特斯拉用革命性的突破重新定义汽车制造| 路透社
Norihiko Shirouzu
2023年2月28日，美国德克萨斯州奥斯汀的特斯拉超级工厂的一般景观。路透社/Go Nakamura/文件照片
德克萨斯州奥斯汀，2023年9月14日(路透社) - 特斯拉(TSLA.O)已经结合了一系列创新，取得了技术突破，可以改变其制造电动汽车的方式，并帮助埃隆·马斯克实现将生产成本减半的目标，熟悉此举的五人表示。
该公司开创性地使用了6,000至9,000吨的压力巨大的压铸机，以“超级铸造”工艺来成型其Model Y的前后结构，大幅削减了生产成本，令竞争对手匆忙追赶。
为了保持领先地位，特斯拉正接近一项创新，可以让其以一整块压铸几乎所有复杂的电动汽车底盘，而不是传统汽车中的约400个零部件，这些消息人士表示。
这项技术是特斯拉“无箱”制造战略的核心，埃隆·马斯克首席执行官在3月公布的计划中，这是他计划在未来十年内生产数千万辆更便宜的电动汽车并仍然盈利的关键，消息人士表示。
尽管特斯拉表示其无箱模式涉及同时生产汽车的大型分总成，然后将它们拼合在一起，但模块化块的大小和组成仍然是猜测的对象。
Terry Woychowski，美国工程公司Caresoft Global的总裁，表示如果特斯拉设法对电动汽车的大部分底盘进行巨型铸造，将进一步颠覆汽车设计和制造的方式。
“这是一种超级的推动因素。这对整个行业有着巨大的影响，但这是一个非常具有挑战性的任务，”曾在美国汽车制造商通用汽车（GM.N）工作了三十多年的Woychowski说道。“铸造是非常难做到的，尤其是更大更复杂的铸造。”
两位消息人士表示，特斯拉此前未曾报道的新设计和制造技术意味着该公司可以在18至24个月内从零开始开发一款汽车，而大多数竞争对手目前需要三到四年的时间。
这五位消息人士表示，特斯拉的小型电动汽车可以采用单一的大型框架，将前后部分与安置电池的中间底盘结合在一起，该车计划在本十年中期以25000美元的价格上市。
三位消息人士表示，特斯拉预计将在本月决定是否将整个平台一次性压铸，尽管即使他们继续推进，最终产品在设计验证过程中也可能会发生变化。
特斯拉和马斯克都没有回复路透社关于本故事的问题。
3D打印和砂
特斯拉取得的突破集中在如何设计和测试这样一个大型零部件的巨型模具以进行大规模生产，以及如何将铸件结构设计成带有内部肋骨的中空次级框架，以减轻重量并提高抗撞性。
在这两种情况下，由英国、德国、日本和美国的设计和铸造专家开发的创新涉及3D打印和工业砂，这五个人说。所有人都要求匿名向路透社透露，因为他们没有获得向媒体发言的授权。
到目前为止，汽车制造商一直回避铸造越来越大的结构，因为存在“巨型铸造难题”：制造1.5平方米或更大部件的模具可以提高效率，但成本高昂，而且伴随着无数风险。
据一位铸造专家称，一旦制作了一个大型金属测试模具，在设计过程中进行加工调整可能会耗费10万美元，或者重新制作模具可能会耗费150万美元。另一位表示，一个大型金属模具的整个设计过程通常会花费约400万美元。
消息人士称，这被汽车制造商认为是禁止的，特别是因为一个设计可能需要进行半打或更多次调整，以实现从噪音和振动、配合和装饰、人体工程学和碰撞安全性的角度来看都是完美的模具。
但消息人士称，马斯克从一开始的愿景就是找到一种方法来一次性铸造整个底盘，尽管存在风险。
为了克服障碍，特斯拉求助于使用3D打印机将工业砂制成测试模具的公司。使用数字设计文件，被称为粘结喷射打印机的打印机将液体粘合剂沉积到一层薄砂上，并逐渐构建一个模具，逐层堆叠，可以铸造熔融合金。
据一位消息人士称，即使使用多个版本，使用砂铸造进行设计验证过程的成本也很低，仅相当于使用金属原型的3%。
这意味着特斯拉可以根据需要调整原型，使用来自Desktop Metal（DM.N）和其子公司ExOne等公司的机器，在几小时内重新打印一个新的原型。
两位消息人士表示，仅使用砂铸造的设计验证周期仅需两到三个月，而金属模具原型则需要六个月到一年不等。
定制合金
汽车底盘下的子框架通常是中空的，以节省重量并提高抗撞性能。目前，它们是通过冲压和焊接多个零件制成的，留下中空部分。
为了在一次大型铸造中铸造带有中空部分的子框架，特斯拉计划在整体模具内放置由粘结喷射打印的实心砂芯。零件铸造完成后，砂芯被取出以留下中空部分。
尽管在设计过程和大型框架复杂性方面取得了更大的灵活性，但仍然有一个重大障碍需要克服。
用于生产铸件的铝合金在砂型和金属模具中的行为不同，并且经常无法满足特斯拉对抗撞性能和其他属性的要求。
消息人士表示，铸造专家通过制定特殊合金、微调熔融合金冷却过程，并提出了一种生产后热处理来克服这一障碍。一旦特斯拉对原型模具满意，就可以投资制作最终的金属模具进行大规模生产。
消息人士表示，特斯拉即将推出的小型车为其提供了一个完美的机会，可以一次性铸造整个电动车平台，主要是因为其底盘结构更简单。
特斯拉正在开发的小型车型——一款用于个人使用，另一款是无人出租车——前后都没有太大的“悬挑”，因为前部和后部都没有太大的引擎盖或后备箱。
“在某种程度上，它就像一艘船，一个带有小翼的电池托盘连接在两端。这样做是有道理的，”一位人士说。
然而，消息人士表示，特斯拉仍然需要决定如果决定一次性铸造整个底盘，需要使用什么样的大型压铸机，而这个选择也将决定汽车框架的复杂程度。
消息人士表示，为了快速冲压出如此大的车身部件，特斯拉将需要新的更大型的压铸机，其夹紧力需要达到16,000吨或更高，这将带来巨大的价格标签，并可能需要更大的工厂建筑。
五位消息人士中的三位表示，然而，使用高夹紧力的压铸机的一个问题是，它们无法容纳制造空心次车架所需的3D打印砂芯。
消息人士表示，特斯拉可以通过使用不同类型的压铸机来解决这些障碍，这种压铸机可以缓慢注入熔融合金，这种方法往往能够生产出更高质量的铸件，并且可以容纳砂芯。
但这个过程需要更长的时间。
“特斯拉仍然可以选择高压以提高生产效率，或者他们可以选择缓慢的合金注入以获得更高质量和更多的灵活性，”其中一位消息人士说。“目前来看，这仍然是一个抛硬币的问题。”
编辑：大卫·克拉克