Laut ausländischen Medienberichten vom 15. September unter Berufung auf fünf mit der Angelegenheit vertraute Personen ist dem amerikanischen Elektroautohersteller Tesla durch die Kombination einer Reihe von Innovationen ein technologischer Durchbruch gelungen und es wird erwartet, dass er den Unterboden seines Elektroautos in einem Zug druckgießt. Dies könnte die Art und Weise verändern, wie Tesla Elektrofahrzeuge baut, und CEO Elon Musk dabei helfen, sein Ziel zu erreichen, die Kosten für die Herstellung von Elektrofahrzeugen zu halbieren.

Tesla ist der erste in der Branche, der eine riesige Druckgussmaschine mit einem Druck von 6.000 bis 9.000 Tonnen einsetzt und einen „Tausend-Tonnen-Level“-Prozess verwendet, um die Vorder- und Hinterkarosserien des Model Y integral zu drucken. Dieser Ansatz senkt die Produktionskosten erheblich, so dass die Konkurrenz darum ringen muss, aufzuholen.

Um seinen Vorsprung auszubauen, ist Tesla dabei, einen innovativen Herstellungsprozess auf den Markt zu bringen, der es ermöglicht, den komplexen Unterboden von Elektrofahrzeugen in einem Stück zu drucken, anstatt wie bei herkömmlichen Autos aus etwa 400 Teilen zusammenzubauen, sagten mit der Angelegenheit vertraute Personen.

Quellen zufolge ist diese Technologie der Kerninhalt der von Musk im März dieses Jahres angekündigten Fertigungsstrategie „Unboxed Assembly Process“. Für ihn ist es eine Schlüsselstrategie, in den nächsten 10 Jahren zig Millionen günstige Elektrofahrzeuge zu produzieren und trotzdem profitabel zu sein.

Tesla sagt, dass sein „out-of-the-box“-Fertigungsmodell die gleichzeitige Produktion großer Automodule vor dem Zusammenbau beinhaltet. Doch über die Größe und Zusammensetzung der verschiedenen Module im Auto wird spekuliert.

Terry Woychowski, Präsident des amerikanischen Ingenieurunternehmens Caresoft Global, sagte, wenn es Tesla gelingt, den Unterboden eines Elektrofahrzeugs in einem Zug zu gießen, werde dies die Art und Weise, wie Autos entworfen und hergestellt werden, definitiv weiter untergraben.

Wachowski arbeitete mehr als 30 Jahre für den amerikanischen Autohersteller General Motors. „Es ist ein Stimulans und hat enorme Auswirkungen auf die Automobilindustrie, aber es ist eine sehr herausfordernde Aufgabe“, sagte er. „Das Gießen ist sehr schwierig, insbesondere bei größeren und komplexeren Gussstücken.“

Zwei der Quellen sagten, dass das Unternehmen aufgrund dieser bisher nicht veröffentlichten neuen Design- und Fertigungstechnologie von Tesla ein Auto von Grund auf in 18 bis 24 Monaten entwickeln kann, verglichen mit den drei bis vier Jahren, die die meisten Konkurrenten derzeit benötigen.

Wenn alles gut geht, könnte Teslas kleines Elektroauto einen einzigen großen Rahmen verwenden, der die Vorder- und Hinterkarosse sowie das Fahrgestell vereint, sagten fünf mit der Angelegenheit vertraute Personen. Das Unternehmen will etwa im Jahr 2025 ein Elektroauto zum Preis von 25.000 US-Dollar auf den Markt bringen.

Laut drei Quellen wird Tesla voraussichtlich bereits in diesem Monat entscheiden, ob der gesamte Unterboden des Fahrzeugs aus Druckguss hergestellt werden soll. Auch wenn das Unternehmen diesen Herstellungsprozess weiter vorantreibt, kann sich das Endprodukt während des Designverifizierungsprozesses ändern.

Weder Tesla noch Musk antworteten.

3D-Druck undIndustriesand

Teslas technologische Durchbrüche konzentrieren sich auf die Entwicklung und Erprobung riesiger Formen für die Massenproduktion großformatiger Teile sowie auf das Druckgießen von Hohlrahmen mit internen Versteifungen, um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren und gleichzeitig die Unfallfestigkeit zu verbessern.

Fünf mit der Angelegenheit vertraute Personen sagten, beide Innovationen seien in Zusammenarbeit zwischen Design- und Gussexperten in Großbritannien, Deutschland, Japan und den Vereinigten Staaten unter Verwendung von 3D-Drucktechnologie und Industriesand entwickelt worden.

Aufgrund des „Riesen-Guss-Dilemmas“ schreckten Automobilhersteller bisher davor zurück, größere Karosseriestrukturen zu gießen. Obwohl die Verwendung von Formen, die Teile von 1,5 Quadratmetern oder mehr herstellen können, die Produktionseffizienz tatsächlich verbessern kann, ist sie kostspielig und birgt unzählige Risiken.

Laut einem Gussexperten kann es nach der Herstellung einer großen Testform aus Metall 100.000 US-Dollar kosten, einen Bearbeitungsvorgang während des Konstruktionsprozesses anzupassen, und die Neuanfertigung einer Form kann 1,5 Millionen US-Dollar kosten. Ein anderer Experte sagte, dass der gesamte Designprozess einer großen Metallform normalerweise etwa 4 Millionen US-Dollar kostet.

