¡Vamos con el Gigacasting!
Tesla ha revolucionado la fabricación de vehículos eléctricos a través de la implementación de la gigafundición, un enfoque innovador que agiliza la producción y simplifica el ensamblaje. La gigafundición implica el uso de máquinas de fundición masivas, o gigaprensas, para crear grandes piezas individuales de los bajos de los vehículos. Esta técnica innovadora está diseñada para mejorar la eficiencia, reducir la dependencia de las líneas de montaje tradicionales y abordar los desafíos que plantean los procesos de fabricación heredados en el contexto de los vehículos alimentados por baterías.
Elon Musk, el visionario CEO de Tesla, se inspiró para el gigacasting en una fuente poco probable: los coches de juguete fundidos a presión de su hijo. Al observar la simplicidad y la eficiencia de la fundición a presión en forma de miniatura, Musk imaginó replicar este concepto para automóviles de tamaño completo. Gigacasting emplea máquinas de fundición para inyectar metal fundido en moldes a alta presión, produciendo piezas de carrocería de aluminio de gran tamaño como toda la parte inferior de un vehículo eléctrico. En esencia, el metal fundido se introduce a la fuerza en un molde, o "troquel", donde se enfría, posteriormente se expulsa y luego se recorta para formar una parte inferior robusta y sin costuras.
El argumento de Musk para la adopción de la gigadifusión se deriva de la creencia de que el enfoque convencional de la línea de montaje obstaculiza el progreso de los fabricantes de vehículos eléctricos. Enfatiza la necesidad de un cambio hacia procesos de ensamblaje más simples y rápidos, desafiando el statu quo para satisfacer las demandas únicas de los vehículos alimentados por baterías. Al reimaginar el proceso de fabricación a través de la gigafundición, Tesla tiene como objetivo ampliar los límites de la innovación en la producción de vehículos eléctricos y, en última instancia, hacer avanzar a la industria automotriz hacia un futuro más sostenible y eficiente.
El enfoque tradicional de la fabricación de automóviles se ha basado históricamente en las piezas fundidas, especialmente en el tren motriz de los vehículos con motor de combustión interna (ICE). En este método convencional, la carrocería principal de un automóvil generalmente se construye soldando o estampando una multitud de piezas separadas. Este proceso consiste en ensamblar varios componentes para crear la estructura completa del vehículo.
La aparición de la gigadifusión es una respuesta al impacto transformador de las baterías de automóviles masivamente pesadas en el diseño de automóviles. A medida que los vehículos eléctricos (EV) se vuelven más frecuentes, se ha hecho evidente la necesidad de técnicas de fabricación innovadoras para acomodar estructuras de baterías grandes e intrincadas. Tesla, en particular, ha sido pionera en el uso de la gigafundición con aluminio, empleando máquinas de fundición a presión de alta presión para producir chasis y carrocerías de vehículos completos.
La gigafundición ha adquirido una importancia significativa debido a su potencial para reducir los costos de fabricación por unidad. A diferencia de los métodos tradicionales que implican soldar numerosas partes del cuerpo, la gigafundición permite la creación de un único módulo sin costuras. Esto no solo ahorra tiempo y mano de obra, sino que también minimiza los costos asociados con el proceso de producción. Además, la gigafundición optimiza el espacio de la fábrica al reemplazar múltiples robots utilizados en los procesos de soldadura con una sola máquina altamente eficiente. La naturaleza optimizada e integrada de la gigadifusión se alinea con la demanda de métodos de fabricación más rápidos, rentables y eficientes en cuanto al espacio, lo que la convierte en un avance clave en la industria automotriz.
Para hacer realidad el gigacasting para Tesla, la empresa se comprometió con empresas especializadas en la creación de moldes de prueba utilizando arena industrial y tecnología de impresión 3D. Utilizando un archivo de diseño digital, las impresoras 3D conocidas como chorros aglutinantes depositaron un agente aglutinante líquido sobre capas delgadas de arena, construyendo gradualmente moldes capa por capa para fundir aleaciones fundidas a presión. Este enfoque innovador permitió a Tesla llevar a cabo la validación del diseño a un costo significativamente menor en comparación con los prototipos metálicos tradicionales. El uso de fundición en arena redujo el gasto del proceso de validación del diseño a aproximadamente el 3% de lo que costaría con un prototipo de metal. Además, la flexibilidad de la fundición en arena permitió a Tesla realizar ajustes rápidos en los prototipos, con la capacidad de reimprimir uno nuevo en cuestión de horas utilizando tecnología de empresas como Desktop Metal y su unidad ExOne. El ciclo de validación del diseño mediante fundición en arena duró solo de 2 a 3 meses, una mejora sustancial con respecto a los 6 meses a un año requeridos para los moldes de metal.
El Model Y desempeñó un papel fundamental en la narrativa del gigacasting, ya que Tesla implementó esta innovadora técnica en 2019 para fabricar la sección del piso trasero del vehículo. El proceso de gigafundición para el Model Y implicó el uso de dos piezas de fundición gigantes que servían como parte delantera y trasera de la carrocería, lo que marcó una desviación significativa del diseño tradicional de la carrocería del automóvil (monocasco) y contribuyó a la racionalización de los procesos de fabricación. Este cambio hacia la gigadifusión ganó terreno rápidamente, convirtiéndose en un estándar de la industria.
