ربما يكون تسلا قد أتقن تقنية صب القطعة الواحدة

يبدو أن رويترز لديها مصادر ممتازة في أعماق تسلا. وفي تقرير بتاريخ 14 سبتمبر 2023، قالت إن ما لا يقل عن 5 أشخاص أخبروها أن الشركة تقترب من هدفها المتمثل في صب الجزء السفلي من سياراتها في قطعة واحدة. إن عملية الصب بالقالب هي في الأساس عملية بسيطة إلى حد ما. اصنع قالباً واملأه بالمعدن المنصهر واتركه يبرد ثم أزل القالب وفويلا! سيارة فورية. إنه يعمل بشكل جيد إذا كنت تصنع سيارات Tinkertoys أو Matchbox، ولكنه صعب للغاية إذا حاولت استخدامه لصنع مركبات كاملة الحجم.

تم بناء عربات Conestoga فوق إطارات مصنوعة من الخشب. استخدمت السيارات المبكرة أيضًا إطارات خشبية. عندما أنشأ هنري فورد خط التجميع الأول، كان المعيار هو بناء المركبات على إطار سلم - قضبان حديدية مربوطة ببعضها البعض بقطع متقاطعة. كانت أول سيارة إنتاج أحادية الجسم هي Citroen Traction Avant في عام 1934، تليها Chrysler Airflow في العام التالي.

السيارات الموحدة ليس لها إطار تحتها. وبدلاً من ذلك، تم تشكيل الجسم المعدني بطريقة تمكنه من دعم وزن نظام الدفع وحماية الركاب في حالة وقوع حادث. ابتداءً من خمسينيات القرن العشرين، تحولت شركات صناعة السيارات، مدفوعة بابتكارات التصنيع التي كانت رائدة فيها شركات يابانية مثل هوندا وتويوتا، إلى تصنيع سيارات أحادية الهيكل ذات دفع أمامي.

تم تركيب مجموعة نقل الحركة بالكامل، كاملة مع المحرك وناقل الحركة والترس التفاضلي وأعمدة القيادة والدعامات والمكابح، على منصة منفصلة تم رفعها إلى مكانها من الأسفل على خط التجميع، بدلاً من إسقاط المحرك وناقل الحركة من أعلى بالطريقة التي تم بها ذلك. تم إجراؤه للسيارات المبنية على إطار. سبب التغيير؟ أوقات تجميع أسرع مما أدى إلى انخفاض تكاليف وحدة الإنتاج.

لفترة طويلة، كانت تقنية الهيكل الأحادي مفضلة لما يسمى بالسيارات الاقتصادية بينما كانت إطارات السلم هي الاختيار لسيارات السيدان والعربات الأكبر حجمًا. كانت هناك بعض السيارات الهجينة المختلطة - سيارات ذات قضبان إطارية في المقدمة مثبتة بمسامير في مقصورة الركاب المكونة من قطعة واحدة. وكانت سيارتي Chevy Nova وMGB أمثلة على هذا الاتجاه الذي لم يدم طويلا.

تركز تسلا على صب الضغط العالي

بدأت شركة تسلا، التي اعتادت على تعطيل طريقة تصنيع السيارات، في تجربة المسبوكات ذات الضغط العالي منذ عدة سنوات. ركزت أولاً على صنع الهيكل الخلفي. عندما حصلت على هذا الحق، تحولت إلى صنع الهيكل الأمامي. الآن، وفقًا للمصادر، تركز تسلا على الضغط على الأجزاء الأمامية والوسطى والخلفية في عملية واحدة.

لماذا؟ لأن تقنيات التصنيع التقليدية تستخدم ما يصل إلى 400 ختم فردي يجب بعد ذلك أن يتم لحامه أو تثبيته بمسامير أو ربطه أو لصقه معًا لإنشاء هيكل موحد كامل. إذا تمكنت تسلا من تحقيق هذا الأمر بشكل صحيح، فمن الممكن خفض تكلفة التصنيع بنسبة تصل إلى 50 بالمائة. وهذا بدوره سيضع ضغوطًا هائلة على كل الشركات المصنعة الأخرى للاستجابة أو تجد نفسها غير قادرة على المنافسة.

وغني عن القول أن هؤلاء المصنعين يشعرون بالضرب من جميع الجوانب، حيث يقرع العمال المنتمون إلى النقابات المتعجرفة البوابات ويطالبون بحصة أكبر من الأرباح التي لا يزال يتم جنيها.

