تسلا ممکن است فناوری ریخته گری یک تکه را کامل کرده باشد

به نظر می‌رسد رویترز منابع بسیار خوبی در تسلا دارد. در گزارشی به تاریخ 14 سپتامبر 2023، این شرکت می‌گوید کمتر از 5 نفر به آن گفته‌اند که این شرکت به هدف خود برای ریخته‌گری یک تکه زیر بدنه خودروهایش نزدیک می‌شود. دایکاست اساساً یک فرآیند نسبتاً ساده است. یک قالب درست کنید، آن را با فلز مذاب پر کنید، بگذارید خنک شود، قالب را بردارید و فویلا! ماشین فوری اگر در حال ساخت ماشین های Tinkertoys یا Matchbox هستید، به خوبی کار می کند، اما اگر سعی کنید از آن برای ساخت وسایل نقلیه با اندازه کامل استفاده کنید، بسیار دشوار است.

واگن های Conestoga بر روی قاب های ساخته شده از چوب ساخته شده بودند. اتومبیل های اولیه نیز از قاب های چوبی استفاده می کردند. هنگامی که هنری فورد اولین خط مونتاژ را ایجاد کرد، هنجار ساخت وسایل نقلیه بر روی یک چارچوب نردبانی بود - دو ریل آهنی که با قطعات متقاطع به هم گره خورده بودند. اولین خودروی تولیدی یونی بادی سیتروئن کشش آوانت در سال 1934 بود و پس از آن کرایسلر ایرفلو در سال بعد عرضه شد.

خودروهای یونی بادی هیچ قاب زیر خود ندارند. در عوض بدنه فلزی به گونه ای شکل گرفته است که می تواند وزن پیشرانه را تحمل کند و در صورت تصادف از سرنشینان محافظت کند. با شروع دهه 1950، خودروسازان، که با نوآوری‌های تولیدی که توسط شرکت‌های ژاپنی مانند هوندا و تویوتا پیشگام شده بودند، تشویق شدند، به ساخت خودروهای یکپارچه با دیفرانسیل جلو روی آوردند.

کل قوای محرکه، کامل با موتور، گیربکس، دیفرانسیل، میل‌های محرک، پایه‌ها و ترمزها، به جای انداختن موتور و گیربکس از بالا، روی پلت‌فرم جداگانه‌ای نصب شده بود که از پایین در خط مونتاژ بالا می‌رفت. برای اتومبیل های ساخته شده بر روی یک قاب انجام شد. دلیل تغییر؟ زمان مونتاژ سریع تر که منجر به کاهش هزینه های واحد تولید می شود.

برای مدت طولانی، فناوری unibody برای خودروهای به اصطلاح اقتصادی ترجیح داده می شد، در حالی که فریم های نردبانی برای سدان ها و واگن های بزرگتر انتخاب می شدند. برخی از هیبریدها مخلوط شده بودند - اتومبیل هایی با ریل های قاب در جلو که به محفظه سرنشین یکپارچه پیچ شده بودند. Chevy Nova و MGB نمونه هایی از این روند بودند که دوام چندانی نداشتند.

تسلا به سمت ریخته گری فشار بالا می رود

تسلا، که عادت به ایجاد اختلال در نحوه ساخت خودروها کرده است، چندین سال پیش آزمایش‌های ریخته‌گری فشار بالا را آغاز کرد. ابتدا روی ساخت ساختار عقب متمرکز شد. وقتی درست شد، به ساخت ساختار جلویی روی آورد. اکنون، طبق منابع، تسلا روی ریخته‌گری فشار بخش‌های جلو، مرکزی و عقب همه در یک عملیات تمرکز کرده است.

چرا؟ زیرا در تکنیک‌های تولید سنتی از 400 مهر زنی استفاده می‌شود که پس از آن باید جوش، پیچ و مهره، پیچ یا چسبانده شوند تا یک ساختار یکپارچه کامل ایجاد شود. اگر تسلا بتواند این موضوع را به درستی انجام دهد، هزینه ساخت آن تا 50 درصد کاهش می یابد. این به نوبه خود فشار زیادی را بر هر تولیدکننده دیگری وارد می‌کند تا پاسخ دهد یا خود را قادر به رقابت نخواهد دید.

