Tesla hat möglicherweise die One-Piece-Casting-Technologie perfektioniert

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Reuters scheint tief in Tesla hervorragende Quellen zu haben. In einem Bericht vom 14. September 2023, heißt es, nicht weniger als fünf Personen hätten ihm mitgeteilt, dass das Unternehmen seinem Ziel, den Unterboden seiner Autos aus einem Stück zu gießen, nahe komme. Druckguss ist grundsätzlich ein recht einfacher Prozess. Erstellen Sie eine Form, füllen Sie sie mit geschmolzenem Metall, lassen Sie es abkühlen, entfernen Sie die Form und voilà! Sofortiges Auto. Es funktioniert gut, wenn Sie Tinkertoys oder Matchbox-Autos herstellen, aber es ist äußerst schwierig, wenn Sie versuchen, damit Fahrzeuge in Originalgröße herzustellen.

Conestoga-Wagen wurden auf Rahmen aus Holz gebaut. Frühe Automobile verwendeten auch Holzrahmen. Als Henry Ford das erste Fließband baute, bestand die Norm darin, Fahrzeuge auf einem Leiterrahmen zu bauen – zwei Eisenschienen, die mit Querstücken zusammengebunden waren. Das erste selbständige Serienauto war 1934 der Citroen Traction Avant, im folgenden Jahr folgte der Chrysler Airflow.

Unibody-Autos haben keinen Rahmen unter sich. Stattdessen ist die Metallkarosserie so geformt und geformt, dass sie das Gewicht des Antriebsstrangs tragen und die Insassen im Falle eines Unfalls schützen kann. Ab den 1950er Jahren stellten Automobilhersteller, angespornt durch Fertigungsinnovationen japanischer Unternehmen wie Honda und Toyota, auf die Herstellung von selbsttragenden Fahrzeugen mit Frontantrieb um.

Der gesamte Antriebsstrang, komplett mit Motor, Getriebe, Differenzial, Antriebswellen, Federbeinen und Bremsen, wurde auf einer separaten Plattform installiert, die von unten am Montageband angehoben wurde, anstatt Motor und Getriebe wie sonst von oben herabzulassen wurde für Autos durchgeführt, die auf einem Rahmen gebaut waren. Der Grund für die Änderung? Schnellere Montagezeiten, was zu niedrigeren Produktionsstückkosten führte.

Lange Zeit wurde die Unibody-Technologie für sogenannte Economy-Autos bevorzugt, während Leiterrahmen für größere Limousinen und Kombis die Wahl waren. Es waren auch einige Hybridfahrzeuge dabei – Autos mit Rahmenträgern vorne, die mit einem selbsttragenden Fahrgastraum verschraubt waren. Der Chevy Nova und der MGB waren Beispiele für diesen Trend, der jedoch nicht lange anhielt.

Tesla stellt auf Hochdruckguss um

Tesla, das es sich zur Gewohnheit gemacht hat, den Automobilbau zu revolutionieren, begann vor einigen Jahren mit Hochdruckgussteilen zu experimentieren. Zunächst konzentrierte man sich auf die Herstellung der Heckstruktur. Als es soweit war, ging es an die Herstellung der Vorderstruktur. Quellen zufolge konzentriert sich Tesla nun darauf, den vorderen, mittleren und hinteren Bereich in einem Arbeitsgang unter Druck zu gießen.

Warum? Denn bei herkömmlichen Fertigungstechniken werden bis zu 400 einzelne Stanzteile benötigt, die dann zu einer kompletten Unibody-Struktur zusammengeschweißt, verschraubt, verschraubt oder verklebt werden müssen. Wenn Tesla dies hinbekommt, könnten seine Herstellungskosten um bis zu 50 Prozent gesenkt werden. Das wiederum wird einen enormen Druck auf alle anderen Hersteller ausüben, zu reagieren, andernfalls sind sie nicht in der Lage, mitzuhalten.

