Tesla อาจพัฒนาเทคโนโลยีการหล่อแบบชิ้นเดียวให้สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น

สำนักข่าวรอยเตอร์ดูเหมือนจะมีแหล่งข้อมูลที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับ Tesla ในรายงานลงวันที่ 14 กันยายน 2023 ระบุว่ามีคนไม่น้อยกว่า 5 คนที่แจ้งกับบริษัทว่าบริษัทกำลังใกล้บรรลุเป้าหมายในการหล่อชิ้นส่วนใต้ท้องรถเป็นชิ้นเดียว การหล่อแบบฉีดเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างง่าย สร้างแม่พิมพ์ เติมโลหะหลอมเหลวลงไป ปล่อยให้เย็นลง ถอดแม่พิมพ์ออก แล้วว้าว! รถยนต์สำเร็จรูป วิธีนี้ใช้ได้ดีหากคุณกำลังทำรถยนต์ Tinkertoys หรือ Matchbox แต่จะยากมากหากคุณพยายามใช้เพื่อสร้างรถยนต์ขนาดจริง

รถบรรทุก Conestoga ถูกสร้างขึ้นบนโครงไม้ รถยนต์ในยุคแรกๆ ก็ใช้โครงไม้เช่นกัน เมื่อ Henry Ford สร้างสายการประกอบแห่งแรก การผลิตยานยนต์บนโครงบันไดเป็นมาตรฐาน โดยรางเหล็กสองรางผูกเข้าด้วยกันด้วยไม้คาน รถยนต์ที่ผลิตแบบยูนิบอดีคันแรกคือ Citroen Traction Avant ในปี 1934 ตามมาด้วย Chrysler Airflow ในปีถัดมา

รถยนต์แบบยูนิบอดีไม่มีโครงอยู่ด้านล่าง แต่ตัวรถเป็นโลหะและขึ้นรูปให้รับน้ำหนักของระบบส่งกำลังและปกป้องผู้โดยสารในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ เริ่มตั้งแต่ทศวรรษ 1950 ผู้ผลิตรถยนต์ได้รับแรงผลักดันจากนวัตกรรมการผลิตที่ริเริ่มโดยบริษัทญี่ปุ่นอย่างฮอนด้าและโตโยต้า จึงหันมาผลิตรถยนต์แบบยูนิบอดีพร้อมระบบขับเคลื่อนล้อหน้า

ระบบส่งกำลังทั้งหมดซึ่งประกอบด้วยเครื่องยนต์ ระบบส่งกำลัง เฟืองท้าย เพลาขับ สตรัท และเบรก ได้รับการติดตั้งบนแท่นแยกต่างหากที่ยกขึ้นจากด้านล่างในสายการประกอบ แทนที่จะวางเครื่องยนต์และระบบส่งกำลังลงจากด้านบนแบบเดียวกับที่ทำกับรถยนต์ที่สร้างบนโครง เหตุผลของการเปลี่ยนแปลงนี้ก็คือ เวลาในการประกอบที่เร็วขึ้น ซึ่งทำให้ต้นทุนต่อหน่วยในการผลิตลดลง

เป็นเวลานานที่เทคโนโลยีแบบยูนิบอดีเป็นที่นิยมสำหรับรถยนต์ที่เรียกว่าประหยัด ในขณะที่โครงแบบบันไดเป็นตัวเลือกสำหรับรถเก๋งและรถสเตชันแวกอนขนาดใหญ่ มีรถยนต์ไฮบริดบางรุ่นผสมผสานอยู่ด้วย โดยรถยนต์ที่มีรางเฟรมด้านหน้ายึดติดกับห้องโดยสารแบบยูนิบอดี Chevy Nova และ MGB เป็นตัวอย่างของแนวโน้มนี้ซึ่งไม่คงอยู่นาน

Tesla เปลี่ยนมาใช้การหล่อแรงดันสูง

Tesla ซึ่งเคยสร้างการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในการผลิตยานยนต์ ได้เริ่มทดลองใช้การหล่อด้วยแรงดันสูงเมื่อหลายปีก่อน โดยในช่วงแรกจะเน้นที่การผลิตโครงสร้างด้านหลัง เมื่อทำได้สำเร็จแล้ว จึงเปลี่ยนมาผลิตโครงสร้างด้านหน้าแทน ปัจจุบัน ตามแหล่งข่าวระบุว่า Tesla กำลังเน้นที่การหล่อด้วยแรงดันสูงสำหรับส่วนหน้า ส่วนตรงกลาง และส่วนหลังในขั้นตอนเดียว

