ربما تكون شركة تسلا قد أتقنت تقنية الصب من قطعة واحدة

يبدو أن لدى رويترز مصادر موثوقة داخل شركة تسلا. ففي تقرير بتاريخ 14 سبتمبر 2023، ذكرت الوكالة أن ما لا يقل عن خمسة أشخاص أبلغوها أن الشركة تقترب من هدفها المتمثل في صبّ الجزء السفلي من سياراتها كاملاً. عملية الصب بالقالب بسيطة للغاية. اصنع قالبًا، واملأه بمعدن منصهر، واتركه يبرد، ثم أزل القالب، وهكذا! سيارة جاهزة. تعمل هذه الطريقة بشكل جيد إذا كنت تصنع سيارات من ألعاب تينكر أو ماتش بوكس، ولكنها صعبة للغاية إذا حاولت استخدامها لصنع سيارات كاملة الحجم.

صُنعت عربات كونستوجا على هياكل خشبية. كما استخدمت السيارات المبكرة هياكل خشبية. عندما أنشأ هنري فورد أول خط تجميع، كان من المعتاد بناء المركبات على هيكل سلمي - سكتان حديديتان مربوطتان ببعضهما البعض بقطع متقاطعة. كانت أول سيارة إنتاج أحادية الهيكل هي سيتروين تراكشن أفانت عام ١٩٣٤، تلتها كرايسلر إيرفلو في العام التالي.

لا تحتوي السيارات أحادية الهيكل على هيكل تحتها. بدلاً من ذلك، يُشكَّل الهيكل المعدني ويُشكَّل بطريقة تسمح له بتحمّل وزن نظام الدفع وحماية الركاب في حال وقوع حادث. ابتداءً من خمسينيات القرن الماضي، تحوّلت شركات صناعة السيارات، مدفوعةً بابتكارات التصنيع التي أطلقتها شركات يابانية مثل هوندا وتويوتا، إلى تصنيع سيارات أحادية الهيكل بنظام الدفع الأمامي.

تم تركيب نظام نقل الحركة بالكامل، بما في ذلك المحرك وناقل الحركة والترس التفاضلي وأعمدة الدفع والدعامات والفرامل، على منصة منفصلة تُرفع من الأسفل إلى خط التجميع، بدلاً من إنزال المحرك وناقل الحركة من الأعلى كما هو الحال في السيارات المُصنّعة على هيكل. سبب هذا التغيير؟ تسريع أوقات التجميع، مما أدى إلى انخفاض تكاليف الإنتاج.

لفترة طويلة، كانت تقنية الهيكل الأحادي مفضلة فيما يُسمى بالسيارات الاقتصادية، بينما كانت هياكل السلالم هي الخيار الأمثل لسيارات السيدان والواجن الأكبر حجمًا. وظهرت بعض السيارات الهجينة، وهي سيارات ذات قضبان هيكل أمامية مثبتة بمسامير في مقصورة ركاب أحادية الهيكل. وكانت شيفروليه نوفا وMGB مثالين على هذا التوجه، الذي لم يدم طويلًا.

تيسلا تتجه نحو الصب تحت الضغط العالي

بدأت شركة تيسلا، التي دأبت على إحداث نقلة نوعية في صناعة السيارات، بتجربة الصب تحت الضغط العالي قبل عدة سنوات. ركزت في البداية على تصنيع الهيكل الخلفي. وعندما نجحت في ذلك، انتقلت إلى تصنيع الهيكل الأمامي. والآن، وفقًا لمصادر، تُركز تيسلا على صب الأجزاء الأمامية والوسطى والخلفية تحت الضغط، في عملية واحدة.

لماذا؟ لأن تقنيات التصنيع التقليدية تستخدم ما يصل إلى 400 ختم فردي، والتي يجب بعد ذلك لحامها أو تثبيتها بمسامير أو براغي أو لصقها معًا لصنع هيكل أحادي كامل. إذا نجحت تسلا في ذلك، فقد تنخفض تكلفة التصنيع بنسبة تصل إلى 50%. وهذا بدوره سيضع ضغطًا هائلاً على جميع المصنّعين الآخرين للاستجابة وإلا سيجدون أنفسهم غير قادرين على المنافسة.