ناگفته نماند که این تولیدکنندگان از همه طرف احساس ضرب و شتم می‌کنند، زیرا کارگران اتحادیه‌های بی‌حوصله بر دروازه‌ها می‌کوبند و خواهان بخش بزرگ‌تری از هر سودی هستند که هنوز به دست می‌آید.

تری وویچوفسک، که به مدت 3 دهه در جنرال موتورز کار می کرد، یک یا دو چیز در مورد تولید خودرو می داند. او اکنون رئیس شرکت مهندسی آمریکایی Caresoft Global است. او به رویترز می‌گوید که اگر تسلا بتواند قسمت اعظم زیر بدنه خودروهای الکتریکی را به صورت گیگاکست ارسال کند، باعث اختلال بیشتر در نحوه طراحی و تولید خودروها خواهد شد. "این یک توانمند کننده در استروئیدها است. این یک پیامد بزرگ برای صنعت است، اما یک کار بسیار چالش برانگیز است. انجام بازیگری بسیار سخت است، به خصوص بزرگتر و پیچیده تر.»

دو نفر از منابع گفتند که تکنیک‌های طراحی و ساخت جدید تسلا به این معنی است که این شرکت می‌تواند خودرویی را از ابتدا در مدت 18 تا 24 ماه توسعه دهد، در حالی که اکثر رقبا در حال حاضر بین 3 تا 4 سال طول می‌کشند. یک قاب بزرگ - ترکیبی از بخش‌های جلو و عقب با زیر بدنه میانی که باتری در آن قرار دارد - می‌تواند برای تولید یک ماشین الکتریکی جدید و کوچک‌تر با قیمت حدود 25000 دلار استفاده شود. به گفته سه منبع، انتظار می رفت تسلا در اسرع وقت در این ماه تصمیم بگیرد که آیا یک پلتفرم یک تکه را قالب ریزی کند یا خیر.

چالش های مهم پیش رو

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های تسلا در استفاده از ریخته‌گری‌های فشار بالا، طراحی زیرفریم‌هایی است که توخالی هستند، اما دارای دنده‌های داخلی هستند تا بتوانند نیروهایی را که در هنگام تصادف ایجاد می‌شود، از بین ببرند. این منابع ادعا می کنند که نوآوری های متخصصان طراحی و ریخته گری در بریتانیا، آلمان، ژاپن و ایالات متحده از چاپ سه بعدی و شن و ماسه صنعتی استفاده می کنند.

ساخت قالب های مورد نیاز برای ریخته گری با فشار بالا قطعات بزرگ می تواند بسیار گران باشد و خطرات قابل توجهی را به همراه داشته باشد. به گفته یکی از متخصصان ریخته‌گری، هنگامی که یک قالب آزمایشی فلزی بزرگ ساخته می‌شود، تغییرات ماشینکاری در طول فرآیند طراحی می‌تواند 100000 دلار در هر بار هزینه داشته باشد، یا بازسازی مجدد قالب ممکن است به 1.5 میلیون دلار برسد. دیگری گفت که کل فرآیند طراحی برای یک قالب فلزی بزرگ معمولاً حدود 4 میلیون دلار هزینه دارد.

بسیاری از خودروسازان هزینه و خطرات آن را بسیار بالا می‌دانند، به‌ویژه از آنجایی که یک طراحی ممکن است نیاز به تغییراتی در نیم‌دوجین یا بیشتر داشته باشد تا از منظر نویز و لرزش، تناسب و پرداخت، ارگونومی و قابلیت تصادف به یک قالب بی‌نقص دست یابد. اما ریسک چیزی است که به ندرت ایلان ماسک را آزار می دهد، کسی که اولین کسی بود که راکت ها را به سمت عقب پرواز 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 سه بعدی می‌سازند. با استفاده از یک فایل طراحی دیجیتال، چاپگرهایی که به عنوان جت‌های بایندر شناخته می‌شوند، یک ماده اتصال دهنده مایع را روی لایه نازکی از ماسه می‌گذارند و به تدریج قالبی لایه به لایه می‌سازند که می‌تواند آلیاژهای مذاب ریخته‌گری شود. به گفته یک منبع، هزینه فرآیند اعتبارسنجی طراحی با ریخته‌گری شن و ماسه، حدود 3 درصد هزینه انجام همان کار با نمونه اولیه فلزی را دارد.

