Volgens berichten in de buitenlandse media van 15 september, onder vermelding van vijf mensen die bekend zijn met de zaak, heeft de Amerikaanse fabrikant van elektrische auto's Tesla een technologische doorbraak bereikt door een reeks innovaties te combineren en wordt verwacht dat hij de onderkant van zijn elektrische auto in één keer zal spuitgieten. Dit zou de manier kunnen veranderen waarop Tesla elektrische voertuigen bouwt en CEO Elon Musk kunnen helpen zijn doel te bereiken: het halveren van de productiekosten van elektrische voertuigen.

Tesla is de eerste in de branche die een gigantische spuitgietmachine gebruikt met een druk van 6.000 tot 9.000 ton, en gebruikt een proces van "duizend ton" om de voor- en achterkant van de Model Y integraal te spuitgieten. Deze aanpak verlaagt de productiekosten aanzienlijk, waardoor concurrenten hun achterstand moeten inhalen.

Om zijn voorsprong uit te breiden staat Tesla op het punt een innovatie in het productieproces te lanceren waarmee de complexe onderkant van elektrische voertuigen uit één stuk kan worden gegoten, in plaats van uit ongeveer 400 onderdelen te worden samengesteld, zoals bij traditionele auto's, zeiden mensen die bekend zijn met de materie.

Bronnen zeiden dat deze technologie de kerninhoud is van de ‘Unboxed Assembly Process’-productiestrategie die Musk in maart van dit jaar heeft aangekondigd. Het is voor hem een ​​belangrijke strategie om de komende tien jaar tientallen miljoenen goedkope elektrische voertuigen te produceren en toch winstgevend te blijven.

Tesla zegt dat zijn ‘out-of-the-box’ productiemodel de gelijktijdige productie van grote modules van de auto omvat voordat ze in elkaar worden gezet. Maar er wordt gespeculeerd over de omvang en samenstelling van de verschillende modules in de auto.

Terry Woychowski, president van het Amerikaanse ingenieursbureau Caresoft Global, zei dat als Tesla met succes in één keer de onderkant van een elektrisch voertuig kan gieten, dit de manier waarop auto's worden ontworpen en geproduceerd zeker verder zal ondermijnen.

Wachowski werkte ruim dertig jaar voor de Amerikaanse autofabrikant General Motors. "Het is een stimulerend middel en heeft een enorme impact op de auto-industrie, maar het is een zeer uitdagende taak", zei hij. "Gieten is heel moeilijk om te doen, vooral de grotere en complexere gietstukken."

Twee van de bronnen zeiden dat deze nog niet eerder gerapporteerde nieuwe ontwerp- en productietechnologie van Tesla betekent dat het bedrijf in 18 tot 24 maanden een auto van de grond af aan kan ontwikkelen, vergeleken met de drie tot vier jaar die de meeste rivalen momenteel nodig hebben.

Als alles goed gaat, zou de kleine elektrische auto van Tesla één groot frame kunnen gebruiken dat de voor- en achterkant van de carrosserie en het chassis combineert, zeiden vijf mensen die bekend waren met de zaak. Het bedrijf wil rond 2025 een elektrische auto lanceren die 25.000 dollar zal kosten.

Tesla zal naar verwachting al deze maand beslissen of de onderkant van het voertuig in zijn geheel wordt gegoten, aldus drie bronnen. Zelfs als het bedrijf dit productieproces blijft verbeteren, kan het eindproduct tijdens het ontwerpverificatieproces veranderen.

Noch Tesla, noch Musk reageerden.

3D-printen enindustrieel zand

Tesla's technologische doorbraken richten zich op het ontwerpen en testen van gigantische mallen voor massaproductie van grote onderdelen, en op het spuitgieten van holle frames met interne verstijvingen om het voertuiggewicht te verminderen en tegelijkertijd de crashweerstand te verbeteren.

Vijf mensen die bekend zijn met de kwestie zeiden dat beide innovaties zijn ontwikkeld in samenwerking tussen ontwerp- en gietexperts in Groot-Brittannië, Duitsland, Japan en de Verenigde Staten, met behulp van 3D-printtechnologie en industrieel zand.

Tot nu toe hebben autofabrikanten zich teruggetrokken voor het gieten van grotere carrosseriestructuren vanwege het ‘gigantische gietdilemma’. Hoewel het gebruik van mallen die onderdelen van 1,5 vierkante meter of groter kunnen maken de productie-efficiëntie inderdaad kan verbeteren, is het kostbaar en brengt het talloze risico's met zich mee.

Volgens een gietexpert kan het, zodra een grote metalen proefmatrijs is gemaakt, $100.000 kosten om een ​​bewerking tijdens het ontwerpproces aan te passen, en kan het $1,5 miljoen kosten om een ​​mal opnieuw te maken. Een andere deskundige zei dat het hele ontwerpproces van een grote metalen mal gewoonlijk ongeveer 4 miljoen dollar kost.

