز کرد. وقتی این کار را درست انجام داد، به ساخت سازه جلو روی آورد. اکنون، طبق گفته منابع، تسلا بر ریخته‌گری تحت فشار بخش‌های جلو، مرکز و عقب، همه در یک عملیات، تمرکز دارد.

چرا؟ چون تکنیک‌های تولید سنتی از حداکثر ۴۰۰ قطعه‌ی پرس‌کاری جداگانه استفاده می‌کنند که سپس باید جوش داده شوند، پیچ و مهره شوند، به هم متصل شوند یا چسبانده شوند تا یک ساختار یکپارچه‌ی کامل ایجاد شود. اگر تسلا بتواند این کار را به درستی انجام دهد، هزینه‌ی تولید آن می‌تواند تا ۵۰ درصد کاهش یابد. این به نوبه‌ی خود، فشار زیادی را بر سایر تولیدکنندگان وارد می‌کند تا واکنش نشان دهند یا خود را ناتوان از رقابت ببینند.

ناگفته پیداست که این تولیدکنندگان از همه طرف احساس می‌کنند که مورد ضرب و شتم قرار گرفته‌اند، زیرا کارگران متکبر اتحادیه‌ای به دروازه‌ها می‌کوبند و سهم بیشتری از سودی که هنوز به دست می‌آید را مطالبه می‌کنند.

تری وویچوفسک، که به مدت ۳ دهه در جنرال موتورز کار کرده است، در مورد تولید خودرو اطلاعات زیادی دارد. او اکنون رئیس شرکت مهندسی آمریکایی Caresoft Global است. او به رویترز می‌گوید که اگر تسلا موفق شود بیشتر قسمت زیرین یک خودروی برقی را به صورت گیگا کست تولید کند، این امر نحوه طراحی و تولید خودروها را بیش از پیش متحول خواهد کرد. «این یک عامل توانمندساز است. این امر پیامدهای بزرگی برای صنعت دارد، اما یک کار بسیار چالش برانگیز است. ریخته‌گری بسیار دشوار است، به خصوص در مورد خودروهای بزرگتر و پیچیده‌تر.»

دو نفر از این منابع گفتند که تکنیک‌های جدید طراحی و تولید تسلا به این معنی است که این شرکت می‌تواند یک خودرو را از پایه در ۱۸ تا ۲۴ ماه توسعه دهد، در حالی که اکثر رقبا در حال حاضر می‌توانند از سه تا چهار سال زمان ببرند. یک قاب بزرگ واحد - ترکیبی از بخش‌های جلو و عقب با قسمت میانی زیر بدنه که باتری در آن قرار دارد - می‌تواند برای تولید یک خودروی الکتریکی جدید و کوچک‌تر که حدود ۲۵۰۰۰ دلار قیمت دارد، استفاده شود. سه نفر از این منابع گفتند که انتظار می‌رود تسلا در همین ماه تصمیم بگیرد که آیا یک پلتفرم یک تکه را به صورت دایکست تولید کند یا خیر.

چالش‌های مهم پیش رو

یکی از بزرگترین چالش‌های تسلا در استفاده از ریخته‌گری تحت فشار بالا، طراحی ساب‌فریم‌هایی است که توخالی باشند اما دارای دنده‌های داخلی لازم برای دفع نیروهای وارده در هنگام تصادفات باشند. این منابع ادعا می‌کنند که نوآوری‌های متخصصان طراحی و ریخته‌گری در بریتانیا، آلمان، ژاپن و ایالات متحده با استفاده از چاپ سه‌بعدی و شن صنعتی انجام شده است.

ساخت قالب‌های مورد نیاز برای ریخته‌گری تحت فشار قطعات بزرگ می‌تواند بسیار گران باشد و خطرات قابل توجهی را به همراه داشته باشد. به گفته یکی از متخصصان ریخته‌گری، پس از ساخت یک قالب بزرگ فلزی برای آزمایش، اصلاحات ماشینکاری در طول فرآیند طراحی می‌تواند ۱۰۰۰۰۰ دلار هزینه داشته باشد، یا به طور کلی، بازسازی قالب ممکن است ۱.۵ میلیون دلار هزینه داشته باشد. یکی دیگر گفت که کل فرآیند طراحی برای یک قالب فلزی بزرگ معمولاً حدود ۴ میلیون دلار هزینه دارد.

بسیاری از خودروسازان هزینه و خطرات را بسیار بالا دانسته‌اند، به خصوص از آنجایی که یک طراحی ممکن است به شش یا تعداد بیشتری تغییر نیاز داشته باشد تا از منظر سر و صدا و لرزش، تناسب و پرداخت، ارگونومی و مقاومت در برابر تصادف، به یک قالب بی‌نقص دست یابد. اما ریسک چیزی است که به ندرت ایلان ماسک را آزار می‌دهد، کسی که اولین کسی بود که موشک‌ها را به عقب پرتاب کرد.

