Tesla อาจพัฒนาเทคโนโลยีการหล่อแบบชิ้นเดียวให้สมบูรณ์แบบ

รอยเตอร์ดูเหมือนจะมีแหล่งข้อมูลที่ดีเยี่ยมอยู่ใน Tesla ในรายงานลงวันที่ 14 กันยายน 2023 ระบุว่ามีคนไม่น้อยกว่า 5 คนที่บอกว่าบริษัทกำลังเข้าใกล้เป้าหมายในการหล่อส่วนล่างของรถยนต์เป็นชิ้นเดียว โดยพื้นฐานแล้วการหล่อแบบตายตัวนั้นเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างง่าย สร้างแม่พิมพ์ เติมโลหะหลอมเหลว ปล่อยให้เย็น นำแม่พิมพ์ออก เท่านี้ล่ะ! รถด่วน. มันทำงานได้ดีหากคุณสร้างรถ Tinkertoys หรือ Matchbox แต่จะยากมากหากคุณพยายามใช้มันเพื่อสร้างยานพาหนะขนาดเต็ม

เกวียน Conestoga ถูกสร้างขึ้นบนโครงที่ทำจากไม้ รถยนต์ยุคแรกยังใช้โครงไม้ เมื่อเฮนรี ฟอร์ดสร้างสายการผลิตแห่งแรก บรรทัดฐานคือการสร้างยานพาหนะบนโครงบันได โดยมีราวเหล็กสองอันผูกติดกันด้วยชิ้นส่วนขวาง รถยนต์ที่ผลิตโดยใช้ตัวถังเดียวคันแรกคือ Citroen Traction Avant ในปี 1934 ตามมาด้วย Chrysler Airflow ในปีถัดมา

รถแบบ Unibody จะไม่มีโครงอยู่ข้างใต้ แต่ตัวถังโลหะกลับมีรูปร่างและขึ้นรูปในลักษณะที่สามารถรองรับน้ำหนักของระบบขับเคลื่อนและปกป้องผู้โดยสารในกรณีที่เกิดการชนได้ เริ่มต้นในทศวรรษ 1950 ผู้ผลิตรถยนต์ซึ่งได้รับแรงกระตุ้นจากนวัตกรรมการผลิตที่บุกเบิกโดยบริษัทญี่ปุ่น เช่น ฮอนด้า และโตโยต้า ได้เปลี่ยนมาผลิตรถยนต์แบบตัวถังเดียวพร้อมระบบขับเคลื่อนล้อหน้า

ระบบส่งกำลังทั้งหมด พร้อมด้วยเครื่องยนต์ ระบบส่งกำลัง เฟืองท้าย เพลาขับ สตรัท และเบรก ได้รับการติดตั้งบนแพลตฟอร์มที่แยกจากกันซึ่งถูกยกเข้าที่จากด้านล่างในสายการประกอบ แทนที่จะทิ้งเครื่องยนต์และเกียร์ลงจากด้านบน ทำสำหรับรถยนต์ที่สร้างบนเฟรม สาเหตุของการเปลี่ยนแปลง? ใช้เวลาในการประกอบเร็วขึ้น ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนต่อหน่วยการผลิตลดลง

เป็นเวลานานมาแล้วที่เทคโนโลยี unibody เป็นที่ต้องการสำหรับรถยนต์ราคาประหยัด ในขณะที่โครงบันไดเป็นทางเลือกสำหรับรถเก๋งและเกวียนขนาดใหญ่ มีรถไฮบริดผสมอยู่บ้าง — รถยนต์ที่มีรางเฟรมด้านหน้ายึดติดกับห้องโดยสารแบบตัวเดียว Chevy Nova และ MGB เป็นตัวอย่างของเทรนด์นี้ซึ่งอยู่ได้ไม่นาน