Bronnen zeggen dat de autofabrikant dit onaanvaardbaar vindt. Vooral vanuit de meerdere perspectieven van geluid en trillingen, montage en polijsten, ergonomie en botsbestendigheid kan het ontwerp zes of meer aanpassingen vereisen om een ​​relatief perfecte metalen mal te creëren.

Maar bronnen zeiden dat Musk een manier wilde vinden om de onderkant in één stuk te gieten, ondanks de risico's.

Om deze obstakels te overwinnen wendde Tesla zich tot bedrijven die 3D-printers en industrieel zand gebruiken om proefmatrijzen te maken. De 3D-printer gebruikt een digitaal ontwerpbestand om vloeibare lijm laag voor laag op een dunne laag zand aan te brengen, waardoor een mal ontstaat waarin de gesmolten legering kan worden gegoten.

Uit bronnen bleek dat de kosten van het ontwerpverificatieproces voor prototypes van zandgietmatrijzen het laagst zijn. Zelfs als meerdere versies moeten worden herhaald, kost dit slechts 3% van de kosten van metalen prototypes.

Dit betekent dat Tesla zoveel aanpassingen aan het prototype kan maken als nodig is, met behulp van machines van bedrijven als Desktop Metal en dochteronderneming ExOne om binnen enkele uren een nieuw prototype te herdrukken.

Twee van de bronnen zeiden dat de ontwerpverificatiecyclus voor prototypes van zandgietmatrijzen slechts twee tot drie maanden duurt, terwijl prototypes van metalen matrijzen zes maanden tot een jaar duren.

Speciale legering

Het subframe van de onderkant van een auto is meestal hol om het gewicht te verminderen en de botsbestendigheid te verbeteren. De huidige gangbare praktijk onder autofabrikanten is het stempelen en lassen van meerdere onderdelen, waarbij er gaten tussen zitten.

Om het holle subframe te gieten, is Tesla van plan een 3D-geprinte massieve zandkern door de gietmal te plaatsen. Nadat het onderdeel is gegoten, wordt de zandkern verwijderd.

Maar zelfs nu Tesla een grotere flexibiliteit bereikt in het licht van complexe grootschalige raamwerken en ontwerpprocessen, is er nog steeds een grote hindernis die moet worden aangepakt.

De aluminiumlegeringen die worden gebruikt om gietstukken te produceren, gedragen zich anders in zandvormen en metalen vormen, en voldoen vaak niet aan de botsbestendigheid van Tesla en andere normen.

Gietexperts hebben het probleem overwonnen door speciale legeringen te formuleren, het koelproces van de gesmolten legering te verfijnen en een warmtebehandeling na de productie te ondergaan, aldus drie bronnen. Zodra Tesla tevreden is met het prototype van de matrijs, kan het investeren in het maken van de uiteindelijke metalen matrijs voor massaproductie.

Bronnen zeggen dat de aankomende kleine elektrische auto van Tesla een geweldige kans is om een ​​compleet productieplatform voor elektrische voertuigen te bouwen, vooral vanwege de eenvoudigere onderkant.

De kleine elektrische auto die Tesla ontwikkelt heeft een kleine motorkap en een kleine kofferbak, waardoor de overhangen voor en achter kort zijn.

"In zekere zin is het net een schip, een batterijbak met kleine vleugels aan elk uiteinde. Het is logisch om het uit één stuk te maken", zei een persoon die bekend was met de kwestie.

Bronnen zeiden echter dat als Tesla besluit de onderkant uit één stuk te spuitgieten, het bedrijf nog steeds moet beslissen welke gigantische spuitgietmachine het gaat gebruiken. De keuze zal de complexiteit van het lichaamsframe bepalen.

Mensen die bekend zijn met de zaak zeiden dat Tesla, om zulke grote lichaamsdelen snel uit te roeien, een grotere spuitgietmachine nodig heeft met een druk van 16.000 ton of hoger. Deze apparatuur is duurder en vereist een groter fabrieksoppervlak.

Drie van de vijf bronnen zeiden dat een probleem dat wordt veroorzaakt door de toegenomen druk op de spuitgietmachines is dat ze niet geschikt zijn voor de 3D-geprinte zandkern die nodig is om het holle subframe te creëren.

Mensen die bekend waren met de kwestie zeiden dat Tesla deze problemen kon oplossen door een ander type spuitgietmachine te gebruiken. Deze spuitgietmachine injecteert langzaam gesmolten legering, een methode die gietstukken van hogere kwaliteit produceert en ook compatibel is met zandkernen.

Maar dit proces duurt langer.

"Tesla heeft nog steeds de keuze tussen een hogedrukspuitgietmachine om de productiviteit te verhogen, of een langzame injectie van gesmolten legering om de kwaliteit en veelzijdigheid te verbeteren", zei een van de mensen. "Op dit moment is het nog steeds een 50-50 beslissing."