ทำไม? เพราะเทคนิคการผลิตแบบดั้งเดิมใช้ชิ้นส่วนปั๊มแต่ละชิ้นมากถึง 400 ชิ้น ซึ่งจากนั้นจะต้องเชื่อม ยึดด้วยสลักเกลียว สกรู หรือติดกาวเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างแบบยูนิบอดีที่สมบูรณ์ หาก Tesla ทำได้สำเร็จ ต้นทุนการผลิตของบริษัทอาจลดลงได้ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งจะเพิ่มแรงกดดันมหาศาลให้ผู้ผลิตรายอื่นต้องตอบสนอง มิฉะนั้นจะไม่สามารถแข่งขันได้

คงไม่ต้องบอกก็รู้ว่าผู้ผลิตเหล่านั้นรู้สึกถูกโจมตีจากทุกด้าน ขณะที่คนงานที่เข้าสหภาพแรงงานมักเคาะประตูและเรียกร้องส่วนแบ่งที่มากขึ้นจากกำไรที่ยังได้รับอยู่

Terry Woychowsk ซึ่งทำงานที่ General Motors มากว่า 3 ทศวรรษ มีความรู้เรื่องการผลิตยานยนต์เป็นอย่างดี ปัจจุบันเขาดำรงตำแหน่งประธานบริษัทวิศวกรรม Caresoft Global ของสหรัฐฯ เขาบอกกับสำนักข่าว Reuters ว่าหาก Tesla สามารถหล่อชิ้นส่วนใต้ท้องรถ EV ได้เกือบทั้งหมด ก็จะยิ่งทำให้การออกแบบและการผลิตรถยนต์เปลี่ยนไป “ถือเป็นตัวช่วยที่มีประสิทธิภาพสูง ส่งผลอย่างมากต่ออุตสาหกรรม แต่ก็เป็นงานที่ท้าทายมาก การหล่อชิ้นส่วนทำได้ยากมาก โดยเฉพาะชิ้นส่วนที่มีขนาดใหญ่และซับซ้อน”

แหล่งข่าวสองรายระบุว่าเทคนิคการออกแบบและการผลิตใหม่ของ Tesla หมายความว่าบริษัทสามารถพัฒนารถยนต์ได้ตั้งแต่เริ่มต้นภายใน 18 ถึง 24 เดือน ในขณะที่คู่แข่งส่วนใหญ่ในปัจจุบันอาจใช้เวลาอยู่ระหว่างสามถึงสี่ปี โครงรถขนาดใหญ่เพียงชิ้นเดียวซึ่งประกอบด้วยส่วนหน้าและส่วนหลังพร้อมส่วนใต้ท้องรถตรงกลางซึ่งเป็นที่เก็บแบตเตอรี่ อาจใช้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ที่มีขนาดเล็กกว่าซึ่งขายปลีกในราคาประมาณ 25,000 ดอลลาร์ แหล่งข่าวสามรายระบุว่าคาดว่า Tesla จะตัดสินใจว่าจะหล่อแพลตฟอร์มแบบชิ้นเดียวหรือไม่ภายในเดือนนี้

ความท้าทายที่สำคัญที่รออยู่ข้างหน้า

ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งสำหรับ Tesla ในการใช้การหล่อแบบแรงดันสูงคือการออกแบบซับเฟรมที่เป็นโพรงแต่มีซี่โครงภายในที่จำเป็นเพื่อให้สามารถกระจายแรงที่เกิดขึ้นระหว่างการชนได้ แหล่งข่าวอ้างว่านวัตกรรมของผู้เชี่ยวชาญด้านการออกแบบและการหล่อในอังกฤษ เยอรมนี ญี่ปุ่น และสหรัฐอเมริกาใช้ประโยชน์จากการพิมพ์ 3 มิติและทรายอุตสาหกรรม