Tesla หมุนไปสู่การหล่อแรงดันสูง

Tesla ซึ่งมีนิสัยชอบขัดขวางวิธีการผลิตรถยนต์ ได้เริ่มทดลองการหล่อด้วยแรงดันสูงเมื่อหลายปีก่อน อันดับแรกเน้นไปที่การสร้างโครงสร้างด้านหลัง พอได้แบบนั้นก็เลยเปลี่ยนมาทำโครงหน้าแทน ตามแหล่งข่าวระบุว่า Tesla กำลังมุ่งเน้นไปที่การหล่อแรงดันส่วนหน้า ตรงกลาง และด้านหลังทั้งหมดในการดำเนินการเดียว

ทำไม เนื่องจากเทคนิคการผลิตแบบดั้งเดิมใช้การประทับถึง 400 ครั้ง จากนั้นจึงนำไปเชื่อม ขันน็อต ขันสกรู หรือติดกาวเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างแบบชิ้นเดียวที่สมบูรณ์ หาก Tesla จัดการเรื่องนี้ได้ถูกต้อง ต้นทุนการผลิตก็อาจลดลงได้ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ในทางกลับกัน จะสร้างแรงกดดันมหาศาลให้กับผู้ผลิตรายอื่นๆ ทุกรายในการตอบสนองหรือพบว่าตนเองไม่สามารถแข่งขันได้

ดำเนินไปโดยไม่ได้บอกว่าผู้ผลิตเหล่านั้นรู้สึกถูกทารุณกรรมจากทุกด้าน เนื่องจากคนงานสหภาพแรงงานที่น่าสงสารกำลังต่อสู้ประตูและเรียกร้องส่วนแบ่งกำไรที่มากขึ้นจากผลกำไรใดก็ตามที่ยังคงได้รับอยู่

Terry Woychowsk ซึ่งทำงานที่ General Motors มาเป็นเวลา 3 ทศวรรษ รู้เรื่องหนึ่งหรือสองเรื่องเกี่ยวกับการผลิตรถยนต์ ปัจจุบันเขาเป็นประธานของบริษัทวิศวกรรม Caresoft Global ของสหรัฐอเมริกา เขาบอกกับรอยเตอร์ว่าหาก Tesla จัดการ Gigacast ส่วนล่างของ EV ได้เกือบทั้งหมด มันจะขัดขวางวิธีการออกแบบและผลิตรถยนต์ต่อไป “มันเป็นตัวเปิดใช้งานสเตียรอยด์ มันมีผลกระทบอย่างมากต่ออุตสาหกรรม แต่เป็นงานที่ท้าทายมาก การแคสต์เป็นเรื่องยากมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งยิ่งยิ่งใหญ่และซับซ้อนมากขึ้น”

แหล่งข่าว 2 รายกล่าวว่าการออกแบบและเทคนิคการผลิตใหม่ของ Tesla หมายความว่าบริษัทสามารถพัฒนารถยนต์ตั้งแต่เริ่มต้นได้ภายใน 18 ถึง 24 เดือน ในขณะที่คู่แข่งส่วนใหญ่อาจใช้เวลาตั้งแต่ 3 ถึง 4 ปี โครงขนาดใหญ่เพียงชิ้นเดียวที่รวมส่วนหน้าและส่วนหลังเข้ากับส่วนล่างตรงกลางซึ่งเป็นที่เก็บแบตเตอรี่ สามารถใช้ในการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็กคันใหม่ที่ราคาขายปลีกประมาณ 25,000 ดอลลาร์ แหล่งข่าวสามรายกล่าวว่าเทสลาคาดว่าจะตัดสินใจว่าจะหล่อแพลตฟอร์มชิ้นเดียวทันทีในเดือนนี้หรือไม่

ความท้าทายที่สำคัญรออยู่ข้างหน้า

หนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดสำหรับ Tesla ในการใช้การหล่อแรงดันสูงคือการออกแบบเฟรมย่อยที่กลวง แต่มีซี่โครงภายในที่จำเป็นเพื่อให้สามารถกระจายแรงที่เกิดขึ้นระหว่างการชนได้ แหล่งที่มาอ้างว่านวัตกรรมโดยผู้เชี่ยวชาญด้านการออกแบบและการหล่อในสหราชอาณาจักร เยอรมนี ญี่ปุ่น และสหรัฐอเมริกาใช้ประโยชน์จากการพิมพ์ 3 มิติและทรายอุตสาหกรรม

