Tesla potrebbe aver perfezionato la tecnologia di fusione in un unico pezzo

Reuters sembra avere fonti eccellenti nel profondo di Tesla. In un rapporto datato 14 settembre 2023, si afferma che non meno di 5 persone hanno riferito che l’azienda si sta avvicinando al suo obiettivo di fondere il sottoscocca delle sue auto in un unico pezzo. La pressofusione è fondamentalmente un processo abbastanza semplice. Crea uno stampo, riempilo con metallo fuso, lascialo raffreddare, rimuovi lo stampo e voilà! Auto istantanea. Funziona bene se stai realizzando auto Tinkertoys o Matchbox, ma è estremamente difficile se provi a usarlo per realizzare veicoli a grandezza naturale.

I carri Conestoga erano costruiti su telai di legno. Le prime automobili utilizzavano anche telai di legno. Quando Henry Ford creò la prima catena di montaggio, la norma era quella di costruire veicoli su un telaio a scala: due binari di ferro legati insieme da pezzi trasversali. La prima vettura unibody di produzione fu la Citroen Traction Avant nel 1934, seguita dalla Chrysler Airflow l’anno successivo.

Le auto Unibody non hanno il telaio sottostante. La carrozzeria metallica, invece, è sagomata e realizzata in modo tale da poter sostenere il peso della trasmissione e proteggere gli occupanti in caso di incidente. A partire dagli anni ’50, le case automobilistiche, stimolate dalle innovazioni produttive introdotte da aziende giapponesi come Honda e Toyota, passarono alla produzione di auto unibody con trazione anteriore.

L’intero gruppo propulsore, completo di motore, trasmissione, differenziale, alberi di trasmissione, montanti e freni, è stato installato su una piattaforma separata che è stata sollevata in posizione dal basso sulla catena di montaggio, anziché far cadere il motore e la trasmissione dall’alto. è stato fatto per le auto costruite su telaio. Il motivo del cambiamento? Tempi di assemblaggio più rapidi che hanno portato a minori costi unitari di produzione.

Per molto tempo, la tecnologia unibody è stata preferita per le cosiddette auto economiche, mentre i telai a scala sono stati la scelta per berline e station wagon più grandi. C’erano anche alcuni ibridi: auto con longheroni anteriori imbullonati a un abitacolo unibody. La Chevy Nova e la MGB furono esempi di questa tendenza, che non durò a lungo.

Tesla punta sulla fusione ad alta pressione

Robot attaccati alla Tesla Giga Casting Machine al lavoro (Fonte: Tesla)

Tesla, che ha preso l’abitudine di rivoluzionare il modo in cui vengono prodotte le automobili, ha iniziato a sperimentare con le fusioni ad alta pressione diversi anni fa. Innanzitutto si è concentrato sulla realizzazione della struttura posteriore. Una volta ottenuto il risultato desiderato, si è passati alla realizzazione della struttura anteriore. Ora, secondo le fonti, Tesla si sta concentrando sulla fusione a pressione delle sezioni anteriore, centrale e posteriore, tutto in un’unica operazione.

Perché? Perché le tecniche di produzione tradizionali utilizzano fino a 400 singoli pezzi stampati che poi devono essere saldati, imbullonati, avvitati o incollati insieme per realizzare una struttura unibody completa. Se Tesla riuscisse a ottenere questo risultato, i suoi costi di produzione potrebbero essere ridotti fino al 50%. Ciò, a sua volta, eserciterà un’enorme pressione su tutti gli altri produttori affinché rispondano o si ritroveranno incapaci di competere.

Inutile dire che questi produttori si sentono colpiti da ogni parte mentre i lavoratori arroganti e sindacalizzati bussano ai cancelli e chiedono una fetta più grande dei profitti ancora guadagnati.

Terry Woychowsk, che ha lavorato alla General Motors per 3 decenni, sa un paio di cose sulla produzione di automobili. Ora è il presidente della società di ingegneria statunitense Caresoft Global. Lui dice Reuters che se Tesla riuscisse a trasmettere in gigacast la maggior parte del sottoscocca di un veicolo elettrico, ciò sconvolgerebbe ulteriormente il modo in cui le auto vengono progettate e prodotte. “È un abilitatore degli steroidi. Ha enormi implicazioni per il settore, ma è un compito molto impegnativo. I casting sono molto difficili da fare, soprattutto quelli più grandi e complicati”.

Due delle fonti hanno affermato che le nuove tecniche di progettazione e produzione di Tesla significano che la società potrebbe sviluppare un’auto da zero in 18-24 mesi, mentre la maggior parte dei rivali attualmente può impiegare dai tre ai quattro anni. Un unico grande telaio, che unisce le sezioni anteriore e posteriore con il sottoscocca centrale dove è alloggiata la batteria, potrebbe essere utilizzato per produrre una nuova auto elettrica più piccola, venduta al dettaglio per circa 25.000 dollari. Si prevede che Tesla deciderà se realizzare una piattaforma monopezzo già questo mese, hanno detto tre fonti.

Sfide significative da affrontare

Una delle maggiori sfide per Tesla nell’utilizzo di fusioni ad alta pressione è la progettazione di sottotelai cavi ma dotati delle nervature interne necessarie per renderli in grado di dissipare le forze che si verificano durante gli incidenti. Le fonti affermano che le innovazioni realizzate da specialisti di progettazione e fusione in Gran Bretagna, Germania, Giappone e Stati Uniti utilizzano la stampa 3D e la sabbia industriale.