شن و ماسه صنعتی و چاپ سه بعدی

طبق گزارش‌ها، تسلا به شرکت‌هایی روی آورده است که قالب‌های آزمایشی را از ماسه صنعتی با چاپگرهای سه‌بعدی می‌سازند. چاپگرهایی که به عنوان جت‌های چسباننده شناخته می‌شوند، با استفاده از یک فایل طراحی دیجیتال، یک عامل اتصال مایع را روی یک لایه نازک از ماسه رسوب می‌دهند و به تدریج قالبی را لایه به لایه می‌سازند که می‌تواند آلیاژهای مذاب را به روش ریخته‌گری تحت فشار (دایکست) قالب‌گیری کند. به گفته یک منبع، هزینه فرآیند اعتبارسنجی طراحی با ریخته‌گری ماسه‌ای حدود ۳٪ از انجام همان کار با یک نمونه اولیه فلزی است.

این یعنی تسلا می‌تواند نمونه‌های اولیه را هر چند بار که لازم باشد تغییر دهد و با استفاده از ماشین‌آلات شرکت‌هایی مانند Desktop Metal و واحد ExOne خود، در عرض چند ساعت یک نمونه جدید را دوباره چاپ کند. دو منبع گفتند چرخه اعتبارسنجی طراحی با استفاده از ریخته‌گری ماسه‌ای تنها دو تا سه ماه طول می‌کشد، در حالی که این زمان برای قالب ساخته شده از فلز از شش ماه تا یک سال متغیر است.

با وجود این انعطاف‌پذیری بیشتر، هنوز یک مانع بزرگ دیگر وجود داشت که باید قبل از ساخت موفقیت‌آمیز قطعات ریخته‌گری شده در مقیاس بزرگ بر آن غلبه می‌شد. آلیاژهای آلومینیومی که برای تولید قطعات ریخته‌گری شده استفاده می‌شدند، در قالب‌های ساخته شده از ماسه، رفتار متفاوتی نسبت به قالب‌های ساخته شده از فلز داشتند. نمونه‌های اولیه اغلب با مشخصات تسلا مطابقت نداشتند.

سه منبع گفتند که متخصصان ریخته‌گری با فرموله کردن آلیاژهای ویژه، تنظیم دقیق فرآیند خنک‌سازی آلیاژ مذاب و ارائه یک عملیات حرارتی پس از تولید، بر این مشکل غلبه کردند. هنگامی که تسلا از قالب ماسه‌ای نمونه اولیه راضی باشد، می‌تواند روی یک قالب فلزی نهایی برای تولید انبوه سرمایه‌گذاری کند.

این منابع گفتند که خودروی کوچک/روبوتاکسی آینده تسلا، فرصت بی‌نظیری را برای ساخت یک پلتفرم خودروی برقی به صورت یکپارچه فراهم کرده است، عمدتاً به این دلیل که زیر بدنه آن ساده‌تر است. خودروهای کوچک در جلو و عقب "برآمدگی" بزرگی ندارند. یکی از افراد گفت: "به نوعی شبیه قایق است، یک سینی باتری با بال‌های کوچک که به دو سر آن متصل است. انجام این کار به صورت یکپارچه منطقی است."

این منابع ادعا کردند که تسلا هنوز باید تصمیم بگیرد که اگر تصمیم به ریخته‌گری یکپارچه زیر بدنه بگیرد، از چه نوع پرسی استفاده کند. برای تولید سریع قطعات بزرگ بدنه، به ماشین‌های ریخته‌گری بزرگتری با قدرت گیره ۱۶۰۰۰ تن یا بیشتر نیاز خواهد بود. چنین ماشین‌هایی گران خواهند بود و ممکن است به ساختمان‌های کارخانه بزرگتری نیاز داشته باشند.

پرس‌هایی با قدرت گیره بالا نمی‌توانند هسته‌های شنی چاپ سه‌بعدی مورد نیاز برای ساخت ساب‌فریم‌های توخالی را در خود جای دهند. برای حل این مشکل، تسلا از نوع متفاوتی از پرس استفاده می‌کند که آلیاژ مذاب می‌تواند به آرامی در آن تزریق شود - روشی که تمایل به تولید ریخته‌گری با کیفیت بالاتر دارد و می‌تواند هسته‌های شنی را در خود جای دهد.

مشکل این است: این فرآیند زمان بیشتری می‌برد. یکی از افراد گفت: «تسلا هنوز می‌تواند برای بهره‌وری، فشار بالا را انتخاب کند، یا می‌تواند برای کیفیت و تطبیق‌پذیری، تزریق آهسته آلیاژ را انتخاب کند. در حال حاضر، هنوز یک شرط بندی وجود دارد.»

غذای بیرون‌بر

هر تصمیمی که تسلا بگیرد، پیامدهایی خواهد داشت که در سراسر صنعت خودرو در سراسر جهان موج خواهد زد. تسلا، با وجود کاهش قابل توجه قیمت‌ها، هنوز هم خودروهای برقی را با سود تولید می‌کند - کاری که خودروسازان قدیمی انجام آن را بسیار دشوار می‌دانند.

اگر تسلا بتواند با استفاده از ریخته‌گری تحت فشار بالا، هزینه‌های تولید خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، این شرکت‌ها از نظر اقتصادی تحت فشار بیشتری قرار خواهند گرفت. تصور اینکه چه اتفاقی برای کداک و نوکیا افتاد، برای آنها سخت نیست. اینکه این اتفاق اقتصاد جهان و تمام کارگرانی را که در حال حاضر خودروهای معمولی تولید می‌کنند، به کجا خواهد رساند، حدس و گمان است.

منبع:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-may-have-perfected-one-piece-casting-technology/

نویسنده: استیو هنلی

ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT Aluminum