لا شك أن هؤلاء المصنعين يشعرون بالضرب من كل جانب، حيث يطرق العمال النقابيون المتعجرفون الأبواب ويطالبون بنصيب أكبر من أي أرباح لا يزالون يحققونها.

تيري وويتشوفسكي، الذي عمل في جنرال موتورز لثلاثة عقود، لديه خبرة واسعة في تصنيع السيارات. وهو الآن رئيس شركة الهندسة الأمريكية كيرسوفت جلوبال. صرّح لرويترز بأنه إذا نجحت تيسلا في استخدام تقنية الجيجا كاست في معظم أجزاء الهيكل السفلي للسيارة الكهربائية، فسيُحدث ذلك تغييرًا جذريًا في طريقة تصميم وتصنيع السيارات. وأضاف: "إنها أداة تمكينية قوية. لها تأثير كبير على الصناعة، لكنها مهمة بالغة الصعوبة. فالصب صعب للغاية، خاصةً للسيارات الأكبر حجمًا والأكثر تعقيدًا".

أفاد مصدران بأن التصميم الجديد وتقنيات التصنيع الجديدة لشركة تيسلا تعني أن الشركة قادرة على تطوير سيارة من الصفر في غضون 18 إلى 24 شهرًا، بينما يستغرق معظم منافسيها حاليًا ما بين ثلاث إلى أربع سنوات. ويمكن استخدام هيكل واحد كبير - يجمع بين القسمين الأمامي والخلفي مع الجزء السفلي الأوسط الذي يحتوي على البطارية - لتصنيع سيارة كهربائية جديدة أصغر حجمًا، تُباع بسعر حوالي 25 ألف دولار. ومن المتوقع أن تُقرر تيسلا ما إذا كانت ستُصنع منصة من قطعة واحدة باستخدام قوالب صبّ في وقت قريب من هذا الشهر، وفقًا لثلاثة مصادر.

تحديات كبيرة تنتظرنا

من أكبر التحديات التي تواجهها تسلا في استخدام الصب عالي الضغط تصميم هياكل فرعية مجوفة، لكنها مزودة بالأضلاع الداخلية اللازمة لتبديد القوى الناتجة عن حوادث الاصطدام. وتزعم المصادر أن ابتكارات متخصصي التصميم والصب في بريطانيا وألمانيا واليابان والولايات المتحدة تعتمد على الطباعة ثلاثية الأبعاد والرمال الصناعية.

قد يكون صنع القوالب اللازمة لصب المكونات الكبيرة تحت ضغط عالٍ مكلفًا للغاية وينطوي على مخاطر كبيرة. فبمجرد صنع قالب اختبار معدني كبير، قد تكلف التعديلات الميكانيكية أثناء عملية التصميم 100,000 دولار أمريكي لكل عملية، أو قد تصل تكلفة إعادة صنع القالب بالكامل إلى 1.5 مليون دولار أمريكي، وفقًا لأحد متخصصي الصب. وقال آخر إن عملية تصميم قالب معدني كبير تبلغ تكلفتها عادةً حوالي 4 ملايين دولار أمريكي.

اعتبر العديد من مصنعي السيارات أن التكلفة والمخاطر مرتفعة للغاية، خاصةً وأن التصميم قد يتطلب بضع تعديلات أو أكثر للوصول إلى قالب مثالي من حيث الضوضاء والاهتزاز، والملاءمة والتشطيب، وبيئة العمل، ومقاومة الاصطدام. لكن المخاطرة أمر نادرًا ما يزعج إيلون ماسك، أول من جعل الصواريخ تطير للخلف.

الرمال الصناعية والطباعة ثلاثية الأبعاد

أفادت التقارير أن شركة تسلا لجأت إلى شركات تُصنّع قوالب اختبار من الرمل الصناعي باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد. باستخدام ملف تصميم رقمي، تُرسب الطابعات المعروفة باسم نفاثات الرابطة مادة رابطة سائلة على طبقة رقيقة من الرمل، وتُنشئ تدريجيًا قالبًا، طبقة تلو الأخرى، قادرًا على صب السبائك المنصهرة. ووفقًا لأحد المصادر، تبلغ تكلفة عملية التحقق من صحة التصميم باستخدام الصب الرملي حوالي 3% من تكلفة القيام بنفس العملية باستخدام نموذج أولي معدني.

