ロイターはテスラ内部に確かな情報源を持っているようだ。2023年9月14日付の報道によると、少なくとも5人の関係者から、テスラは車のアンダーボディを一体鋳造するという目標に近づいているという情報を得たという。ダイカストは基本的に非常にシンプルなプロセスだ。鋳型を作り、溶かした金属を流し込み、冷却し、鋳型を取り外せば、あっという間に車が完成する。ティンカートイやマッチボックスの車を作るには適しているが、実物大の車を作るとなると非常に難しい。
コネストーガ・ワゴンは木製のフレームの上に建造されました。初期の自動車も木製のフレームを使用していました。ヘンリー・フォードが最初の組立ラインを作った当時は、ラダーフレーム（2本の鉄製のレールを横木で繋ぎ合わせた構造）の上に車両を建造するのが一般的でした。最初のモノコックボディ車は1934年のシトロエン・トラクション・アバントで、翌年にはクライスラー・エアフローが続きました。
ユニボディ車は、車体の下部にフレームがありません。その代わりに、金属製のボディが、ドライブトレインの重量を支え、衝突時に乗員を保護するように成形・形成されています。1950年代以降、ホンダやトヨタといった日本企業が先駆けとなった製造技術革新に刺激を受け、自動車メーカーは前輪駆動のユニボディ車の製造に切り替えました。
エンジン、トランスミッション、デファレンシャル、ドライブシャフト、ストラット、ブレーキを含むパワートレイン全体が、フレームベースで組み立てられた車両のようにエンジンとトランスミッションを上から降ろすのではなく、組立ライン上で下から持ち上げられる別のプラットフォーム上に搭載されました。この変更の理由は、組立時間が短縮され、生産コストが削減されたためです。
長らく、いわゆるエコノミーカーにはユニボディ技術が好まれ、大型セダンやワゴンにはラダーフレームが主流でした。中には、フロントのフレームレールをユニボディのキャビンにボルトで固定したハイブリッドモデルも混在していました。シボレー・ノヴァとMGBはこのトレンドの好例でしたが、長くは続きませんでした。
テスラ、高圧鋳造に転換
自動車の製造方法を革新してきたテスラは、数年前から高圧鋳造の実験を始めました。当初はリア構造の製造に注力し、それが成功するとフロント構造の製造に切り替えました。情報筋によると、現在テスラはフロント、センター、リアセクションをすべて一工程で高圧鋳造することに注力しているとのこと。
なぜでしょうか？従来の製造技術では、最大400個ものプレス部品を使用し、それらを溶接、ボルト締め、ねじ止め、接着などで接合して完全なユニボディ構造を形成する必要があるからです。テスラがこれを正しく実現できれば、製造コストは最大50%削減される可能性があります。そうなれば、他のすべてのメーカーは対応を迫られ、競争に打ち勝つことができなくなるという大きなプレッシャーにさらされるでしょう。
言うまでもなく、生意気な組合員たちが門を叩き、まだ稼いでいる利益のより大きな分け前を要求しているため、製造業者はあらゆる方面から打撃を受けている。
ゼネラルモーターズで30年間勤務したテリー・ウォイチョフスク氏は、自動車製造について豊富な知識を持っています。現在は米国のエンジニアリング会社ケアソフト・グローバルの社長を務めています。ロイター通信に対し、テスラが電気自動車の車体下部の大部分をギガキャストで再現できれば、自動車の設計と製造方法にさらなる変革をもたらすだろうと語っています。「これは強力な推進力です。業界にとって大きな影響がありますが、非常に困難な作業です。鋳造は非常に難しく、特に大型で複雑な部品はなおさらです。」
関係筋のうち2人によると、テスラの新しい設計・製造技術により、同社は18～24ヶ月でゼロから車両を開発できる可能性があるという。一方、競合他社の大半は現在、開発に3～4年を要している。フロントセクションとリアセクション、そしてバッテリーを収納する中央アンダーボディを一体化した単一の大型フレームを使用することで、小売価格約2万5000ドルの新型小型電気自動車を製造できる可能性がある。関係筋3人によると、テスラは早ければ今月中にも一体型プラットフォームをダイカストで製造するかどうかを決定する見込みだという。
今後の大きな課題
テスラにとって高圧鋳造法を採用する上で最大の課題の一つは、衝突時に発生する力を分散させるために必要な内部リブを備えた中空サブフレームの設計だ。情報筋によると、英国、ドイツ、日本、米国の設計・鋳造専門家による革新には、3Dプリンターと工業用砂が活用されているという。
