Lass uns Giga casting machen!

Tesla hat die Herstellung von Elektrofahrzeugen durch die Implementierung von Gigacasting revolutioniert, einem bahnbrechenden Ansatz, der die Produktion rationalisiert und die Montage vereinfacht. Beim Gigacasting werden riesige Gießmaschinen oder Gigapressen eingesetzt, um große Einzelteile von Fahrzeugunterböden herzustellen. Diese innovative Technik wurde entwickelt, um die Effizienz zu steigern, die Abhängigkeit von traditionellen Montagelinien zu verringern und die Herausforderungen zu bewältigen, die sich aus veralteten Fertigungsprozessen im Zusammenhang mit batteriebetriebenen Fahrzeugen ergeben.

Elon Musk, der visionäre CEO von Tesla, ließ sich für Gigacasting von einer unwahrscheinlichen Quelle inspirieren – den Spielzeugautos seines Kindes. Indem er die Einfachheit und Effizienz des Druckgusses in Miniaturform beobachtete, stellte sich Musk vor, dieses Konzept für Automobile in Originalgröße zu replizieren. Gigacasting verwendet Gießmaschinen, um geschmolzenes Metall unter hohem Druck in Formen zu spritzen, wodurch große Aluminium-Karosserieteile wie die gesamte Unterseite eines Elektrofahrzeugs hergestellt werden. Im Wesentlichen wird das geschmolzene Metall in eine Form oder "Matrize" gepresst, wo es abkühlt, anschließend ausgeworfen und dann getrimmt wird, um einen nahtlosen und robusten Unterboden zu bilden.

Musks Argument für die Einführung von Gigacasting beruht auf der Überzeugung, dass der konventionelle Fließbandansatz den Fortschritt der Hersteller von Elektrofahrzeugen behindert. Er betont die Notwendigkeit eines Wandels hin zu einfacheren und schnelleren Montageprozessen, der den Status quo in Frage stellt, um den einzigartigen Anforderungen batteriebetriebener Fahrzeuge gerecht zu werden. Durch die Neugestaltung des Herstellungsprozesses durch Gigacasting will Tesla die Grenzen der Innovation in der Produktion von Elektrofahrzeugen verschieben und letztendlich die Automobilindustrie in eine nachhaltigere und effizientere Zukunft führen.

Der traditionelle Ansatz in der Automobilherstellung stützte sich in der Vergangenheit auf Gussteile, insbesondere im Antriebsstrang von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Bei dieser herkömmlichen Methode wird die Hauptkarosserie eines Autos in der Regel durch Schweißen oder Stanzen einer Vielzahl von Einzelteilen hergestellt. Bei diesem Prozess werden verschiedene Komponenten zusammengefügt, um die komplette Struktur des Fahrzeugs zu erstellen.

Das Aufkommen von Gigacasting ist eine Reaktion auf die transformativen Auswirkungen von massiv schweren Autobatterien auf das Autodesign. Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen (EVs) ist der Bedarf an innovativen Fertigungstechniken für große und komplizierte Batteriestrukturen offensichtlich geworden. Insbesondere Tesla hat Pionierarbeit bei der Verwendung von Gigacasting mit Aluminium geleistet und Hochdruck-Druckgussmaschinen eingesetzt, um komplette Fahrzeugchassis und Rohkarosserien herzustellen.

Gigacasting hat aufgrund seines Potenzials, die Herstellungskosten pro Einheit zu senken, erheblich an Bedeutung gewonnen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, bei denen zahlreiche Karosserieteile zusammengeschweißt werden, ermöglicht Gigacasting die Herstellung eines einzigen, nahtlosen Moduls. Das spart nicht nur Zeit und Arbeit, sondern minimiert auch die mit dem Produktionsprozess verbundenen Kosten. Darüber hinaus optimiert Gigacasting den Platz in der Fabrik, indem mehrere Roboter, die in Schweißprozessen eingesetzt werden, durch eine einzige, hocheffiziente Maschine ersetzt werden. Die optimierte und integrierte Natur des Gigacastings steht im Einklang mit der Nachfrage nach schnelleren, kostengünstigeren und platzsparenderen Fertigungsmethoden und macht es zu einem wichtigen Fortschritt in der Automobilindustrie.