En el proceso de producción del Model Y, estas dos gigafundiciones sustituyeron a un total de 171 piezas, que consistían principalmente en estampados de chapa y algunas piezas de fundición más pequeñas. Esta integración eliminó 1.600 soldaduras y 300 robots de la línea de montaje. El resultado fue una reducción sustancial de la inversión de capital requerida y de la superficie de planta. Con estas eficiencias, Tesla logró un impresionante tiempo de producción de 10 horas para un Model Y, aproximadamente tres veces más rápido que los vehículos eléctricos construidos por la competencia. La exitosa integración de la gigafundición en la producción del Model Y ejemplifica el compromiso de Tesla con la innovación y la eficiencia en la fabricación de vehículos eléctricos.
El proceso de fabricación de gigafundiciones implica el uso de una máquina masiva conocida como gigaprensa, que es capaz de alcanzar la impresionante fuerza de bloqueo de 6.000 toneladas. En teoría, la gigaprensa es capaz de producir hasta 45 piezas de fundición por hora, lo que demuestra su eficiencia en la producción a gran escala.
Sin embargo, Tesla se enfrentó a importantes obstáculos en la implementación de estas fundiciones a gran escala. Las aleaciones de aluminio utilizadas para la gigafundición se comportan de manera diferente en los moldes hechos de arena en comparación con los moldes hechos de metal. Los primeros prototipos no cumplieron con las especificaciones de Tesla debido a estas diferencias de comportamiento. Para superar este desafío, los especialistas en fundición formularon aleaciones especiales, afinaron el proceso de enfriamiento de la aleación fundida y desarrollaron un tratamiento térmico de posproducción. Estas medidas fueron cruciales para garantizar que las gigafundiciones cumplieran con los estándares requeridos y pudieran integrarse sin problemas en el proceso de fabricación de Tesla.
Gigacasting ha estado en los titulares últimamente debido al anuncio de Elon Musk a los empleados de Tesla en la gigafábrica de Gruenheide. Musk compartió planes para fabricar un nuevo vehículo eléctrico (EV) más pequeño que tendrá un precio de alrededor de 25.000 dólares. La gigafábrica de Gruenheide está equipada con la tecnología gigapress de Tesla, que la compañía cree que permitirá una producción de vehículos eléctricos más rentable con menos piezas. Los coches tradicionales suelen requerir unas 400 piezas, lo que repercute en la rentabilidad. El gigacasting, con su capacidad para crear un único bastidor grande que combina las secciones delantera y trasera con la parte inferior central donde se aloja la batería, se considera un factor clave para lograr ahorros de costes y hacer realidad los vehículos eléctricos asequibles de Tesla.
No todos los fabricantes se apresuran a adoptar la gigadifusión debido a varios desafíos y consideraciones. Un inconveniente importante es que los vehículos con una sola carrocería moldeada presentan desafíos para la reparabilidad. A diferencia de los vehículos tradicionales, en los que las piezas dañadas pueden sustituirse individualmente, la gigafundición hace que sea más difícil abordar daños específicos sin sustituir toda la parte inferior de la carrocería. Esto podría aumentar el número de vehículos que se consideran demasiado costosos de reparar, lo que afectaría a la industria de reparación de automóviles.
Además, hay costos iniciales iniciales sustanciales asociados con la gigadifusión, lo que puede actuar como un elemento disuasorio para algunos fabricantes. El proceso también introduce la posibilidad de problemas de distorsión en el metal, lo que agrega una capa de complejidad al control de calidad y la consistencia de la producción. Las reparaciones de colisiones se vuelven más complejas y se requiere un escaneo de inspección extenso al final de la línea de producción.
A pesar de estos desafíos, algunos fabricantes de automóviles están explorando la gigadifusión. Volvo, por ejemplo, está trabajando en el desarrollo de modelos de vehículos que utilizan "megacasting" para los elementos de la carrocería en blanco, integrando puntos de montaje para varios componentes. General Motors también ha expresado su interés, y la directora ejecutiva, Mary Barra, mencionó el pedido de la compañía de dos máquinas "gigapress" en 2022 para su posible uso en vehículos del mercado masivo.
En cuanto a Toyota, no se espera que la compañía adopte directamente el modelo de gigacasting de Tesla. El renombrado sistema de producción de Toyota, basado en la eficiencia de fabricación justo a tiempo, se basa en décadas de experiencia para encontrar sus propias innovaciones. Si bien Toyota tiene como objetivo que más de la mitad de su objetivo de ventas para 2030 consista en vehículos eléctricos (EV) que utilicen una nueva arquitectura modular, es probable que la compañía aproveche su experiencia para desarrollar soluciones adaptadas a sus necesidades específicas de producción. El enfoque de Toyota enfatiza la flexibilidad, lo que permite la producción de diferentes modelos que comparten componentes clave en las mismas plataformas. Si bien no adopta la gigadifusión, Toyota reconoce la necesidad de una reconfiguración para seguir siendo competitiva en el cambiante panorama automotriz.
