Reuters dường như có nguồn tin đáng tin cậy từ sâu trong nội bộ Tesla. Trong một báo cáo ngày 14 tháng 9 năm 2023, hãng này cho biết không dưới 5 người đã nói với hãng rằng công ty đang tiến gần đến mục tiêu đúc gầm xe thành một khối liền khối. Đúc khuôn về cơ bản là một quy trình khá đơn giản. Tạo khuôn, đổ kim loại nóng chảy vào, để nguội, lấy khuôn ra và thế là xong! Xe hơi tức thì. Phương pháp này hiệu quả nếu bạn đang làm xe Tinkertoys hoặc Matchbox, nhưng sẽ cực kỳ khó khăn nếu bạn muốn sử dụng nó để chế tạo xe cỡ lớn.
Xe wagon Conestoga được chế tạo trên khung gỗ. Những chiếc ô tô đầu tiên cũng sử dụng khung gỗ. Khi Henry Ford tạo ra dây chuyền lắp ráp đầu tiên, tiêu chuẩn chung là chế tạo xe trên khung thang - hai thanh sắt được nối với nhau bằng các thanh ngang. Chiếc xe liền khối đầu tiên được sản xuất là Citroen Traction Avant vào năm 1934, tiếp theo là Chrysler Airflow vào năm sau đó.
Xe thân liền khối không có khung gầm bên dưới. Thay vào đó, thân xe bằng kim loại được định hình và chế tạo sao cho có thể chịu được trọng lượng của hệ thống truyền động và bảo vệ người ngồi trong xe trong trường hợp va chạm. Bắt đầu từ những năm 1950, được thúc đẩy bởi những đổi mới sản xuất tiên phong của các công ty Nhật Bản như Honda và Toyota, các nhà sản xuất ô tô đã chuyển sang sản xuất xe thân liền khối với hệ dẫn động cầu trước.
Toàn bộ hệ thống truyền động, bao gồm động cơ, hộp số, bộ vi sai, trục truyền động, thanh chống và phanh, được lắp đặt trên một bệ riêng biệt, được nâng lên từ bên dưới trên dây chuyền lắp ráp, thay vì thả động cơ và hộp số từ phía trên xuống như cách làm đối với những chiếc xe được chế tạo trên khung. Lý do cho sự thay đổi này? Thời gian lắp ráp nhanh hơn, dẫn đến chi phí sản xuất trên mỗi đơn vị sản phẩm thấp hơn.
Trong một thời gian dài, công nghệ thân xe liền khối được ưa chuộng cho những chiếc xe được gọi là xe tiết kiệm nhiên liệu, trong khi khung gầm hình thang lại là lựa chọn cho những chiếc sedan và wagon lớn hơn. Cũng có một số xe hybrid được kết hợp - những chiếc xe có thanh ray khung phía trước được bắt vít vào khoang hành khách liền khối. Chevy Nova và MGB là những ví dụ điển hình cho xu hướng này, nhưng không kéo dài được lâu.
Tesla chuyển sang đúc áp suất cao
Tesla, vốn có thói quen phá vỡ quy trình sản xuất ô tô, đã bắt đầu thử nghiệm đúc áp lực cao từ vài năm trước. Ban đầu, họ tập trung vào việc chế tạo cấu trúc phía sau. Khi thành công, họ chuyển sang chế tạo cấu trúc phía trước. Hiện tại, theo các nguồn tin, Tesla đang tập trung vào việc đúc áp lực cả phần trước, giữa và sau trong cùng một quy trình.
Tại sao? Bởi vì các kỹ thuật sản xuất truyền thống sử dụng tới 400 chi tiết dập riêng lẻ, sau đó phải được hàn, bắt bu lông, bắt vít hoặc dán lại với nhau để tạo thành một cấu trúc liền khối hoàn chỉnh. Nếu Tesla có thể làm đúng điều này, chi phí sản xuất của họ có thể giảm tới 50%. Điều này sẽ tạo áp lực rất lớn lên tất cả các nhà sản xuất khác, buộc họ phải phản ứng hoặc sẽ không thể cạnh tranh.