Um Gigacasting für Tesla in die Realität umzusetzen, arbeitete das Unternehmen mit Firmen zusammen, die sich auf die Herstellung von Testformen mit industriellem Sand und 3D-Drucktechnologie spezialisiert haben. Mit Hilfe einer digitalen Designdatei trugen 3D-Drucker, sogenannte Binder Jets, ein flüssiges Bindemittel auf dünne Sandschichten auf und bauten nach und nach Formen für geschmolzene Druckgusslegierungen. Dieser innovative Ansatz ermöglichte es Tesla, die Designvalidierung zu deutlich geringeren Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Metallprototypen durchzuführen. Durch die Verwendung von Sandguss konnten die Kosten für den Designvalidierungsprozess auf etwa 3 % der Kosten eines Metallprototyps reduziert werden. Darüber hinaus ermöglichte die Flexibilität des Sandgusses Tesla schnelle Anpassungen an Prototypen vorzunehmen, mit der Möglichkeit, innerhalb weniger Stunden einen neuen Prototyp mit Technologien von Unternehmen wie Desktop Metal und seiner ExOne-Einheit neu zu drucken. Der Konstruktionsvalidierungszyklus mit Sandguss dauerte nur 2 bis 3 Monate, eine erhebliche Verbesserung gegenüber den 6 Monaten bis zu einem Jahr, die für Metallformen erforderlich waren.

Das Model Y spielte eine zentrale Rolle in der Gigacasting-Erzählung, wobei Tesla diese innovative Technik im Jahr 2019 einführte, um den hinteren Bodenbereich des Fahrzeugs herzustellen. Das Gigacasting-Verfahren für das Model Y beinhaltete die Verwendung von zwei riesigen Gussteilen, die als vorderer und hinterer Unterboden dienten, was eine deutliche Abkehr vom traditionellen Karosseriedesign (Unibody) darstellte und zur Rationalisierung der Fertigungsprozesse beitrug. Diese Verschiebung hin zu Gigacasting gewann schnell an Zugkraft und entwickelte sich zu einem Industriestandard.

Im Produktionsprozess des Model Y ersetzten diese beiden Gigacastings insgesamt 171 Teile, die hauptsächlich aus Blechstanzteilen und einigen kleineren Gussteilen bestanden. Durch diese Integration wurden 1.600 Schweißnähte eingespart und 300 Roboter aus der Montagelinie entfernt. Das Ergebnis war eine deutliche Reduzierung der erforderlichen Investitionen und der Fläche. Mit diesen Effizienzsteigerungen erreichte Tesla eine beeindruckende Produktionszeit von 10 Stunden für ein Model Y, etwa dreimal schneller als Elektrofahrzeuge der Konkurrenz. Die erfolgreiche Integration von Gigacasting in die Produktion des Model Y ist ein Beispiel für Teslas Engagement für Innovation und Effizienz bei der Herstellung von Elektrofahrzeugen.

Bei der Herstellung von Gigacastings kommt eine riesige Maschine zum Einsatz, die als Gigapress bezeichnet wird und eine beeindruckende Schließkraft von 6.000 Tonnen erreichen kann. Die gigapress ist theoretisch in der Lage, bis zu 45 Gussteile pro Stunde zu produzieren, was ihre Leistungsfähigkeit in der Großserienproduktion unter Beweis stellt.

Allerdings stieß Tesla bei der Umsetzung dieser großflächigen Gussteile auf erhebliche Hindernisse. Die für das Gigacasting verwendeten Aluminiumlegierungen verhalten sich in Formen aus Sand anders als in Formen aus Metall. Frühe Prototypen entsprachen aufgrund dieser Verhaltensunterschiede nicht den Spezifikationen von Tesla. Um diese Herausforderung zu meistern, formulierten die Gießspezialisten spezielle Legierungen, verfeinerten den Kühlprozess der geschmolzenen Legierung und entwickelten eine Wärmebehandlung nach der Produktion. Diese Maßnahmen waren entscheidend, um sicherzustellen, dass die Gigacastings die geforderten Standards erfüllten und sich nahtlos in den Fertigungsprozess von Tesla integrieren ließen.