يعرف تيري ويتشوفسكي، الذي عمل في شركة جنرال موتورز لمدة ثلاثة عقود، شيئًا أو اثنين عن تصنيع السيارات. وهو الآن رئيس شركة الهندسة الأمريكية Caresoft Global. وقال لرويترز إنه إذا تمكنت تسلا من بث معظم الجزء السفلي من السيارة الكهربائية، فسيؤدي ذلك إلى مزيد من الاضطراب في طريقة تصميم وتصنيع السيارات. "إنه عامل تمكين للمنشطات. لها تأثير كبير على الصناعة، لكنها مهمة صعبة للغاية. من الصعب جدًا إجراء عمليات اختيار الممثلين، خاصة إذا كانت أكبر حجمًا وأكثر تعقيدًا.

وقال اثنان من المصادر إن تقنيات التصميم والتصنيع الجديدة لشركة Tesla تعني أن الشركة يمكن أن تطور سيارة من الألف إلى الياء خلال 18 إلى 24 شهرًا، في حين أن معظم المنافسين يمكن أن يستغرقوا حاليًا ما بين ثلاث إلى أربع سنوات. يمكن استخدام إطار واحد كبير - يجمع بين الأجزاء الأمامية والخلفية مع الجزء السفلي الأوسط حيث توجد البطارية - لتصنيع سيارة كهربائية جديدة أصغر حجمًا يبلغ سعرها حوالي 25000 دولار. وقالت ثلاثة من المصادر إنه من المتوقع أن تقرر تسلا ما إذا كانت ستموت صب منصة من قطعة واحدة في أقرب وقت هذا الشهر.

تحديات كبيرة في المستقبل

أحد أكبر التحديات التي تواجه تسلا في استخدام مصبوبات الضغط العالي هو تصميم إطارات فرعية مجوفة ولكنها تحتوي على الأضلاع الداخلية اللازمة لجعلها قادرة على تبديد القوى التي تحدث أثناء الاصطدامات. تزعم المصادر أن الابتكارات التي قام بها متخصصون في التصميم والصب في بريطانيا وألمانيا واليابان والولايات المتحدة تستفيد من الطباعة ثلاثية الأبعاد والرمل الصناعي.

إن صنع القوالب اللازمة لصب المكونات الكبيرة بالضغط العالي يمكن أن يكون مكلفًا للغاية وينطوي على مخاطر كبيرة. بمجرد صنع قالب اختبار معدني كبير، قد تكلف تعديلات التصنيع أثناء عملية التصميم 100 ألف دولار أمريكي، أو قد تصل تكلفة إعادة تصنيع القالب بالكامل إلى 1.5 مليون دولار، وفقًا لأحد المتخصصين في الصب. وقال آخر إن عملية التصميم الكاملة لقالب معدني كبير ستكلف عادة حوالي 4 ملايين دولار.

اعتبر العديد من صانعي السيارات أن التكلفة والمخاطر مرتفعة للغاية، خاصة وأن التصميم قد يحتاج إلى ستة تعديلات أو أكثر لتحقيق قالب مثالي من منظور الضوضاء والاهتزاز، والملاءمة والتشطيب، وبيئة العمل، والقدرة على تحمل الصدمات. لكن المخاطرة أمر نادرا ما يزعج إيلون ماسك، الذي كان أول من جعل الصواريخ تطير إلى الوراء.

الرمال الصناعية والطباعة ثلاثية الأبعاد

يقال إن شركة تسلا لجأت إلى الشركات التي تصنع قوالب اختبار من الرمال الصناعية باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد. باستخدام ملف تصميم رقمي، تقوم الطابعات المعروفة باسم نفاثات الربط بإيداع عامل ربط سائل على طبقة رقيقة من الرمل وبناء قالب تدريجيًا، طبقة بعد طبقة، يمكنه صب السبائك المنصهرة. وفقًا لأحد المصادر، فإن تكلفة عملية التحقق من صحة التصميم باستخدام صب الرمل تكلف حوالي 3٪ من تكلفة القيام بنفس الشيء باستخدام نموذج أولي معدني.