Es versteht sich von selbst, dass sich diese Hersteller von allen Seiten angeschlagen fühlen, da hochnäsige gewerkschaftlich organisierte Arbeiter an die Tore klopfen und einen größeren Teil der noch erwirtschafteten Gewinne fordern.

Terry Woychowsk, der drei Jahrzehnte lang bei General Motors gearbeitet hat, weiß ein oder zwei Dinge über die Herstellung von Automobilen. Heute ist er Präsident des US-amerikanischen Ingenieurunternehmens Caresoft Global. Er sagt Reuters Wenn es Tesla gelingt, den größten Teil des Unterbodens eines Elektrofahrzeugs in Gigacast-Technik zu verlegen, würde dies die Art und Weise, wie Autos entworfen und hergestellt werden, noch weiter verändern. „Es ist ein Wegbereiter für Steroide. Es hat enorme Auswirkungen auf die Branche, ist aber eine sehr herausfordernde Aufgabe. Gussteile sind sehr schwierig, vor allem wenn sie größer und komplizierter sind.“

Zwei der Quellen sagten, Teslas neue Design- und Fertigungstechniken bedeuten, dass das Unternehmen ein Auto von Grund auf in 18 bis 24 Monaten entwickeln könnte, während die meisten Konkurrenten derzeit drei bis vier Jahre brauchen. Ein einziger großer Rahmen, der die vorderen und hinteren Abschnitte mit dem mittleren Unterboden kombiniert, in dem die Batterie untergebracht ist, könnte zur Herstellung eines neuen, kleineren Elektroautos verwendet werden, das im Einzelhandel für etwa 25.000 US-Dollar erhältlich ist. Drei der Quellen sagten, Tesla werde voraussichtlich noch in diesem Monat entscheiden, ob es eine einteilige Plattform aus Druckguss geben soll.

Bedeutende Herausforderungen liegen vor uns

Eine der größten Herausforderungen für Tesla bei der Verwendung von Hochdruckgussteilen besteht darin, Hilfsrahmen zu konstruieren, die hohl sind, aber über die erforderlichen Innenrippen verfügen, damit sie die bei Unfällen auftretenden Kräfte ableiten können. Die Quellen behaupten, dass Innovationen von Design- und Gussspezialisten in Großbritannien, Deutschland, Japan und den Vereinigten Staaten 3D-Druck und Industriesand nutzen.

Die Herstellung der für den Hochdruckguss großer Bauteile benötigten Formen kann recht teuer und mit erheblichen Risiken verbunden sein. Sobald eine große Testform aus Metall hergestellt wurde, könnten Bearbeitungsoptimierungen während des Designprozesses 100.000 US-Dollar pro Versuch kosten, oder die vollständige Erneuerung der Form könnte sich auf 1,5 Millionen US-Dollar belaufen, so ein Gussspezialist. Ein anderer sagte, der gesamte Designprozess für eine große Metallform würde normalerweise etwa 4 Millionen US-Dollar kosten.

Viele Autohersteller halten die Kosten und die Risiken für zu hoch, insbesondere da ein Design möglicherweise ein halbes Dutzend oder mehr Optimierungen erfordert, um im Hinblick auf Geräusche und Vibrationen, Passform und Verarbeitung, Ergonomie und Unfallsicherheit ein perfektes Werkzeug zu erhalten. Aber Risiko ist etwas, das Elon Musk selten stört, der als erster Raketen rückwärts fliegen ließ.

Industrieller Sand und 3D-Druck

Berichten zufolge hat sich Tesla an Firmen gewandt, die mit 3D-Druckern Testformen aus Industriesand herstellen. Unter Verwendung einer digitalen Designdatei tragen Drucker, sogenannte Binder Jets, ein flüssiges Bindemittel auf eine dünne Sandschicht auf und bauen nach und nach Schicht für Schicht eine Form auf, mit der geschmolzene Legierungen im Druckgussverfahren gegossen werden können. Laut einer Quelle belaufen sich die Kosten für den Entwurfsvalidierungsprozess beim Sandguss auf etwa 3 % im Vergleich zu einem Metallprototyp.