การทำแม่พิมพ์ที่จำเป็นสำหรับการหล่อชิ้นส่วนขนาดใหญ่ด้วยแรงดันสูงอาจมีราคาค่อนข้างแพงและมีความเสี่ยงสูง ผู้เชี่ยวชาญด้านการหล่อรายหนึ่งกล่าวว่าเมื่อทำแม่พิมพ์ทดสอบโลหะขนาดใหญ่เสร็จแล้ว การปรับแต่งเครื่องจักรในระหว่างขั้นตอนการออกแบบอาจมีค่าใช้จ่าย 100,000 ดอลลาร์ต่อครั้ง หรือการทำแม่พิมพ์ใหม่ทั้งหมดอาจสูงถึง 1.5 ล้านดอลลาร์ ส่วนอีกรายระบุว่ากระบวนการออกแบบแม่พิมพ์โลหะขนาดใหญ่ทั้งหมดโดยทั่วไปจะมีค่าใช้จ่ายประมาณ 4 ล้านดอลลาร์

ผู้ผลิตรถยนต์หลายรายมองว่าต้นทุนและความเสี่ยงนั้นสูงเกินไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการออกแบบอาจต้องปรับแต่งหลายครั้งเพื่อให้ได้แม่พิมพ์ที่สมบูรณ์แบบในแง่ของเสียงและการสั่นสะเทือน การประกอบและการตกแต่ง หลักสรีรศาสตร์ และความปลอดภัยในการชน แต่ความเสี่ยงเป็นสิ่งที่ไม่ค่อยรบกวนใจอีลอน มัสก์ ซึ่งเป็นคนแรกที่สร้างจรวดที่บินถอยหลังได้

ทรายอุตสาหกรรมและการพิมพ์ 3 มิติ

รายงานระบุว่า Tesla หันไปพึ่งบริษัทที่ผลิตแม่พิมพ์ทดสอบจากทรายอุตสาหกรรมด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เครื่องพิมพ์ที่เรียกว่า Binder Jet จะใช้ไฟล์ออกแบบดิจิทัลในการเคลือบสารยึดเกาะเหลวลงบนชั้นทรายบางๆ จากนั้นค่อยๆ สร้างแม่พิมพ์ทีละชั้น ซึ่งสามารถหล่อโลหะผสมที่หลอมละลายได้ ตามแหล่งข้อมูลหนึ่ง ค่าใช้จ่ายของกระบวนการตรวจสอบการออกแบบด้วยการหล่อทรายมีราคาประมาณ 3% ของการทำสิ่งเดียวกันด้วยต้นแบบโลหะ

นั่นหมายความว่า Tesla สามารถปรับเปลี่ยนต้นแบบได้มากเท่าที่จำเป็น โดยพิมพ์ต้นแบบใหม่ได้ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมงโดยใช้เครื่องจักรจากบริษัทต่างๆ เช่น Desktop Metal และหน่วย ExOne แหล่งข่าวสองรายระบุว่าวงจรการตรวจสอบการออกแบบโดยใช้การหล่อทรายใช้เวลาเพียงสองถึงสามเดือนเท่านั้น เมื่อเทียบกับแม่พิมพ์ที่ทำจากโลหะซึ่งใช้เวลาตั้งแต่หกเดือนถึงหนึ่งปี

อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความยืดหยุ่นมากขึ้น แต่ก็ยังมีอุปสรรคสำคัญอีกประการหนึ่งที่ต้องเอาชนะให้ได้ก่อนที่จะผลิตชิ้นงานหล่อขนาดใหญ่ได้สำเร็จ โลหะผสมอะลูมิเนียมที่ใช้ในการผลิตชิ้นงานหล่อมีพฤติกรรมแตกต่างกันในแม่พิมพ์ที่ทำจากทรายและในแม่พิมพ์ที่ทำจากโลหะ ต้นแบบในช่วงแรกมักไม่ตรงตามข้อกำหนดของเทสลา

ผู้เชี่ยวชาญด้านการหล่อโลหะเอาชนะปัญหาดังกล่าวได้ด้วยการสร้างโลหะผสมพิเศษ ปรับแต่งกระบวนการหล่อเย็นโลหะผสมหลอมเหลวให้ละเอียดขึ้น และคิดค้นวิธีการอบชุบด้วยความร้อนหลังการผลิต แหล่งข่าว 3 รายกล่าว เมื่อ Tesla พอใจกับแม่พิมพ์ทรายต้นแบบแล้ว ก็สามารถลงทุนในแม่พิมพ์โลหะขั้นสุดท้ายสำหรับการผลิตจำนวนมากได้