وهذا يعني أن شركة Tesla يمكنها تعديل النماذج الأولية عدة مرات حسب الحاجة، وإعادة طباعة نموذج جديد في غضون ساعات باستخدام آلات من شركات مثل Desktop Metal ووحدتها ExOne. وقال اثنان من المصادر إن دورة التحقق من صحة التصميم باستخدام صب الرمل تستغرق ما بين شهرين إلى ثلاثة أشهر فقط، مقارنة بما يتراوح بين ستة أشهر وسنة للقالب المصنوع من المعدن.

على الرغم من هذه المرونة الأكبر، لا تزال هناك عقبة رئيسية أخرى يجب التغلب عليها قبل إجراء عمليات المسبوكات على نطاق واسع بنجاح. إن سبائك الألومنيوم المستخدمة في إنتاج المسبوكات تتصرف بشكل مختلف في القوالب المصنوعة من الرمل عما تفعله في القوالب المصنوعة من المعدن. غالبًا ما فشلت النماذج الأولية في تلبية مواصفات تسلا.

وقالت ثلاثة من المصادر إن متخصصي الصب تغلبوا على ذلك من خلال صياغة سبائك خاصة، وضبط عملية تبريد السبائك المنصهرة، والتوصل إلى معالجة حرارية بعد الإنتاج. بمجرد أن تصبح تسلا راضية عن النموذج الأولي للقالب الرملي، يمكنها بعد ذلك الاستثمار في قالب معدني نهائي للإنتاج الضخم.

وقالت المصادر إن السيارة الصغيرة / التاكسي الآلي الصغيرة القادمة من Tesla أعطتها فرصة مثالية لصب منصة EV في قطعة واحدة، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الجزء السفلي من هيكلها أبسط. لا تحتوي السيارات الصغيرة على "نتوء" كبير في الأمام والخلف. "إنه يشبه القارب بطريقة ما، علبة بطارية بأجنحة صغيرة متصلة بكلا الطرفين. قال أحد الأشخاص: "سيكون من المنطقي القيام بذلك في قطعة واحدة".

وزعمت المصادر أنه لا يزال يتعين على تسلا أن تقرر نوع الضغط الذي ستستخدمه إذا قررت صب الجزء السفلي من السيارة في قطعة واحدة. لتصنيع أجزاء الجسم الكبيرة بسرعة سوف يتطلب الأمر آلات صب أكبر بقدرة تثبيت تبلغ 16000 طن أو أكثر. ستكون هذه الآلات باهظة الثمن وقد تتطلب مباني مصانع أكبر.

لا يمكن للمكابس ذات قوة التثبيت العالية استيعاب النوى الرملية المطبوعة ثلاثية الأبعاد اللازمة لصنع الإطارات الفرعية المجوفة. ولحل هذه المشكلة، يستخدم تسلا نوعًا مختلفًا من المكبس الذي يمكن حقن السبائك المنصهرة فيه ببطء، وهي طريقة تميل إلى إنتاج مصبوبات ذات جودة أعلى ويمكن أن تستوعب نوى الرمل.

المشكلة هي: هذه العملية تستغرق وقتًا أطول. وقال أحد الأشخاص: "لا يزال بإمكان شركة تسلا اختيار الضغط العالي من أجل الإنتاجية، أو يمكنها اختيار الحقن البطيء للسبائك من أجل الجودة والتنوع". "لا تزال عملية رمي العملة في هذه المرحلة."

الوجبات الجاهزة

ومهما كان القرار الذي ستتخذه شركة تيسلا، فسيكون له آثار ستمتد إلى جميع أنحاء صناعة السيارات في جميع أنحاء العالم. لا تزال شركة تيسلا، على الرغم من التخفيضات الكبيرة في الأسعار، تصنع السيارات الكهربائية بأرباح - وهو أمر تجد شركات صناعة السيارات القديمة صعوبة بالغة في القيام به.

إذا تمكنت شركة تسلا من خفض تكاليف التصنيع بشكل كبير عن طريق استخدام المسبوكات ذات الضغط العالي، فسوف تتعرض تلك الشركات لضغوط أكبر من الناحية الاقتصادية. ليس من الصعب أن نتخيل ما حدث لشركتي كوداك ونوكيا. ولا أحد يستطيع أن يجزم بالمكان الذي قد يؤدي إليه ذلك الاقتصاد العالمي وكل العمال الذين يصنعون السيارات التقليدية حاليا.

مصدر:https://cleantechnica.com/2023/09/17/tesla-may-have-perfected-one-piece-casting-technology/

المؤلف: ستيف هانلي

حرره ماي جيانغ من MAT Aluminium