据五位知情人士称,特斯拉(TSLA.O)结合一系列创新技术,取得了技术突破,这可能会改变其电动汽车的制造工艺,并帮助埃隆·马斯克实现生产成本减半的目标。
特斯拉曾率先使用6000至9000吨压力级的大型压铸机,通过“超大型压铸”(GigaCasting)的一体化压铸工艺来生产Model Y的前后车身底板结构,从而大幅削减了生产成本,让竞争对手竞相追赶。
知情人士表示,为了扩大领先地位,特斯拉正在接近达成一项创新技术,能够将车辆底盘的大部分进行一体化压铸,而非在传统汽车中需要组装的约400个零部件。
这些技术据悉是特斯拉CEO马斯克在3月发布会上专门介绍的“开箱工艺”的战略核心,这是他计划在未来十年生产数千万辆更便宜车型并保持盈利的关键。
总的来说“开箱工艺”有几个特点,包括:
1. 整车将分成几个大的模块,分别独立组装、喷涂;
2. 各个模块将会在组装、喷涂完成之后直接拼成一辆车;
3. 前排座椅和地板组装好后由下而上装入;
4. 全流程车门仅组装一次。
简单理解就是,传统造车类似搭积木一样,需要一层层网上搭积木,一层没搭好,下一层就没法动工;而开箱工艺则是好几层分段搭好之后,直接拼接到一起,效率更高。
尽管特斯拉表示,开箱工艺涉及同时生产汽车的大型子组件,然后将它们组装在一起,但模块化的尺寸和构成仍然是谜。
美国汽车工程公司Caresoft Global总裁特里·沃乔夫斯基(Terry Woychowski)表示,如果特斯拉能够对电动汽车的大部分车身底盘实现一体化压铸,将进一步颠覆汽车的设计和制造方式。他称,
“它就像一个助推器,对行业具有巨大推动力,但这又是一项非常具有挑战性的任务……铸件非常难做,尤其是更大、更复杂的铸件。”
两位消息人士称,特斯拉此前未报道过的新设计和制造技术,可以让它在18-24个月内从头开始开发一款新车,而大部分竞争对手可能需要花费3-4年的时间。
这五位知情人士还透露,特斯拉会将该工艺应用到特斯拉25000美元的新款小型电动汽车身上,该车型将使用前机舱+中地板电池包+后地板一体化压铸工艺。
消息人士称,特斯拉预计最早将于本月就是否将整个平台压铸成一体作出决定,最终产品可能在设计验证过程中发生调整。对此,特斯拉及马斯克均未置评。
特斯拉的突破集中在如何设计和测试用于大型零部件的巨型模具以及大规模量产,以及如何铸造空心的副车架,以减轻重量并具备耐撞性。
上述创新据悉由英国、德国、日本和美国的设计和铸造专家开发,涉及3D打印和工业砂。
截至目前,传统汽车制造商一直没有选择铸造超大型的部件,主要是因为存在“超大型铸造困境”:铸造模具来制造1.5平方米或更大的零部件是可以提高效率,但成本昂贵,且风险无数。
一位铸造专家表示,一旦制作出大型金属测试模具,设计过程中的一次机械加工调整可能就会花费10万美元,或者可能会花费150万美元重做模具。此外,大型金属模具的整个设计过程可能就会花费大约400万美金。
消息人士表示,这无疑令汽车制造商望而却步,特别是从噪音和振动、装配和表面处理、人体工程学和耐撞性的角度来看,设计可能需要进行六次甚至更多的调整才能打造出完美的铸件模具。
消息人士称,但即便存在风险,马斯克一开始的愿景就是找到一种将车身底部实现一体化铸造的方法。
为了克服障碍,特斯拉求助于3D打印公司,使用工业砂制作测试模具。通过数字设计,具备粘结剂喷射技术的打印机将粘结剂沉积到薄薄的砂层上,并逐层构建可以压铸熔融合金的模具。
据业内人士称,砂型铸造的设计验证工艺的成本是目前最低的,仅为金属模具的3%。
这意味着特斯拉可以根据需要多次调整原型,使用Desktop Metal(DM.N)及其子公司ExOne的机器可以在几小时内重新打印出一个新原型。
据悉,使用砂型铸造的设计验证周期仅需要两到三个月,而金属模具原型则需要半年到一年的时间。
汽车底部的副车架通常是空心的,以减轻重量并提高耐撞性。目前他们是通过将多个部件冲压和焊接在一起制成,让中间留有空隙。
作为一体化压铸的一环,为铸造空心的副车架,特斯拉计划将由粘结剂喷射机打印的固体砂芯放置在整个模具内。零件铸造完成后,将沙子去除以留下空隙。
不过尽管在设计过程和大型框架的复杂工艺上实现了更大的灵活性,但仍旧存在一个重大障碍需要克服。用于生产铸件的铝合金在砂模和金属模中表现不同,通常无法满足特斯拉的耐撞性和其他属性标准。
三位消息人士称,铸造专家通过配制特殊合金、微调熔融合金冷却过程以及生产后热处理克服了这一问题。一旦特斯拉对原型模具感到满意,它就可以投资最终的金属模具进行大规模生产。
消息人士称,特斯拉即将推出的平价小型车给了它一个实现一体化压铸的绝佳机会,主要是因为它的车身底部结构更简单。据悉,特斯拉正在开发的小型汽车,一款供个人使用,一款则为机器人出租车。前后没有巨大的“悬挂”。
不过,消息人士指出,特斯拉需要决定使用多大重量级的压铸机,这一选择将决定汽车框架的复杂程度。知情人士称,为了快速冲压如此大型的车身部件,特斯拉需要新的更大重量级的压铸机,其锁模力达到或超过16,000吨,这将带来高昂的价格,并且可能需要更大的厂房。
然而,使用更高重量级的压铸机存在一个问题,即它们无法容纳制造空心副车架所需的3D打印砂芯。据悉,特斯拉可以通过使用不同类型的压铸机来解决这些问题,可以将熔融合金缓慢注入,这种方法往往会生产出更高质量的铸件,并且可以容纳砂芯。
但这个过程需要更长的时间。