大型部品の高圧鋳造に必要な金型の製作には、かなりの費用がかかり、大きなリスクも伴います。ある鋳造専門家によると、大型の金属テスト用金型を製作した後、設計プロセス中の機械加工の微調整には1回あたり10万ドル、金型全体の作り直しには150万ドルかかることもあるとのことです。また、大型金属金型の設計プロセス全体には通常約400万ドルかかるという専門家もいます。
多くの自動車メーカーは、騒音や振動、仕上がり、人間工学、耐衝撃性といった観点から、完璧な金型を完成させるには6回以上の微調整が必要になる場合もあるため、コストとリスクが高すぎると判断してきました。しかし、ロケットを後ろ向きに飛行させた最初の人物であるイーロン・マスクにとって、リスクはほとんど問題ではありません。
工業用砂と3Dプリント
テスラは、3Dプリンターを使って工業用砂からテスト用の鋳型を作る企業に依頼したと報じられています。バインダージェットと呼ばれる3Dプリンターは、デジタル設計ファイルを用いて液体の結合剤を薄い砂の層に塗布し、溶融合金をダイカストできる鋳型を層ごとに段階的に構築します。ある情報筋によると、砂型鋳造による設計検証プロセスのコストは、同じことを金属製のプロトタイプで行う場合の約3%です。
つまり、テスラは必要に応じてプロトタイプを何度でも微調整し、デスクトップ・メタルや傘下のエックスワンといった企業の機械を用いて、わずか数時間で新しいプロトタイプを再現できるのだ。情報筋2人によると、砂型鋳造による設計検証サイクルはわずか2～3ヶ月で、金属製の鋳型の場合は6ヶ月から1年かかるという。
しかし、柔軟性が高まったにもかかわらず、大規模な鋳造を成功させるには、まだ克服すべき大きなハードルがもう一つありました。鋳造品の製造に使用されるアルミニウム合金は、砂でできた鋳型と金属製の鋳型では挙動が異なり、初期の試作品はテスラの仕様を満たさないことが多々ありました。
鋳造専門家たちは、特殊合金の配合、溶融合金の冷却プロセスの微調整、そして製造後の熱処理方法の考案によって、この課題を克服したと、関係筋3人が語った。テスラは試作砂型に満足すれば、量産に向けた最終的な金属型に投資できる。
情報筋によると、テスラの次期小型車／ロボタクシーは、EVプラットフォームを一体成型する絶好の機会となる。主な理由は、車体の下部構造がシンプルだからだ。小型車は前後に大きな「張り出し」がない。「いわば船のようなもので、バッテリートレイの両端に小さな翼が付いている。一体成型にするのが理にかなっている」と関係者は語った。
情報筋によると、テスラはアンダーボディを一体鋳造する場合、どのようなプレス機を使用するかまだ決定していないという。大型のボディ部品を迅速に製造するには、1万6000トン以上の型締力を持つ大型の鋳造機が必要になる。このような機械は高価になり、工場の建物もより大規模になる可能性がある。
高い型締め力を持つプレス機では、中空サブフレームの製造に必要な3Dプリント砂型コアを収容できません。この問題を解決するため、テスラは溶融合金をゆっくりと注入できる別のタイプのプレス機を使用しています。この方法は、より高品質の鋳物を生産でき、砂型コアも収容可能です。
問題は、そのプロセスに時間がかかることだ。「テスラは生産性を重視して高圧を選択することも、品質と汎用性を重視して低速合金注入を選択することもできます」と関係者の一人は述べた。「現時点ではまだコイントスのような状況です。」
まとめ
テスラがどのような決断を下すにせよ、その影響は世界中の自動車業界全体に波及するだろう。テスラは大幅な値下げにもかかわらず、依然として電気自動車を利益を出して生産している。これは、従来の自動車メーカーにとっては非常に困難なことだ。
テスラが高圧鋳造法の導入によって製造コストを大幅に削減できれば、これらの企業は経済的にさらに大きな圧力にさらされることになるだろう。コダックやノキアに起こったのと同じことが彼らにも起こることは容易に想像できる。そうなれば、世界経済と、現在従来型の自動車を製造しているすべての労働者がどうなるかは誰にも分からない。
ソース：https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-may-have-perfected-one-piece-casting-technology/
著者: スティーブ・ハンリー
MAT AluminumのMay Jiangによる編集
投稿日時: 2024年6月5日