Quellen zufolge hält der Autohersteller dies für inakzeptabel. Insbesondere im Hinblick auf die vielfältigen Aspekte Lärm und Vibration, Montage und Polieren, Ergonomie und Unfallsicherheit kann das Design sechs oder mehr Anpassungen erfordern, um eine relativ perfekte Metallform zu erstellen.

Quellen sagten jedoch, Musk wolle trotz der Risiken einen Weg finden, den Unterboden aus einem Stück zu gießen.

Um diese Hindernisse zu überwinden, wandte sich Tesla an Unternehmen, die 3D-Drucker und Industriesand zur Herstellung von Testformen verwenden. Der 3D-Drucker verwendet eine eingegebene digitale Designdatei, um einen flüssigen Klebstoff Schicht für Schicht auf eine dünne Sandschicht aufzutragen und so eine Form aufzubauen, in die die geschmolzene Legierung gegossen werden kann.

Quellen ergaben, dass die Kosten für den Entwurfsüberprüfungsprozess für Prototypen von Sandgussformen am niedrigsten sind. Selbst wenn mehrere Versionen iteriert werden müssen, betragen die Kosten nur 3 % der Kosten für Metallprototypen.

Dies bedeutet, dass Tesla so viele Anpassungen am Prototyp vornehmen kann wie nötig, indem es Maschinen von Unternehmen wie Desktop Metal und seiner Tochtergesellschaft ExOne verwendet, um innerhalb weniger Stunden einen neuen Prototyp nachzudrucken.

Zwei der Quellen gaben an, dass der Entwurfsüberprüfungszyklus für Sandgussform-Prototypen nur zwei bis drei Monate dauert, während Metallform-Prototypen sechs Monate bis ein Jahr dauern.

Speziallegierung

Der Hilfsrahmen des Unterbodens eines Autos ist normalerweise hohl, um das Gewicht zu reduzieren und die Unfallsicherheit zu verbessern. Bei Automobilherstellern ist es derzeit üblich, mehrere Teile zu stanzen und zu schweißen, wobei dazwischen Lücken verbleiben.

Um den hohlen Hilfsrahmen zu gießen, plant Tesla, einen 3D-gedruckten massiven Sandkern in der gesamten Gussform zu platzieren. Sobald das Teil gegossen ist, wird der Sandkern entfernt.

Aber auch wenn Tesla angesichts komplexer, umfangreicher Rahmenbedingungen und Designprozesse eine größere Flexibilität erreicht, gibt es immer noch eine große Hürde, die überwunden werden muss.

Die zur Herstellung von Gussteilen verwendeten Aluminiumlegierungen verhalten sich in Sandformen und Metallformen unterschiedlich und erfüllen oft nicht die Crashsicherheits- und anderen Standards von Tesla.

Gussexperten haben das Problem durch die Formulierung spezieller Legierungen, die Feinabstimmung des Kühlprozesses der geschmolzenen Legierung und die Wärmebehandlung nach der Produktion überwunden, sagten drei Quellen. Sobald Tesla mit dem Formprototyp zufrieden ist, kann es in die Herstellung der endgültigen Metallform für die Massenproduktion investieren.

Quellen sagen, dass Teslas kommendes kleines Elektroauto vor allem wegen seines einfacheren Unterbodens eine großartige Gelegenheit für das Unternehmen darstellt, eine vollständige Plattform für die Herstellung von Elektrofahrzeugen aufzubauen.

Das kleine Elektroauto, das Tesla entwickelt, hat eine kleine Motorhaube und einen kleinen Kofferraum, sodass die vorderen und hinteren Überhänge kurz sind.

„In gewisser Weise ist es wie ein Schiff, ein Batterieträger mit kleinen Flügeln an beiden Enden. Es macht Sinn, ihn aus einem Stück zu machen“, sagte eine mit der Angelegenheit vertraute Person.

Quellen sagten jedoch, dass Tesla, wenn es sich entschließt, den Unterboden in einem Stück zu drucken, noch entscheiden muss, welche riesige Druckgussmaschine verwendet werden soll. Die Wahl bestimmt die Komplexität des Karosserierahmens.

Mit der Angelegenheit vertraute Personen sagten, dass Tesla zum schnellen Ausstanzen solch großer Körperteile eine größere Druckgussmaschine mit einem Druck von 16.000 Tonnen oder mehr benötigen werde. Diese Ausrüstung ist teurer und erfordert eine größere Fabrikfläche.

Drei der fünf Quellen gaben an, dass ein durch den erhöhten Druck auf die Druckgussmaschinen verursachtes Problem darin besteht, dass sie den für die Herstellung des hohlen Hilfsrahmens erforderlichen 3D-Druck-Sandkern nicht aufnehmen können.

Mit der Angelegenheit vertraute Personen sagten, Tesla könne diese Probleme durch den Einsatz einer anderen Art von Druckgussmaschine lösen. Diese Druckgussmaschine spritzt langsam geschmolzene Legierungen ein, eine Methode, die qualitativ hochwertigere Gussteile erzeugt und auch mit Sandkernen kompatibel ist.

Dieser Vorgang dauert jedoch länger.

„Tesla hat immer noch die Wahl zwischen einer Hochdruck-Druckgussmaschine zur Steigerung der Produktivität oder einer langsamen Einspritzung geschmolzener Legierung zur Verbesserung der Qualität und Vielseitigkeit“, sagte einer der Befragten. „Zu diesem Zeitpunkt ist es immer noch eine 50:50-Entscheidung.“