การสร้างแม่พิมพ์ที่จำเป็นสำหรับการหล่อชิ้นส่วนขนาดใหญ่ด้วยแรงดันสูงอาจมีราคาค่อนข้างแพงและมาพร้อมกับความเสี่ยงอย่างมาก เมื่อสร้างแม่พิมพ์ทดสอบโลหะขนาดใหญ่แล้ว การปรับแต่งเครื่องจักรในระหว่างขั้นตอนการออกแบบอาจมีค่าใช้จ่าย 100,000 เหรียญสหรัฐต่อครั้ง หรือการทำแม่พิมพ์ใหม่ทั้งหมดอาจมีมูลค่า 1.5 ล้านเหรียญสหรัฐ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญด้านการหล่อคนหนึ่งกล่าว อีกคนหนึ่งกล่าวว่ากระบวนการออกแบบแม่พิมพ์โลหะขนาดใหญ่โดยทั่วไปจะมีราคาประมาณ 4 ล้านเหรียญสหรัฐ

ผู้ผลิตรถยนต์หลายรายถือว่าต้นทุนและความเสี่ยงสูงเกินไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการออกแบบอาจต้องมีการปรับแต่งครึ่งโหลขึ้นไปเพื่อให้ได้แม่พิมพ์ที่สมบูรณ์แบบจากมุมมองของเสียงและการสั่นสะเทือน ความพอดีและการตกแต่ง การออกแบบตามหลักสรีรศาสตร์ และความทนทานต่อการชน แต่ความเสี่ยงเป็นสิ่งที่ไม่ค่อยรบกวน Elon Musk ซึ่งเป็นคนแรกที่ทำให้จรวดบินถอยหลัง

ทรายอุตสาหกรรมและการพิมพ์ 3 มิติ

มีรายงานว่า Tesla ได้หันไปหาบริษัทที่ผลิตแม่พิมพ์ทดสอบจากทรายอุตสาหกรรมด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ การใช้ไฟล์การออกแบบดิจิทัล เครื่องพิมพ์ที่เรียกว่า Binder Jets จะฝากสารยึดเกาะของเหลวไว้บนทรายบางๆ แล้วค่อยๆ สร้างแม่พิมพ์ทีละชั้น ซึ่งสามารถหล่อโลหะผสมหลอมเหลวได้ แหล่งอ้างอิงแห่งหนึ่งระบุว่า ค่าใช้จ่ายของกระบวนการตรวจสอบการออกแบบด้วยการหล่อทรายมีค่าใช้จ่ายประมาณ 3% ของการทำสิ่งเดียวกันกับต้นแบบโลหะ

นั่นหมายความว่า Tesla สามารถปรับแต่งต้นแบบได้หลายครั้งตามต้องการ โดยพิมพ์ต้นแบบใหม่ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมงโดยใช้เครื่องจักรจากบริษัทต่างๆ เช่น Desktop Metal และหน่วย ExOne แหล่งข่าว 2 แห่งกล่าวว่า รอบการตรวจสอบการออกแบบโดยใช้การหล่อทรายใช้เวลาเพียง 2-3 เดือน เมื่อเทียบกับที่ใดก็ได้ตั้งแต่ 6 เดือนถึง 1 ปีสำหรับแม่พิมพ์ที่ทำจากโลหะ

แม้จะมีความยืดหยุ่นมากขึ้น แต่ก็ยังมีอุปสรรคสำคัญอีกประการหนึ่งที่ต้องเอาชนะก่อนที่จะทำการหล่อขนาดใหญ่ได้สำเร็จ อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ใช้ในการผลิตงานหล่อจะมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปในแม่พิมพ์ที่ทำจากทรายมากกว่าในแม่พิมพ์ที่ทำจากโลหะ ต้นแบบในยุคแรกๆ มักไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของ Tesla

ผู้เชี่ยวชาญด้านการหล่อเอาชนะสิ่งนั้นด้วยการกำหนดสูตรโลหะผสมพิเศษ ปรับแต่งกระบวนการหล่อเย็นของโลหะผสมหลอมเหลว และคิดกระบวนการให้ความร้อนหลังการผลิต แหล่งข่าว 3 รายกล่าว เมื่อ Tesla พอใจกับแม่พิมพ์ทรายต้นแบบแล้ว ก็สามารถลงทุนในแม่พิมพ์โลหะขั้นสุดท้ายสำหรับการผลิตจำนวนมากได้

