Gigafundição 2.0 Tesla reinventa a fabricação de carros com avanço silencioso

Gigafundição 2.0 da Tesla revoluciona fabricação de carros com avanço inovador

AUSTIN, Texas, 14 de setembro (ANBLE) – A Tesla (TSLA.O) combinou uma série de inovações para fazer uma descoberta tecnológica que poderia transformar a forma como fabrica veículos elétricos e ajudar Elon Musk a alcançar seu objetivo de reduzir pela metade os custos de produção, disseram cinco pessoas familiarizadas com a mudança.

A empresa foi pioneira no uso de prensas gigantes com pressão de aperto de 6.000 a 9.000 toneladas para moldar as estruturas dianteira e traseira do seu Model Y em um processo de “gigacasting” que reduziu os custos de produção e deixou os concorrentes correndo para acompanhar.

Na tentativa de ampliar sua liderança, a Tesla está se aproximando de uma inovação que permitiria fundir quase toda a estrutura complexa da parte inferior de um veículo elétrico em uma única peça, em vez de cerca de 400 peças em um carro convencional, disseram as pessoas.

O know-how é fundamental para a estratégia de manufatura “desempacotada” da Tesla, revelada pelo CEO Musk em março, um pilar de seu plano de produzir dezenas de milhões de veículos elétricos mais baratos na próxima década e ainda obter lucro, disseram as fontes.

Embora a Tesla tenha dito que seu modelo “desempacotado” envolve a produção de grandes subconjuntos de um carro ao mesmo tempo e depois encaixá-los, o tamanho e a composição dos blocos modulares ainda são objeto de especulação.

Terry Woychowski, presidente da empresa de engenharia americana Caresoft Global, disse que se a Tesla conseguisse “gigacastar” a maior parte da estrutura inferior de um veículo elétrico, isso iria perturbar ainda mais a forma como os carros são projetados e fabricados.

“É um habilitador em esteroides. Tem um enorme impacto na indústria, mas é uma tarefa muito desafiadora”, disse Woychowski, que trabalhou para a montadora americana GM (GM.N) por mais de três décadas. “Fundir peças é muito difícil, especialmente quando são maiores e mais complicadas.”

Dois dos informantes disseram que as técnicas de design e fabricação anteriormente não divulgadas pela Tesla significavam que a empresa poderia desenvolver um carro do zero em 18 a 24 meses, enquanto a maioria dos concorrentes atualmente leva de três a quatro anos.

As cinco pessoas disseram que uma única estrutura grande – combinando as seções dianteira e traseira com a parte central onde a bateria está alojada – poderia ser usada no pequeno veículo elétrico da Tesla, que pretende lançar com um preço de US$ 25.000 até meados da década.

A Tesla era esperada para tomar uma decisão sobre se fundiria a plataforma em uma única peça ainda neste mês, disseram três das fontes, embora mesmo se decidirem seguir em frente, o produto final poderia mudar durante o processo de validação de design.

Nem a Tesla nem Musk responderam às perguntas da ANBLE para esta história.

IMPRESSÃO 3D E AREIA

A descoberta que a Tesla fez se concentra em como os moldes gigantes para uma peça tão grande são projetados e testados para produção em massa, e como os moldes podem incorporar subestruturas ocas com nervuras internas para reduzir o peso e aumentar a resistência a impactos.

Em ambos os casos, as inovações, desenvolvidas por especialistas em design e fundição no Reino Unido, Alemanha, Japão e Estados Unidos, envolvem impressão 3D e areia industrial, disseram as cinco pessoas. Todas conversaram com a ANBLE sob condição de anonimato, pois não estão autorizadas a falar com a imprensa.

Até agora, os fabricantes de automóveis evitaram fundir estruturas cada vez maiores por causa do “dilema gigacast”: criar moldes para fabricar peças de 1,5 metros quadrados ou mais aumenta a eficiência, mas é caro e apresenta inúmeros riscos.

Depois que um molde de teste de metal grande é feito, ajustes durante o processo de design podem custar US$ 100.000 por vez, ou refazer o molde completamente pode chegar a US$ 1,5 milhão, segundo um especialista em fundição. Outro disse que todo o processo de design para um molde de metal grande normalmente custaria cerca de US$ 4 milhões.