แหล่งข่าวระบุว่ารถยนต์ขนาดเล็ก/แท็กซี่โรโบตาซีที่กำลังจะออกสู่ตลาดของ Tesla ถือเป็นโอกาสอันดีที่ Tesla จะสามารถสร้างแพลตฟอร์ม EV ขึ้นมาใหม่ได้ เนื่องจากส่วนล่างของรถนั้นเรียบง่ายกว่า รถยนต์ขนาดเล็กไม่มีส่วนยื่นออกมาที่ด้านหน้าและด้านหลังมากนัก “มันเหมือนกับเรือเลย มีถาดแบตเตอรี่พร้อมปีกเล็กๆ ติดอยู่ทั้งสองด้าน ซึ่งก็สมเหตุสมผลหากทำเป็นชิ้นเดียวกัน” บุคคลคนหนึ่งกล่าว

แหล่งข่าวอ้างว่า Tesla ยังต้องตัดสินใจว่าจะใช้เครื่องอัดประเภทใดหากตัดสินใจจะหล่อชิ้นส่วนตัวถังทั้งหมด หากต้องการผลิตชิ้นส่วนตัวถังขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็ว จำเป็นต้องใช้เครื่องหล่อขนาดใหญ่ที่มีกำลังในการจับยึด 16,000 ตันขึ้นไป เครื่องดังกล่าวมีราคาแพงและอาจต้องใช้อาคารโรงงานขนาดใหญ่

เครื่องอัดที่มีกำลังยึดสูงไม่สามารถรองรับแกนทรายที่พิมพ์แบบ 3 มิติ ซึ่งจำเป็นสำหรับการผลิตซับเฟรมแบบกลวงได้ เพื่อแก้ปัญหานี้ เทสลาจึงใช้เครื่องอัดประเภทอื่นที่สามารถฉีดโลหะผสมหลอมเหลวลงไปได้ช้าๆ ซึ่งวิธีนี้มักจะทำให้ได้ชิ้นงานหล่อคุณภาพสูงขึ้นและสามารถรองรับแกนทรายได้

ปัญหาคือกระบวนการดังกล่าวใช้เวลานานกว่า “เทสลาสามารถเลือกใช้แรงดันสูงเพื่อเพิ่มผลผลิต หรืออาจเลือกฉีดโลหะผสมแบบช้าเพื่อคุณภาพและความอเนกประสงค์” หนึ่งในผู้คนกล่าว “ตอนนี้ยังต้องลุ้นกันต่อไป”

สิ่งที่นำกลับบ้าน

ไม่ว่า Tesla จะตัดสินใจอย่างไร ก็จะมีผลกระทบต่ออุตสาหกรรมรถยนต์ทั่วโลก แม้ว่า Tesla จะลดราคาลงอย่างมาก แต่บริษัทก็ยังคงผลิตรถยนต์ไฟฟ้าเพื่อทำกำไร ซึ่งเป็นสิ่งที่ผู้ผลิตรถยนต์เก่าแก่พบว่าทำได้ยากมาก

หาก Tesla สามารถลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมากโดยใช้การหล่อด้วยแรงดันสูง บริษัทเหล่านั้นจะต้องเผชิญกับแรงกดดันทางเศรษฐกิจที่มากขึ้น ไม่ยากที่จะจินตนาการว่าเกิดอะไรขึ้นกับ Kodak และ Nokia บ้าง ไม่มีใครเดาได้เลยว่าเศรษฐกิจโลกและคนงานทั้งหมดที่ผลิตยานยนต์แบบธรรมดาในปัจจุบันจะเป็นอย่างไร

แหล่งที่มา:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla อาจมีเทคโนโลยีการหล่อแบบชิ้นเดียวที่สมบูรณ์แบบ/

ผู้แต่ง: สตีฟ แฮนลีย์

เรียบเรียงโดย เมย์ เจียง จาก MAT Aluminum