Không cần phải nói, những nhà sản xuất này đang cảm thấy bị tổn thương từ mọi phía khi những công nhân công đoàn hung hăng đập phá cổng và đòi hỏi một phần lớn hơn trong bất kỳ khoản lợi nhuận nào vẫn đang kiếm được.
Terry Woychowsk, người đã làm việc tại General Motors trong 3 thập kỷ, có hiểu biết sâu rộng về sản xuất ô tô. Hiện ông là chủ tịch của công ty kỹ thuật Caresoft Global của Mỹ. Ông nói với Reuters rằng nếu Tesla có thể đúc khuôn siêu lớn phần lớn gầm xe điện, công nghệ này sẽ tiếp tục làm thay đổi cách thức thiết kế và sản xuất ô tô. "Đây là một bước tiến vượt bậc. Nó có ý nghĩa to lớn đối với ngành công nghiệp, nhưng cũng là một nhiệm vụ rất khó khăn. Đúc khuôn rất khó, đặc biệt là những chi tiết lớn và phức tạp."
Hai nguồn tin cho biết kỹ thuật thiết kế và sản xuất mới của Tesla cho phép công ty phát triển một chiếc xe từ đầu trong vòng 18 đến 24 tháng, trong khi hầu hết các đối thủ hiện nay có thể mất từ ba đến bốn năm. Một khung gầm lớn duy nhất - kết hợp phần trước và sau với phần gầm giữa, nơi chứa pin - có thể được sử dụng để sản xuất một chiếc xe điện mới, nhỏ hơn với giá bán lẻ khoảng 25.000 đô la. Ba nguồn tin cho biết Tesla dự kiến sẽ quyết định liệu có nên đúc khuôn một khung gầm liền khối ngay trong tháng này hay không.
Những thách thức đáng kể phía trước
Một trong những thách thức lớn nhất đối với Tesla khi sử dụng vật liệu đúc áp suất cao là thiết kế khung phụ rỗng nhưng có các gân bên trong cần thiết để phân tán lực tác động khi va chạm. Các nguồn tin cho biết những cải tiến của các chuyên gia thiết kế và đúc tại Anh, Đức, Nhật Bản và Hoa Kỳ sử dụng công nghệ in 3D và cát công nghiệp.
Việc chế tạo khuôn mẫu cần thiết cho quá trình đúc áp suất cao các chi tiết lớn có thể khá tốn kém và đi kèm với những rủi ro đáng kể. Theo một chuyên gia đúc, sau khi đã chế tạo xong khuôn mẫu thử kim loại cỡ lớn, việc điều chỉnh gia công trong quá trình thiết kế có thể tốn tới 100.000 đô la mỗi lần, hoặc làm lại toàn bộ khuôn có thể lên tới 1,5 triệu đô la. Một chuyên gia khác cho biết toàn bộ quá trình thiết kế một khuôn kim loại cỡ lớn thường tốn khoảng 4 triệu đô la.
Nhiều nhà sản xuất ô tô cho rằng chi phí và rủi ro là quá cao, đặc biệt là khi một thiết kế có thể cần đến nửa tá hoặc hơn nữa điều chỉnh để đạt được một khuôn hoàn hảo về mặt tiếng ồn và độ rung, độ vừa vặn và hoàn thiện, công thái học và khả năng chịu va chạm. Nhưng rủi ro hiếm khi làm Elon Musk bận tâm, người đầu tiên chế tạo tên lửa bay ngược.
Cát công nghiệp và in 3D
Tesla được cho là đã tìm đến các công ty sản xuất khuôn mẫu thử nghiệm từ cát công nghiệp bằng máy in 3D. Sử dụng tệp thiết kế kỹ thuật số, máy in phun (còn gọi là máy phun chất kết dính) sẽ phun chất kết dính dạng lỏng lên một lớp cát mỏng và dần dần tạo thành khuôn, từng lớp một, có thể đúc khuôn hợp kim nóng chảy. Theo một nguồn tin, chi phí cho quy trình xác nhận thiết kế bằng phương pháp đúc khuôn cát chỉ bằng khoảng 3% so với quy trình tương tự với nguyên mẫu kim loại.