هذا يعني أن تيسلا قادرة على تعديل النماذج الأولية عدة مرات حسب الحاجة، وإعادة طباعة نموذج جديد في غضون ساعات باستخدام آلات من شركات مثل ديسكتوب ميتال ووحدتها إكس ون. وأفاد مصدران بأن دورة التحقق من صحة التصميم باستخدام الصب الرملي لا تستغرق سوى شهرين إلى ثلاثة أشهر، مقارنةً بما يتراوح بين ستة أشهر وعام لقالب مصنوع من المعدن.

على الرغم من هذه المرونة الأكبر، كانت هناك عقبة رئيسية أخرى يجب التغلب عليها قبل نجاح تصنيع المسبوكات على نطاق واسع. فسبائك الألومنيوم المستخدمة في إنتاج المسبوكات تختلف في القوالب المصنوعة من الرمل عنها في القوالب المعدنية. وكثيرًا ما فشلت النماذج الأولية المبكرة في تلبية مواصفات تيسلا.

أفاد ثلاثة مصادر بأن متخصصي الصب تغلبوا على هذه المشكلة بصياغة سبائك خاصة، وضبط عملية تبريد السبائك المنصهرة، والتوصل إلى معالجة حرارية لما بعد الإنتاج. بمجرد رضا تيسلا عن قالب الرمل النموذجي، يمكنها الاستثمار في قالب معدني نهائي للإنتاج الضخم.

ذكرت المصادر أن سيارة تيسلا الصغيرة/التاكسي الآلي القادمة أتاحت لها فرصة مثالية لبناء منصة سيارة كهربائية كاملة، ويرجع ذلك أساسًا إلى بساطة هيكلها السفلي. فالسيارات الصغيرة لا تحتوي على بروز كبير في الأمام والخلف. وصرح أحد الأشخاص: "إنها تشبه القارب إلى حد ما، حيث تحتوي على علبة بطارية بأجنحة صغيرة متصلة بطرفيها. من المنطقي بناء منصة كاملة".

أفادت المصادر أن تيسلا لا يزال يتعين عليها تحديد نوع المكبس المستخدم إذا قررت صب الهيكل السفلي كقطعة واحدة. يتطلب تصنيع أجزاء الهيكل الكبيرة بسرعة آلات صب أكبر بقوة تثبيت تبلغ 16,000 طن أو أكثر. ستكون هذه الآلات باهظة الثمن وقد تتطلب مباني مصانع أكبر.

لا تستطيع المكابس ذات قوة الشد العالية استيعاب نوى الرمل المطبوعة ثلاثية الأبعاد اللازمة لصنع الهياكل الفرعية المجوفة. ولحل هذه المشكلة، تستخدم تيسلا نوعًا مختلفًا من المكابس يُحقن فيه سبيكة منصهرة ببطء، وهي طريقة تُفضي إلى إنتاج مصبوبات عالية الجودة وتستوعب نوى الرمل.

المشكلة هي أن هذه العملية تستغرق وقتًا أطول. قال أحد المصادر: "لا يزال بإمكان تيسلا اختيار الضغط العالي لزيادة الإنتاجية، أو اختيار حقن السبائك البطيء لتحسين الجودة والتنوع. لا يزال الأمر محسومًا في هذه المرحلة".

الوجبات الجاهزة

مهما كان قرار تيسلا، فسيكون له تداعياتٌ ستمتد إلى صناعة السيارات العالمية. فرغم التخفيضات الكبيرة في أسعارها، لا تزال تيسلا تُنتج سياراتها الكهربائية بأرباحٍ طائلة، وهو أمرٌ تجد شركات صناعة السيارات التقليدية صعوبةً بالغةً في تحقيقه.

إذا استطاعت تيسلا خفض تكاليف التصنيع بشكل ملحوظ باستخدام الصب عالي الضغط، فستواجه هذه الشركات ضغطًا اقتصاديًا أكبر. ليس من الصعب تخيّل ما حدث لكوداك ونوكيا. أما مصير الاقتصاد العالمي وجميع العاملين في صناعة السيارات التقليدية حاليًا، فهو أمرٌ لا يعلمه أحد.

مصدر:https://cleantechnica.com/2023/09/17/قد-تمتلك-تسلا-تقنية-صب-قطعة-واحدة-متقنة/

المؤلف: ستيف هانلي

تم تحريره بواسطة ماي جيانج من MAT Aluminum