Realizzare gli stampi necessari per la fusione ad alta pressione di componenti di grandi dimensioni può essere piuttosto costoso e comporta rischi considerevoli. Una volta realizzato uno stampo di prova in metallo di grandi dimensioni, le modifiche alla lavorazione durante il processo di progettazione potrebbero costare 100.000 dollari a prova, o rifare completamente lo stampo potrebbe arrivare a 1,5 milioni di dollari, secondo uno specialista di fusione. Un altro ha affermato che l’intero processo di progettazione di uno stampo metallico di grandi dimensioni costerebbe in genere circa 4 milioni di dollari.

Molte case automobilistiche hanno ritenuto che i costi e i rischi fossero troppo alti, soprattutto perché un progetto potrebbe richiedere una mezza dozzina o più di modifiche per ottenere uno stampo perfetto dal punto di vista del rumore e delle vibrazioni, dell’adattamento e della finitura, dell’ergonomia e della resistenza agli urti. Ma il rischio è qualcosa che raramente preoccupa Elon Musk, che è stato il primo a far volare i razzi all’indietro.

Sabbiatura industriale e stampa 3D

Secondo quanto riferito, Tesla si è rivolta ad aziende che realizzano stampi di prova con sabbia industriale con stampanti 3D. Utilizzando un file di progettazione digitale, le stampanti note come binder jet depositano un agente legante liquido su un sottile strato di sabbia e costruiscono gradualmente uno stampo, strato dopo strato, in grado di pressofondere le leghe fuse. Secondo una fonte, il costo del processo di validazione del progetto con la fusione in sabbia costa circa il 3% rispetto a fare la stessa cosa con un prototipo in metallo.

Ciò significa che Tesla può modificare i prototipi tutte le volte che è necessario, ristampandone uno nuovo nel giro di poche ore utilizzando macchine di aziende come Desktop Metal e la sua unità ExOne. Il ciclo di convalida del progetto utilizzando la fusione in sabbia richiede solo due o tre mesi, hanno affermato due delle fonti, rispetto ai sei mesi o un anno per uno stampo in metallo.

Nonostante questa maggiore flessibilità, tuttavia, c’era ancora un altro grosso ostacolo da superare prima di poter realizzare con successo fusioni su larga scala. Le leghe di alluminio utilizzate per produrre i getti si comportano diversamente negli stampi in sabbia rispetto a quelli in metallo. I primi prototipi spesso non riuscivano a soddisfare le specifiche di Tesla.

Gli specialisti della fusione hanno superato questo problema formulando leghe speciali, mettendo a punto il processo di raffreddamento della lega fusa e prevedendo un trattamento termico post-produzione, hanno affermato tre delle fonti. Una volta che Tesla sarà soddisfatta del prototipo dello stampo in sabbia, potrà investire in uno stampo in metallo finale per la produzione di massa.

Le fonti affermano che l’imminente piccola auto/robotaxi di Tesla ha dato l’opportunità perfetta per realizzare una piattaforma per veicoli elettrici in un unico pezzo, principalmente perché il suo sottoscocca è più semplice. Le auto piccole non hanno un grande “sbalzo” nella parte anteriore e posteriore. “In un certo senso è come una barca, un portabatteria con piccole ali attaccate a entrambe le estremità. Avrebbe senso farlo tutto intero”, ha detto una persona.

Le fonti hanno affermato che Tesla deve ancora decidere che tipo di pressa utilizzare se decide di fondere il sottoscocca in un unico pezzo. Per produrre rapidamente parti di carrozzeria di grandi dimensioni saranno necessarie macchine di colata più grandi con una potenza di chiusura di 16.000 tonnellate o più. Tali macchine saranno costose e potrebbero richiedere stabilimenti più grandi.

Le presse con elevata potenza di serraggio non possono accogliere le anime di sabbia stampate in 3D necessarie per realizzare sottotelai cavi. Per risolvere questo problema, Tesla sta utilizzando un diverso tipo di pressa in cui la lega fusa può essere iniettata lentamente, un metodo che tende a produrre pezzi fusi di qualità superiore e può accogliere le anime di sabbia.

Il problema è: il processo richiede più tempo. “Tesla potrebbe ancora scegliere l’alta pressione per la produttività, oppure potrebbe scegliere l’iniezione lenta della lega per qualità e versatilità”, ha detto una delle persone. “A questo punto è ancora un lancio di moneta.”

L’asporto

Qualunque decisione prenderà Tesla, avrà implicazioni che si ripercuoteranno su tutto il settore automobilistico in tutto il mondo. Tesla, nonostante le significative riduzioni dei prezzi, continua a produrre auto elettriche con profitto, cosa che le case automobilistiche tradizionali trovano estremamente difficile da fare.

Se Tesla riuscisse a ridurre significativamente i costi di produzione utilizzando fusioni ad alta pressione, quelle aziende si troverebbero sotto una pressione economica ancora maggiore. Non è difficile immaginare cosa sia successo a Kodak e Nokia. Nessuno sa dove ciò lascerebbe l’economia mondiale e tutti i lavoratori che attualmente producono automobili convenzionali.