Điều đó có nghĩa là Tesla có thể điều chỉnh nguyên mẫu nhiều lần tùy thích, in lại một nguyên mẫu mới chỉ trong vài giờ bằng máy móc từ các công ty như Desktop Metal và đơn vị ExOne của họ. Chu kỳ xác nhận thiết kế bằng phương pháp đúc khuôn cát chỉ mất từ hai đến ba tháng, hai nguồn tin cho biết, so với từ sáu tháng đến một năm đối với khuôn kim loại.
Tuy nhiên, bất chấp tính linh hoạt cao hơn đó, vẫn còn một rào cản lớn cần vượt qua trước khi có thể sản xuất thành công các sản phẩm đúc quy mô lớn. Hợp kim nhôm dùng để sản xuất vật đúc hoạt động khác nhau trong khuôn cát so với khuôn kim loại. Các nguyên mẫu ban đầu thường không đáp ứng được các thông số kỹ thuật của Tesla.
Các chuyên gia đúc đã khắc phục vấn đề này bằng cách chế tạo hợp kim đặc biệt, tinh chỉnh quy trình làm nguội hợp kim nóng chảy và đưa ra phương pháp xử lý nhiệt sau sản xuất, ba nguồn tin cho biết. Khi Tesla hài lòng với khuôn cát nguyên mẫu, họ có thể đầu tư vào khuôn kim loại hoàn thiện để sản xuất hàng loạt.
Các nguồn tin cho biết mẫu xe ô tô/robotaxi nhỏ sắp ra mắt của Tesla là cơ hội hoàn hảo để đúc liền một nền tảng xe điện, chủ yếu là vì gầm xe đơn giản hơn. Xe nhỏ không có phần "nhô ra" lớn ở phía trước và phía sau. "Nó giống như một chiếc thuyền, một khay pin với hai cánh nhỏ gắn ở hai đầu. Việc làm liền một khối như vậy là hợp lý", một người nói.
Các nguồn tin cho biết Tesla vẫn phải quyết định sử dụng loại máy ép nào nếu quyết định đúc gầm xe thành một khối. Việc sản xuất nhanh các bộ phận thân xe lớn sẽ cần đến những máy đúc lớn hơn với lực kẹp từ 16.000 tấn trở lên. Những máy móc như vậy sẽ rất tốn kém và có thể đòi hỏi các tòa nhà nhà máy lớn hơn.
Máy ép có lực kẹp cao không thể chứa được lõi cát in 3D cần thiết để tạo khung phụ rỗng. Để giải quyết vấn đề này, Tesla đang sử dụng một loại máy ép khác, cho phép phun hợp kim nóng chảy chậm rãi — một phương pháp có xu hướng tạo ra vật đúc chất lượng cao hơn và có thể chứa được lõi cát.
Vấn đề là: quá trình đó mất nhiều thời gian hơn. "Tesla vẫn có thể chọn áp suất cao để tăng năng suất, hoặc họ có thể chọn phun hợp kim chậm để tăng chất lượng và tính linh hoạt", một trong những người này nói. "Lúc này, mọi chuyện vẫn còn là may rủi."
Món mang đi
Bất kể quyết định nào của Tesla cũng sẽ có tác động lan tỏa khắp ngành công nghiệp ô tô toàn cầu. Tesla, mặc dù đã giảm giá đáng kể, vẫn đang sản xuất xe điện có lãi — điều mà các nhà sản xuất ô tô truyền thống đang gặp rất nhiều khó khăn.
Nếu Tesla có thể cắt giảm đáng kể chi phí sản xuất bằng cách sử dụng công nghệ đúc áp suất cao, các công ty này sẽ chịu áp lực kinh tế lớn hơn nữa. Không khó để hình dung điều gì đã xảy ra với Kodak và Nokia. Điều đó sẽ ảnh hưởng thế nào đến nền kinh tế thế giới và tất cả những người lao động đang sản xuất ô tô thông thường hiện nay, không ai có thể đoán trước được.
Nguồn:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-may-have-perfected-one-piece-casting-technology/
Tác giả: Steve Hanley
Biên tập bởi May Jiang từ MAT Aluminum
Thời gian đăng: 05-06-2024