Das bedeutet, dass Tesla Prototypen so oft wie nötig optimieren und innerhalb weniger Stunden mit Maschinen von Unternehmen wie z. B. einen neuen Prototypen nachdrucken kann Desktop-Metall und seine ExOne-Einheit. Der Entwurfsvalidierungszyklus beim Sandguss dauert laut zwei der Quellen nur zwei bis drei Monate, verglichen mit sechs Monaten bis einem Jahr bei einer Form aus Metall.

Trotz dieser größeren Flexibilität gab es jedoch noch eine weitere große Hürde zu überwinden, bevor großformatige Gussteile erfolgreich hergestellt werden konnten. Die zur Herstellung der Gussteile verwendeten Aluminiumlegierungen verhalten sich in Formen aus Sand anders als in Formen aus Metall. Frühe Prototypen entsprachen oft nicht den Spezifikationen von Tesla.

Die Gussspezialisten haben dieses Problem durch die Formulierung spezieller Legierungen, die Feinabstimmung des Kühlprozesses der geschmolzenen Legierung und die Entwicklung einer Wärmebehandlung nach der Produktion gelöst, sagten drei der Quellen. Sobald Tesla mit der Prototyp-Sandform zufrieden ist, kann es in eine endgültige Metallform für die Massenproduktion investieren.

Die Quellen sagten, Teslas kommender Kleinwagen/Robotaxi habe ihm eine perfekte Gelegenheit geboten, eine EV-Plattform aus einem Stück zu gießen, vor allem weil sein Unterboden einfacher sei. Kleinwagen haben vorne und hinten keinen großen „Überhang“. „In gewisser Weise ist es wie ein Boot, ein Batterieträger mit kleinen Flügeln an beiden Enden. Das wäre sinnvoll, wenn man es in einem Stück macht“, sagte eine Person.

Die Quellen behaupteten, dass Tesla noch entscheiden muss, welche Art von Presse verwendet werden soll, wenn es beschließt, den Unterboden aus einem Stück zu gießen. Um große Karosserieteile schnell herzustellen, sind größere Gießmaschinen mit einer Schließkraft von 16.000 Tonnen oder mehr erforderlich. Solche Maschinen sind teuer und erfordern möglicherweise größere Fabrikgebäude.

Pressen mit hoher Schließkraft können die 3D-gedruckten Sandkerne, die zur Herstellung hohler Hilfsrahmen benötigt werden, nicht aufnehmen. Um dieses Problem zu lösen, verwendet Tesla einen anderen Pressentyp, in den geschmolzene Legierungen langsam eingespritzt werden können – eine Methode, die tendenziell qualitativ hochwertigere Gussteile produziert und die Sandkerne aufnehmen kann.

Das Problem ist: Dieser Prozess dauert länger. „Tesla könnte immer noch einen hohen Druck für die Produktivität wählen, oder sie könnten sich für eine langsame Legierungseinspritzung für Qualität und Vielseitigkeit entscheiden“, sagte einer der Leute. „Zu diesem Zeitpunkt ist es immer noch ein Münzwurf.“

Das wegnehmen

Welche Entscheidung Tesla auch immer trifft, sie wird Auswirkungen haben, die sich auf die gesamte Automobilindustrie weltweit auswirken werden. Trotz erheblicher Preissenkungen stellt Tesla immer noch Elektroautos mit Gewinn her – etwas, das den alten Autoherstellern äußerst schwer fällt.

Wenn Tesla seine Herstellungskosten durch den Einsatz von Hochdruckgussteilen erheblich senken kann, werden diese Unternehmen wirtschaftlich noch stärker unter Druck geraten. Es ist nicht schwer, sich vorzustellen, was mit Kodak und Nokia passiert ist. Wohin das mit der Weltwirtschaft und all den Arbeitern führen würde, die derzeit konventionelle Autos herstellen, ist unklar.