Gigacasting hat in letzter Zeit Schlagzeilen gemacht, weil Elon Musk die Tesla-Mitarbeiter in der Gigafactory Grünheide angekündigt hat. Musk teilte Pläne für die Herstellung eines neuen, kleineren Elektrofahrzeugs (EV) mit, das rund 25.000 US-Dollar kosten wird. Die Gigafactory in Grünheide ist mit der Gigapress-Technologie von Tesla ausgestattet, von der das Unternehmen glaubt, dass sie eine kostengünstigere Produktion von Elektrofahrzeugen mit weniger Teilen ermöglichen wird. Herkömmliche Autos benötigen in der Regel etwa 400 Teile, was sich auf die Rentabilität auswirkt. Gigacasting mit seiner Fähigkeit, einen einzigen großen Rahmen zu schaffen, der den vorderen und hinteren Teil mit dem mittleren Unterboden kombiniert, in dem die Batterie untergebracht ist, gilt als Schlüsselfaktor für Kosteneinsparungen und die Verwirklichung erschwinglicher Tesla-Elektrofahrzeuge.

Nicht alle Hersteller sind aufgrund mehrerer Herausforderungen und Überlegungen schnell bereit, Gigacasting anzunehmen. Ein großer Nachteil ist, dass Fahrzeuge mit einem einzigen geformten Unterboden eine Herausforderung für die Reparierbarkeit darstellen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrzeugen, bei denen beschädigte Teile einzeln ausgetauscht werden können, erschwert Gigacasting die Behandlung spezifischer Schäden, ohne den gesamten Unterboden auszutauschen. Dies könnte möglicherweise die Zahl der Fahrzeuge erhöhen, deren Reparatur als zu teuer erachtet wird, was sich auf die Kfz-Reparaturbranche auswirken könnte.

Darüber hinaus sind mit Gigacasting erhebliche Anlaufkosten verbunden, die für einige Hersteller abschreckend wirken können. Der Prozess führt auch die Möglichkeit von Verformungsproblemen im Metall mit sich, was die Qualitätskontrolle und die Produktionskonsistenz komplexer macht. Kollisionsreparaturen werden immer komplizierter, und am Ende der Produktionslinie sind umfangreiche Inspektionsscans erforderlich.

Trotz dieser Herausforderungen beschäftigen sich einige Automobilhersteller mit Gigacasting. Volvo arbeitet beispielsweise an der Entwicklung von Fahrzeugmodellen, die "Megacasting" für Karosserieteile nutzen und Befestigungspunkte für verschiedene Komponenten integrieren. General Motors hat ebenfalls Interesse bekundet, wobei CEO Mary Barra die Bestellung von zwei "Gigapress"-Maschinen im Jahr 2022 für den potenziellen Einsatz in Fahrzeugen für den Massenmarkt erwähnte.

Was Toyota betrifft, so wird nicht erwartet, dass das Unternehmen das Gigacasting-Modell von Tesla direkt übernehmen wird. Das renommierte Produktionssystem von Toyota, das auf Just-in-Time-Fertigungseffizienz basiert, stützt sich auf jahrzehntelange Erfahrung, um eigene Innovationen zu finden. Während Toyota anstrebt, dass mehr als die Hälfte seines Verkaufsziels für 2030 aus Elektrofahrzeugen (EVs) mit einer neuen modularen Architektur besteht, wird das Unternehmen wahrscheinlich sein Know-how nutzen, um Lösungen zu entwickeln, die auf seine spezifischen Produktionsanforderungen zugeschnitten sind. Der Ansatz von Toyota legt Wert auf Flexibilität und ermöglicht die Produktion verschiedener Modelle, die sich Schlüsselkomponenten auf denselben Plattformen teilen. Toyota verzichtet zwar auf Gigacasting, erkennt aber die Notwendigkeit einer Neukonfiguration, um in der sich entwickelnden Automobillandschaft wettbewerbsfähig zu bleiben.

--------- Dieser Artikel stammt teilweise aus Clean Technica.