وفقًا لتقارير وسائل الإعلام الأجنبية يوم 15 سبتمبر، نقلاً عن خمسة أشخاص مطلعين على الأمر، حققت شركة تصنيع السيارات الكهربائية الأمريكية تيسلا طفرة تكنولوجية من خلال الجمع بين سلسلة من الابتكارات ومن المتوقع أن تقوم بصب الجزء السفلي من سيارتها الكهربائية دفعة واحدة. وهذا يمكن أن يغير الطريقة التي تصنع بها تسلا السيارات الكهربائية ويساعد الرئيس التنفيذي إيلون موسك على تحقيق هدفه المتمثل في خفض تكلفة إنتاج السيارات الكهربائية إلى النصف.
تعد Tesla هي الأولى في الصناعة التي تستخدم آلة صب عملاقة بضغط يتراوح من 6000 إلى 9000 طن، وتستخدم عملية "مستوى الألف طن" لصب الهياكل الأمامية والخلفية للطراز Y بشكل متكامل. هذا النهج يقلل بشكل كبير من تكاليف الإنتاج، مما يجعل المنافسين يتدافعون للحاق بالركب.
ولتوسيع ريادتها، توشك شركة تيسلا على إطلاق ابتكار في عملية التصنيع من شأنه أن يمكّن من صب الجزء السفلي المعقد من السيارات الكهربائية في قطعة واحدة، بدلاً من تجميعها من حوالي 400 جزء مثل السيارات التقليدية، حسبما قال أشخاص مطلعون على الأمر.
وقالت المصادر إن هذه التكنولوجيا هي المحتوى الأساسي لاستراتيجية التصنيع "Unboxed Assembly Process" التي أعلن عنها ماسك في مارس من هذا العام. إنها استراتيجية رئيسية بالنسبة له أن ينتج عشرات الملايين من السيارات الكهربائية الرخيصة في السنوات العشر القادمة ويحقق الربحية في نفس الوقت.
وتقول تيسلا إن نموذج التصنيع "الخارجي" الخاص بها يتضمن الإنتاج المتزامن لوحدات كبيرة من السيارة قبل تجميعها معًا. لكن الناس يتكهنون حول حجم وتكوين الوحدات المختلفة في السيارة.
قال تيري ويتشوفسكي، رئيس شركة الهندسة الأمريكية Caresoft Global، إنه إذا تمكنت تسلا بنجاح من صب الجزء السفلي من السيارة الكهربائية دفعة واحدة، فسيؤدي ذلك بالتأكيد إلى زيادة تخريب الطريقة التي يتم بها تصميم وتصنيع السيارات.
عمل واتشوسكي لدى شركة صناعة السيارات الأمريكية جنرال موتورز لأكثر من 30 عامًا. وقال "إنه منشط وله تأثير كبير على صناعة السيارات، لكنها مهمة صعبة للغاية". "إن إجراء عملية الصب أمر صعب للغاية، خاصة عمليات الصب الأكبر حجمًا والأكثر تعقيدًا."
وقال اثنان من المصادر إن تصميم تسلا الجديد وتكنولوجيا التصنيع التي لم يتم الإبلاغ عنها سابقًا تعني أن الشركة يمكنها تطوير سيارة من الصفر خلال 18 إلى 24 شهرًا، مقارنة بثلاث إلى أربع سنوات قد يحتاجها معظم المنافسين حاليًا.
قال خمسة أشخاص مطلعين على الأمر، إنه إذا سارت الأمور على ما يرام، يمكن لسيارة تسلا الكهربائية الصغيرة أن تستخدم إطارًا واحدًا كبيرًا يجمع بين الهيكل الأمامي والخلفي والهيكل. وتهدف الشركة إلى إطلاق سيارة كهربائية بسعر 25 ألف دولار بحلول عام 2025 تقريبًا.
وقالت ثلاثة مصادر إنه من المتوقع أن تقرر تسلا في وقت مبكر من هذا الشهر ما إذا كانت ستقولب الجزء السفلي من السيارة ككل. حتى لو استمرت الشركة في تطوير عملية التصنيع هذه، فقد يتغير المنتج النهائي أثناء عملية التحقق من التصميم.
ولم يستجب تسلا ولا ماسك.
الطباعة ثلاثية الأبعاد والرمال الصناعية
تركز الإنجازات التكنولوجية التي حققتها شركة تسلا على كيفية تصميم واختبار قوالب عملاقة لإنتاج كميات كبيرة من الأجزاء كبيرة الحجم، وكيفية صب الإطارات المجوفة باستخدام أدوات التقوية الداخلية لتقليل وزن السيارة مع تحسين مقاومة الاصطدام.
وقال خمسة أشخاص مطلعين على الأمر إن كلا الابتكارين تم تطويرهما بالتعاون بين خبراء التصميم والصب في المملكة المتحدة وألمانيا واليابان والولايات المتحدة، باستخدام تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد والرمل الصناعي.
حتى الآن، تجنب صانعو السيارات صب هياكل أكبر حجمًا بسبب "معضلة الصب العملاقة". على الرغم من أن استخدام القوالب التي يمكن أن تصنع أجزاء بمساحة 1.5 متر مربع أو أكبر يمكن أن يؤدي بالفعل إلى تحسين كفاءة الإنتاج، إلا أنه مكلف وينطوي على مخاطر لا حصر لها.
وفقًا لأحد خبراء الصب، بمجرد تصنيع قالب اختبار معدني كبير، يمكن أن يكلف ضبط عملية التصنيع أثناء عملية التصميم 100000 دولار، ويمكن أن يكلف 1.5 مليون دولار لإعادة صنع القالب. وقال خبير آخر إن عملية التصميم الكاملة لقالب معدني كبير تكلف عادة حوالي 4 ملايين دولار أمريكي.
