Tesla pretende ‘Gigacast’ los bajos de sus vehículos eléctricos como una sola pieza

Tesla ha logrado un importante avance tecnológico que podría revolucionar su proceso de fabricación de vehículos eléctricos (EV). Ahora, la compañía está casi lista para moldear – o gigacastcomo Elon Musk lo llama – casi el toda la parte inferior de sus vehículos eléctricos como una sola pieza.

Gigafábrica de Tesla en Berlín. En las instalaciones del fabricante líder de automóviles ya se utilizan equipos de Gigacasting. Crédito de la imagen: Stephan Lechner vía FlickrCC POR 2.0

Tesla introdujo originalmente el concepto de «gigacasting» mediante el uso de prensas masivas con presiones de sujeción que oscilaban entre 6.000 y 9.000 toneladas para moldear las estructuras delantera y trasera de su Modelo Y. Este enfoque innovador redujo sustancialmente los costos de producción, colocando a otros fabricantes de automóviles en una carrera por alcanzarlos. arriba.

Para consolidar aún más su liderazgo, Tesla está ahora al borde de un desarrollo innovador que permitiría la fundición a presión de casi toda la compleja parte inferior de un vehículo eléctrico como una sola pieza. Esto contrasta marcadamente con los coches tradicionales, que necesitan aproximadamente 400 piezas individuales para los bajos.

Este gigacasting La experiencia forma un componente crítico de la estrategia de fabricación «sin caja» de Tesla, presentada por el CEO Elon Musk en marzo. Es una piedra angular del plan de Musk para producir decenas de millones de vehículos eléctricos más asequibles en la próxima década manteniendo la rentabilidad.

Elon Musk. Crédito de la imagen: NASA/Aubrey Gemignani

Aunque Tesla ha revelado que su modelo sin caja implica crear importantes subconjuntos de un automóvil simultáneamente y luego ensamblarlos, las especificaciones precisas y la composición de estos bloques modulares siguen siendo un tema de especulación.

Según las fuentes, el diseño y las técnicas de fabricación no reveladas anteriormente de Tesla permitirían a la compañía desarrollar un automóvil desde cero en un plazo de 18 a 24 meses, un plazo significativamente más corto en comparación con la mayoría de los competidores, que normalmente requieren de tres a cuatro años para la misma tarea.

Un marco único y grande, que abarque las secciones delantera y trasera junto con la parte inferior central que alberga la batería, podría emplearse en el vehículo eléctrico compacto (EV) de Tesla. El objetivo de Tesla es lanzar este vehículo con un precio de 25.000 dólares a mediados de la década de 2020.

Se esperaba que Tesla tomara una decisión sobre la posibilidad de fabricar toda la plataforma a partir de este mes.

Tesla Model 3, variante Performance (2022). Crédito de la imagen: Bryan Boatright a través de Unsplash, licencia gratuita

Gigacasting: diseño de fabricación único

El avance logrado por Tesla gira en torno a cómo se diseñan y prueban los moldes para un componente tan importante para su producción en masa. También implica la integración de subchasis huecos con nervaduras internas para reducir el peso y mejorar la seguridad en caso de colisión.

En ambos casos, las innovaciones fueron desarrolladas por expertos en diseño y fundición de Estados Unidos, Gran Bretaña, Alemania y Japón. Implican el uso de impresión 3D y arena industrial.

Históricamente, los fabricantes de automóviles se han mostrado reacios a crear estructuras cada vez más grandes debido al “dilema del gigacast”. Si bien la creación de moldes para piezas de 1,5 metros cuadrados o más puede aumentar la eficiencia, es costosa y conlleva numerosos riesgos.

Una vez que se crea un molde de prueba de metal grande, realizar ajustes de mecanizado durante el proceso de diseño puede costar hasta 100.000 dólares por cambio, y rehacer completamente el molde puede ascender a 1,5 millones de dólares. Todo el proceso de diseño de un molde de metal grande suele costar alrededor de 4 millones de dólares.

Este gasto ha disuadido a los fabricantes de automóviles, especialmente considerando que un diseño puede requerir múltiples ajustes para lograr el resultado deseado en términos de ruido y vibración, ajuste y acabado, ergonomía y seguridad en caso de choque.

Sin embargo, la visión de Elon Musk desde el principio fue encontrar una manera de fundir todos los bajos en una sola pieza, a pesar de los desafíos.

Prensa Idra OL 6100 CS Giga personalizada por Tesla, con espacio para moldes de fundición a presión, entre platos y palancas de compresión móviles. Crédito de la imagen: Gabeincal vía Wikimedia CommonsCC POR 3.0

La visión de Musk para Gigacasting

Para superar estos obstáculos, Tesla colaboró ​​con empresas que utilizan impresoras 3D para crear moldes de prueba a partir de arena industrial. Utilizando un archivo de diseño digital, estas impresoras, conocidas como Binder Jets, aplican un agente aglutinante líquido sobre una fina capa de arena y construyen gradualmente un molde, capa por capa, capaz de fundir aleaciones fundidas.

El costo del proceso de validación del diseño con fundición en arena, incluso con múltiples iteraciones, es mínimo: solo el 3 % del costo de hacer lo mismo con un prototipo de metal. Esto significa que con gigacasting Tesla puede realizar numerosos ajustes a los prototipos según sea necesario, imprimiendo rápidamente otros nuevos en cuestión de horas.

Según dos de las fuentes, el ciclo de validación del diseño utilizando fundición en arena es considerablemente más corto, ya que dura sólo dos o tres meses, en comparación con los seis meses a un año que suelen requerir los prototipos de moldes metálicos.

En la construcción típica de los bajos de un automóvil, los subchasis están diseñados con huecos para reducir el peso y mejorar la seguridad en caso de colisión. Actualmente, estos subchasis se fabrican estampando y soldando múltiples componentes, dejando un espacio vacío en su interior.

Para lograr la fundición de subchasis con secciones huecas como parte de un único proceso de gigacasting, Tesla tiene la intención de incorporar núcleos de arena sólidos, producidos por los chorros de aglutinante, en el molde general. Una vez finalizada la fundición, se retiran los núcleos de arena, dejando atrás las secciones huecas.

A pesar de la mayor flexibilidad lograda tanto en la fase de diseño como en la complejidad de los grandes marcos, aún quedaba un desafío importante que abordar.

Las aleaciones de aluminio utilizadas para la gigacasting se comportaron de manera diferente en moldes de arena en comparación con los moldes de metal, y a menudo no cumplieron con los requisitos de Tesla en cuanto a resistencia a choques y otros atributos de rendimiento.

Para superar este desafío, los especialistas en fundición desarrollaron aleaciones especiales, perfeccionaron el proceso de enfriamiento de las aleaciones fundidas e introdujeron tratamientos térmicos de posproducción. Una vez que Tesla esté satisfecho con el molde prototipo, podrá proceder a invertir en un molde metálico final para la producción en masa.

Sin embargo, las fuentes señalaron que Tesla aún necesitaba determinar el tipo de gigapress a emplear si decidía fundir toda la parte inferior como una sola pieza. Esta elección también influiría en la complejidad del chasis del vehículo.

Para producir eficientemente componentes de carrocería tan grandes mediante gigacasting, Tesla necesitaría gigaprensas más grandes con fuerzas de sujeción sustanciales, superando las 16.000 toneladas o más. Esto conllevaría un coste significativo y podría requerir instalaciones fabriles más grandes.

Escrito por Alius Noreika