Isso tem sido considerado proibitivo pelos fabricantes de automóveis – especialmente porque um design pode precisar de meia dúzia de ajustes ou mais para obter um molde perfeito do ponto de vista de ruído e vibração, ajuste e acabamento, ergonomia e resistência a impactos, disseram as fontes.

Mas a visão de Musk desde o início era encontrar uma maneira de fundir a parte inferior em uma única peça, apesar dos riscos, disseram as fontes.

Para superar os obstáculos, a Tesla recorreu a empresas que fazem moldes de teste com areia industrial usando impressoras 3D. Usando um arquivo de design digital, impressoras conhecidas como binder jets depositam um agente de ligação líquido em uma fina camada de areia e gradualmente constroem um molde, camada por camada, que pode fundir ligas metálicas.

De acordo com uma fonte, o custo do processo de validação de design com fundição em areia, mesmo com várias versões, é mínimo – apenas 3% do custo de fazer o mesmo com um protótipo de metal.

Isso significa que a Tesla pode ajustar os protótipos quantas vezes forem necessárias, imprimindo um novo em questão de horas usando máquinas de empresas como a Desktop Metal (DM.N) e sua unidade ExOne.

O ciclo de validação de design usando fundição em areia leva apenas dois a três meses, disseram duas das fontes, em comparação com seis meses a um ano para protótipos de moldes de metal.

ALOJAMENTOS PERSONALIZADOS

Os subframes na parte inferior de um carro são tipicamente ocos para economizar peso e melhorar a resistência a impactos. No momento, eles são feitos estampando e soldando várias peças juntas, deixando um vazio no meio.

Para fundir subframes com vazios como parte de uma gigafundição, a Tesla planeja colocar núcleos de areia sólida impressos por jatos de ligante dentro do molde geral. Uma vez que a peça tenha sido fundida, a areia é removida para deixar os vazios.

Porém, apesar da maior flexibilidade alcançada tanto no processo de design quanto na complexidade das grandes estruturas, ainda havia mais um obstáculo a ser superado.

As ligas de alumínio usadas para produzir as fundições se comportavam de maneira diferente em moldes de areia e metal e frequentemente não atendiam aos critérios de resistência a impactos e outros atributos da Tesla.

Os especialistas em fundição superaram isso formulando ligas especiais, ajustando o processo de resfriamento da liga fundida e também desenvolvendo um tratamento térmico pós-produção, disseram três fontes. E uma vez que a Tesla estiver satisfeita com o molde do protótipo, ela poderá investir em um molde final de metal para produção em massa.

As fontes disseram que o próximo carro pequeno da Tesla ofereceu uma oportunidade perfeita para fundir uma plataforma de veículo elétrico em uma peça, principalmente porque a parte inferior do veículo é mais simples,

O tipo de carros pequenos que a Tesla está desenvolvendo – um para uso pessoal e outro para um robô-táxi – não têm uma grande “saliente” na frente e atrás, pois não há capô ou porta-malas traseiro.

“É como um barco de certa forma, uma bandeja de bateria com pequenas asas presas em ambas as extremidades. Faria sentido fazer tudo em uma peça”, disse uma pessoa.

No entanto, as fontes disseram que a Tesla ainda precisava decidir que tipo de gigapressão usar se decidir fundir a parte inferior do veículo em uma peça – e essa escolha também determinaria a complexidade da estrutura do carro.

Para estampar essas grandes partes do veículo rapidamente, as pessoas disseram que a Tesla precisaria de novas gigaprensas maiores com uma força de fixação massiva de 16.000 toneladas ou mais, o que teria um preço alto e poderia exigir prédios de fábrica maiores.

Três das cinco fontes disseram que um problema com as prensas de alta fixação, no entanto, era que elas não podem acomodar os núcleos de areia impressos em 3D necessários para fazer os subframes ocos.

As pessoas disseram que a Tesla poderia resolver esses obstáculos usando um tipo diferente de prensa na qual a liga fundida pode ser injetada lentamente – um método que tende a produzir fundições de maior qualidade e que pode acomodar os núcleos de areia.

Porém, o processo leva mais tempo.

“A Tesla ainda pode optar por alta pressão para produtividade, ou pode optar pela injeção lenta de liga para qualidade e versatilidade”, disse uma das pessoas. “Ainda é uma questão em aberto neste momento.”

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