این بدان معناست که تسلا می‌تواند نمونه‌های اولیه را هر چند بار که لازم است تغییر دهد و نمونه جدید را در عرض چند ساعت با استفاده از ماشین‌هایی از شرکت‌هایی مانند Desktop Metal و واحد ExOne آن چاپ کند. دو تا از منابع گفتند، چرخه اعتبارسنجی طراحی با استفاده از ریخته‌گری شن و ماسه تنها دو تا سه ماه طول می‌کشد، در حالی که برای قالب ساخته شده از فلز از شش ماه تا یک سال طول می‌کشد.

با وجود این انعطاف پذیری بیشتر، هنوز یک مانع بزرگ دیگر برای غلبه بر قبل از انجام موفقیت آمیز ریخته گری در مقیاس بزرگ وجود داشت. آلیاژهای آلومینیومی که برای تولید قطعات ریخته‌گری استفاده می‌شوند، در قالب‌های ساخته‌شده از ماسه رفتار متفاوتی نسبت به قالب‌های ساخته‌شده از فلز دارند. نمونه های اولیه اغلب نتوانستند مشخصات تسلا را برآورده کنند.

به گفته سه منبع، متخصصان ریخته‌گری با فرمول‌بندی 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 نمونه اولیه قالب ماسه ای راضی شد، می تواند در قالب فلزی نهایی برای تولید انبوه سرمایه گذاری کند.

این منابع گفتند که ماشین/روباتاکسی کوچک آینده تسلا به آن فرصت عالی برای ریختن یک پلت فرم EV در یک تکه داده است، عمدتاً به این دلیل که زیر بدنه آن ساده تر است. خودروهای کوچک در جلو و عقب یک "اورهنگ" بزرگ ندارند. «از جهاتی شبیه یک قایق است، یک سینی باتری با بال‌های کوچکی که به دو سر آن متصل است. یک نفر گفت که انجام این کار در یک قطعه منطقی است.

این منابع ادعا کردند که تسلا هنوز باید تصمیم بگیرد که اگر بخواهد زیر بدنه را یک تکه کند، از چه نوع پرس استفاده کند. برای تولید سریع قطعات بزرگ بدنه به ماشین های ریخته گری بزرگتر با قدرت گیره 16000 تن یا بیشتر نیاز است. چنین ماشین‌هایی گران هستند و ممکن است به ساختمان‌های کارخانه بزرگ‌تری نیاز داشته باشند.

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

مشکل این است: این فرآیند بیشتر طول می کشد. یکی از این افراد گفت: «تسلا هنوز هم می‌تواند فشار بالا را برای بهره‌وری انتخاب کند، یا می‌تواند تزریق کند آلیاژ را برای کیفیت و تطبیق‌پذیری انتخاب کند». "در این مرحله هنوز سکه پرتاب می شود."

غذای آماده

هر تصمیمی که تسلا بگیرد، پیامدهایی خواهد داشت که در سراسر صنعت خودرو در سراسر جهان موج خواهد زد. تسلا، علی‌رغم کاهش قابل توجه قیمت‌ها، همچنان در حال تولید خودروهای الکتریکی با سود است – کاری که خودروسازان قدیمی انجام آن را بسیار دشوار می‌دانند.

اگر تسلا بتواند هزینه های تولید خود را با استفاده از ریخته گری فشار بالا به میزان قابل توجهی کاهش دهد، آن شرکت ها از نظر اقتصادی تحت فشار بیشتری قرار خواهند گرفت. تصور اینکه چه اتفاقی برای کداک و نوکیا افتاده است، سخت نیست. جایی که اقتصاد جهان و تمام کارگرانی که در حال حاضر خودروهای معمولی می سازند، رها می شود، حدس هر کسی است.

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

نویسنده: استیو هانلی

ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT آلومینیوم