ロイターはテスラ内部に優れた情報源を持っているようだ。 2023年9月14日付の報告書では、同社が自動車の足回りを一体鋳造するという目標に近づいていると少なくとも5人が語ったと述べている。ダイカストは基本的に非常に単純なプロセスです。型を作成し、溶融金属を充填し、冷却して型を取り外したら、出来上がりです。即席の車。 Tinkertoys や Matchbox の車を作る場合にはうまく機能しますが、フルサイズの車を作るのに使用しようとすると非常に困難になります。
コネストガの貨車は木材で作られたフレームの上に建てられました。初期の自動車も木製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み立てラインを作成したとき、標準はラダー フレーム (横木で結ばれた 2 本の鉄のレール) 上で車両を組み立てることでした。最初のユニボディ量産車は 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。
ユニボディ車にはその下にフレームがありません。その代わりに、金属製のボディは、ドライブトレインの重量を支え、衝突時に乗員を保護できるように形作られています。 1950 年代初め、自動車メーカーは、ホンダやトヨタなどの日本企業が先導した製造革新に刺激を受けて、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、ディファレンシャル、ドライブシャフト、ストラット、ブレーキを備えたパワートレイン全体は、通常のようにエンジンとトランスミッションを上から落とすのではなく、組み立てラインの下から所定の位置に持ち上げられる別のプラットフォームに設置されました。フレーム上に構築された自動車に対して行われました。変更の理由は?組み立て時間が短縮され、生産単価が下がりました。
長い間、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選ばれてきました。一部のハイブリッド車も混在していました。前部にフレーム レールを備えた車が、ユニボディの客室にボルトで固定されていました。シボレー ノバと MGB はこの傾向の例でしたが、長くは続きませんでした。
テスラ、高圧鋳造に軸足を移す
自動車の製造方法を破壊することを常習としてきたテスラは、数年前に高圧鋳造の実験を開始した。まずは背面構造の製作に重点を置きました。それがうまくいったところで、フロントの構造を作ることに切り替えました。情報筋によると、テスラは現在、フロント、センター、リアセクションをすべて一度の作業で圧力鋳造することに注力しているという。
なぜ？なぜなら、伝統的な製造技術では、最大 400 個の個別のスタンピングを使用し、完全なユニボディ構造を作成するには、それらを溶接、ボルト締め、ネジ止め、または接着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パーセント削減できる可能性がある。その結果、他のすべてのメーカーが対応しなければ、競争できなくなるという多大なプレッシャーがかかることになる。
言うまでもなく、善意の組合員たちが門前払いをして、まだ得られている利益のより大きな分け前を要求しているため、これらの製造業者はあらゆる面から打撃を受けていると感じている。
ゼネラルモーターズで 30 年間勤務したテリー ウォイチョースク氏は、自動車の製造についてある程度の知識を持っています。彼は現在、米国のエンジニアリング会社 Caresoft Global の社長を務めています。同氏はロイターに対し、テスラがEVの足回りの大部分をギガキャストすることに成功すれば、車の設計と製造方法がさらに混乱するだろうと語った。 「これはステロイドを有効にするものです。これは業界にとって大きな意味を持ちますが、非常に困難な作業です。鋳造は非常に難しく、特に大規模で複雑な場合はなおさらです。」
関係筋のうち２人によると、テスラの新しい設計と製造技術により、同社は自動車を一から開発するのに１８～２４カ月かかるが、競合他社の多くは現在３～４年かかるという。前部と後部のセクションと、バッテリーが搭載される中央のアンダーボディを組み合わせた単一の大きなフレームを使用して、小売価格約 25,000 ドルの小型の新しい電気自動車を製造することができます。関係筋３人によると、テスラは早ければ今月中にダイキャストで一体型プラットフォームを採用するかどうか決定する予定だという。
今後の重要な課題
高圧鋳造を使用する際のテスラにとっての最大の課題の 1 つは、中空でありながら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サブフレームを設計することです。情報筋によると、英国、ドイツ、日本、米国の設計と鋳造の専門家によるイノベーションは、3Dプリンティングと工業用砂を利用しているという。