แหล่งข่าวกล่าวว่ารถยนต์ขนาดเล็ก/โรโบต้าซีที่กำลังจะมาถึงของ Tesla ได้ให้โอกาสที่ดีในการหล่อแพลตฟอร์ม EV เป็นชิ้นเดียว สาเหตุหลักมาจากส่วนล่างของรถนั้นเรียบง่ายกว่า รถยนต์ขนาดเล็กไม่มี “ส่วนยื่น” ขนาดใหญ่ที่ด้านหน้าและด้านหลัง “เปรียบเสมือนเรือในทางใดทางหนึ่ง มีถาดใส่แบตเตอรี่ มีปีกเล็กๆ ติดไว้ที่ปลายทั้งสองข้าง นั่นก็สมเหตุสมผลที่จะทำเป็นชิ้นเดียว” คนหนึ่งกล่าว

แหล่งข่าวอ้างว่า Tesla ยังคงต้องตัดสินใจว่าจะใช้แท่นพิมพ์ชนิดใดหากตัดสินใจที่จะหล่อส่วนล่างให้เป็นชิ้นเดียว หากต้องการผลิตชิ้นส่วนตัวถังขนาดใหญ่อย่างรวดเร็วจะต้องใช้เครื่องหล่อขนาดใหญ่กว่าซึ่งมีกำลังจับยึดตั้งแต่ 16,000 ตันขึ้นไป เครื่องจักรดังกล่าวจะมีราคาแพงและอาจต้องใช้อาคารโรงงานขนาดใหญ่

เครื่องอัดที่มีกำลังจับยึดสูงไม่สามารถรองรับแกนทรายที่พิมพ์แบบ 3 มิติซึ่งจำเป็นต่อการสร้างเฟรมย่อยแบบกลวงได้ เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว Tesla กำลังใช้เครื่องอัดประเภทอื่นซึ่งสามารถฉีดโลหะผสมที่หลอมละลายได้ช้าๆ ซึ่งเป็นวิธีการที่มีแนวโน้มที่จะผลิตการหล่อคุณภาพสูงขึ้นและสามารถรองรับแกนทรายได้

ปัญหาคือ: กระบวนการนั้นใช้เวลานานกว่า “Tesla ยังคงสามารถเลือกแรงดันสูงเพื่อให้ได้ผลผลิต หรืออาจเลือกการฉีดโลหะผสมแบบช้าๆ เพื่อคุณภาพและความหลากหลาย” หนึ่งในคนกล่าว “ ณ จุดนี้ยังคงเป็นการโยนเหรียญ”

ซื้อกลับบ้าน

ไม่ว่า Tesla จะตัดสินใจอะไรก็ตาม มันจะมีผลกระทบที่จะส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมยานยนต์ทั่วโลก แม้ว่า Tesla จะลดราคาลงอย่างมาก แต่ก็ยังสร้างรถยนต์ไฟฟ้าที่มีกำไร ซึ่งเป็นสิ่งที่ผู้ผลิตรถยนต์รุ่นเก่าพบว่าทำได้ยากมาก

หาก Tesla สามารถลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมากโดยใช้การหล่อแรงดันสูง บริษัทเหล่านั้นก็จะอยู่ภายใต้แรงกดดันทางเศรษฐกิจที่มากยิ่งขึ้น ไม่ยากเลยที่จะจินตนาการว่าเกิดอะไรขึ้นกับ Kodak และ Nokia ที่เกิดขึ้นกับพวกเขา ซึ่งนั่นจะส่งผลเสียต่อเศรษฐกิจโลกและคนงานทั้งหมดที่ผลิตรถยนต์ธรรมดาในปัจจุบันนั้นใครๆ ก็เดาได้

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

ผู้เขียน : สตีฟ แฮนลีย์

เรียบเรียงโดย May Jiang จาก MAT Aluminium