وتقول المصادر إن شركة صناعة السيارات تعتبر هذا غير مقبول. خاصة من وجهات النظر المتعددة للضوضاء والاهتزاز، والتجميع والتلميع، وبيئة العمل، والقدرة على تحمل الصدمات، قد يتطلب التصميم ستة تعديلات أو أكثر لإنشاء قالب معدني مثالي نسبيًا.
لكن المصادر قالت إن " ماسك " أراد إيجاد طريقة لدمج الجزء السفلي من السيارة قطعة واحدة، على الرغم من المخاطر.
وللتغلب على هذه العقبات، لجأت تسلا إلى الشركات التي تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد والرمال الصناعية لإنشاء قوالب الاختبار. تستخدم الطابعة ثلاثية الأبعاد ملف تصميم رقمي لترسيب مادة لاصقة سائلة على طبقة رقيقة من الرمل، طبقة بعد طبقة، لبناء قالب يمكن صب السبيكة المنصهرة فيه.
كشفت المصادر أن تكلفة عملية التحقق من التصميم للنماذج الأولية لقوالب صب الرمل هي الأقل. وحتى إذا كانت هناك حاجة إلى تكرار إصدارات متعددة، فإن ذلك لا يمثل سوى 3% من تكلفة النماذج الأولية المعدنية.
وهذا يعني أن شركة Tesla يمكنها إجراء العديد من التعديلات على النموذج الأولي حسب الحاجة، باستخدام آلات من شركات مثل Desktop Metal وشركة ExOne التابعة لها لإعادة طباعة نموذج أولي جديد في غضون ساعات.
وقال اثنان من المصادر إن دورة التحقق من التصميم للنماذج الأولية لقوالب صب الرمل تستغرق من شهرين إلى ثلاثة أشهر فقط، بينما تستغرق نماذج القوالب المعدنية من ستة أشهر إلى عام.
سبيكة خاصة
عادةً ما يكون الإطار الفرعي للجزء السفلي من السيارة مجوفًا لتقليل الوزن وتحسين القدرة على تحمل الصدمات. الممارسة الشائعة الحالية بين شركات تصنيع السيارات هي ختم ولحام أجزاء متعددة، مع ترك فجوات بينها.
لصب الإطار الفرعي المجوف، تخطط تسلا لوضع نواة رملية صلبة مطبوعة ثلاثية الأبعاد في جميع أنحاء قالب الصب. بمجرد صب الجزء، تتم إزالة قلب الرمل.
ولكن حتى مع تحقيق تسلا مرونة أكبر في مواجهة الأطر وعمليات التصميم المعقدة واسعة النطاق، لا تزال هناك عقبة رئيسية تحتاج إلى المعالجة.
تتصرف سبائك الألومنيوم المستخدمة لإنتاج المسبوكات بشكل مختلف في القوالب الرملية والقوالب المعدنية، وغالبًا ما تفشل في تلبية معايير مقاومة التصادم الخاصة بشركة تسلا والمعايير الأخرى.
وقالت ثلاثة مصادر إن خبراء الصب تغلبوا على المشكلة من خلال صياغة سبائك خاصة، وضبط عملية تبريد السبائك المنصهرة والمعالجة الحرارية بعد الإنتاج. بمجرد أن تصبح Tesla راضية عن النموذج الأولي للقالب، يمكنها الاستثمار في إنشاء القالب المعدني النهائي للإنتاج الضخم.
تقول المصادر إن سيارة تسلا الكهربائية الصغيرة القادمة تمثل فرصة عظيمة لها لبناء منصة كاملة لتصنيع السيارات الكهربائية، ويرجع ذلك أساسًا إلى هيكلها السفلي الأبسط.
تحتوي السيارة الكهربائية الصغيرة التي تعمل شركة تسلا على تطويرها على غطاء محرك صغير وصندوق صغير، وبالتالي فإن البروز الأمامي والخلفي قصيران.
وقال شخص مطلع على الأمر: "بطريقة ما، إنها مثل سفينة، صينية بطارية بأجنحة صغيرة في كل طرف. ومن المنطقي أن نجعلها قطعة واحدة".
ومع ذلك، قالت المصادر إنه إذا قررت تسلا صب الجزء السفلي من السيارة في قطعة واحدة، فإنها لا تزال بحاجة إلى تحديد آلة الصب العملاقة التي ستستخدمها. سيحدد الاختيار مدى تعقيد إطار الجسم.
قال أشخاص مطلعون على الأمر إنه من أجل القضاء بسرعة على أجزاء الجسم الكبيرة هذه، ستحتاج تسلا إلى آلة صب أكبر بضغط يبلغ 16000 طن أو أعلى. هذه المعدات أكثر تكلفة وتتطلب مساحة مصنع أكبر.
قال ثلاثة من المصادر الخمسة إن إحدى المشكلات الناجمة عن الضغط المتزايد على آلات الصب هي أنها لا تستطيع استيعاب قلب رمل الطباعة ثلاثي الأبعاد المطلوب لإنشاء الإطار الفرعي المجوف.
قال أشخاص مطلعون على الأمر إن شركة تسلا يمكنها حل هذه المشكلات باستخدام نوع مختلف من آلات الصب. تقوم آلة الصب هذه بحقن السبائك المنصهرة ببطء، وهي طريقة تنتج مصبوبات عالية الجودة ومتوافقة أيضًا مع قلوب الرمل.
لكن هذه العملية تستغرق وقتا أطول.
وقال أحد الأشخاص: "لا يزال لدى تسلا خيار آلة الصب بالضغط العالي لزيادة الإنتاجية، أو الحقن البطيء للسبائك المنصهرة لتحسين الجودة والتنوع". "في هذه المرحلة، لا يزال القرار بنسبة 50-50."