大型部品の高圧鋳造に必要な金型の作成には非常に費用がかかり、かなりのリスクが伴います。ある鋳造専門家によると、大型の金属製テスト金型が作成されると、設計プロセス中の機械加工の微調整には 1 回あたり 10 万ドルの費用がかかる可能性があり、金型を完全にやり直すと 150 万ドルかかる可能性があります。別の者は、大型金型の設計プロセス全体には通常約 400 万ドルかかると述べた。
多くの自動車メーカーは、特に騒音と振動、フィット感と仕上げ、人間工学、衝突安全性の観点から、完璧な金型を実現するには設計に6回以上の調整が必要になる可能性があるため、コストとリスクが高すぎると考えています。しかし、ロケットを初めて後方飛行させたイーロン・マスク氏にとって、リスクはほとんど気にならないものだ。
工業用サンドと 3D プリンティング
伝えられるところによると、テスラは工業用砂から3Dプリンターで試験用の型を作る企業に目を向けたという。デジタル設計ファイルを使用して、バインダー ジェットとして知られるプリンターで液体結合剤を砂の薄い層に堆積させ、溶融合金をダイカストできる型を層ごとに徐々に構築します。ある情報源によると、砂型鋳造による設計検証プロセスのコストは、金属プロトタイプで同じことを行う場合の約 3% です。
つまり、テスラは必要に応じて何度でもプロトタイプを微調整し、Desktop Metalや同社のExOne部門などの企業のマシンを使って数時間で新しいプロトタイプを再印刷できるということだ。関係筋２人によると、砂型鋳造を使った設計の検証サイクルは、金属製の型の場合は６カ月から１年かかるのに対し、２カ月から３カ月しかかからないという。
しかし、柔軟性が向上したにもかかわらず、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 1 つありました。鋳物の製造に使用されるアルミニウム合金は、砂で作られた鋳型では金属で作られた鋳型とは異なる挙動をします。初期のプロトタイプはテスラの仕様を満たさないことがよくありました。
関係者３人によると、鋳造専門家らは特殊合金を配合し、溶融合金の冷却プロセスを微調整し、製造後の熱処理を考案することでこの問題を克服したという。テスラはプロトタイプの砂型に満足したら、量産用の最終的な金型に投資できるようになります。
関係者らによると、テスラの今後の小型車／ロボタクシーは、主に足回りがよりシンプルなため、一体型のＥＶプラットフォームを鋳造する絶好の機会となっているという。小型車には、前後に大きな「オーバーハング」がありません。 「これはある意味ボートのようなもので、両端に小さな翼が付いたバッテリートレイです。それは一体で行うのが合理的だろう」と、ある人は語った。
関係者らは、テスラがアンダーボディを一体で鋳造することにした場合、どのようなプレスを使用するかをまだ決定する必要があると主張した。大型の車体部品を迅速に製造するには、16,000 トン以上の型締力を備えた大型の鋳造機が必要になります。このような機械は高価であり、より大規模な工場建物が必要になる場合があります。
高い型締力を備えたプレスでは、中空サブフレームの作成に必要な 3D プリントされた砂中子を収容できません。この問題を解決するために、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を使用しています。この方法は、高品質の鋳物を製造する傾向があり、砂の中子を収容できる方法です。
問題は、そのプロセスに時間がかかることです。 「テスラは生産性を高めるために高圧を選択する可能性もあるし、品質と汎用性を確保するためにゆっくりとした合金注入を選択することもできる」と関係者の1人は語った。 「この時点ではまだコイントスです。」
テイクアウト
テスラがどのような決定を下すとしても、その影響は世界中の自動車業界に波及するだろう。テスラは、大幅な値下げにも関わらず、依然として利益を上げて電気自動車を製造しているが、これは従来の自動車メーカーにとって非常に難しいことである。
テスラが高圧鋳造を使用することで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プレッシャーにさらされることになる。コダックとノキアに何が起こったのかを想像するのは難しくありません。それが世界経済と現在従来の自動車を製造しているすべての労働者をどうするかは誰にも推測できない。
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 Aluminium の May Jiang が編集
投稿時刻: 2024 年 6 月 5 日
