C'est parti pour le gigacasting !
Tesla a révolutionné la fabrication de véhicules électriques grâce à la mise en œuvre du gigacasting, une approche révolutionnaire qui rationalise la production et simplifie l'assemblage. Le gigacasting implique l'utilisation de machines de moulage massives, ou gigapresses, pour créer de grandes pièces uniques de soubassements de véhicules. Cette technique innovante est conçue pour améliorer l’efficacité, réduire le recours aux chaînes d’assemblage traditionnelles et relever les défis posés par les processus de fabrication existants dans le contexte des véhicules alimentés par batterie.
Elon Musk, le PDG visionnaire de Tesla, s'est inspiré d'une source improbable pour réaliser des gigacasts : les petites voitures moulées sous pression de son enfant. En observant la simplicité et l’efficacité du moulage sous pression sous forme miniature, Musk a envisagé de reproduire ce concept pour des automobiles pleine grandeur. Gigacasting utilise des machines de coulée pour injecter du métal en fusion dans des moules sous haute pression, produisant ainsi des pièces de carrosserie en aluminium de grande taille, comme tout le dessous d'un véhicule électrique. Essentiellement, le métal en fusion est forcé dans un moule, ou « matrice », où il refroidit, est ensuite éjecté, puis découpé pour former un soubassement robuste et sans soudure.
L'argument de Musk en faveur de l'adoption du gigacasting découle de la conviction que l'approche conventionnelle de la chaîne de montage entrave le progrès des constructeurs de véhicules électriques. Il souligne la nécessité d'évoluer vers des processus d'assemblage plus simples et plus rapides, remettant en question le statu quo pour répondre aux exigences uniques des véhicules alimentés par batterie. En réimaginant le processus de fabrication grâce à la gigacasting, Tesla vise à repousser les limites de l'innovation dans la production de véhicules électriques, faisant ainsi progresser l'industrie automobile vers un avenir plus durable et plus efficace.
L'approche traditionnelle de la fabrication automobile s'est historiquement appuyée sur les pièces moulées, en particulier dans le groupe motopropulseur des véhicules à moteur à combustion interne (ICE). Dans cette méthode conventionnelle, la carrosserie principale d’une voiture est généralement construite par soudage ou emboutissage d’une multitude de pièces distinctes. Ce processus consiste à assembler divers composants pour créer la structure complète du véhicule.
L'émergence du gigacasting est une réponse à l'impact transformateur des batteries automobiles extrêmement lourdes sur la conception des voitures. À mesure que les véhicules électriques (VE) deviennent de plus en plus répandus, le besoin de techniques de fabrication innovantes pour s'adapter aux structures de batteries volumineuses et complexes est devenu évident. Tesla, en particulier, a été le pionnier de l'utilisation du gigacasting avec de l'aluminium, en utilisant des machines de moulage sous pression à haute pression pour produire des châssis et des carrosseries de véhicules entiers en blanc.
Le gigacasting a gagné en importance en raison de son potentiel de réduction des coûts de fabrication unitaires. Contrairement aux méthodes traditionnelles qui impliquent de souder ensemble de nombreuses parties du corps, la gigacasting permet la création d'un module unique et homogène. Cela permet non seulement d'économiser du temps et de la main d'œuvre, mais minimise également les coûts associés au processus de production. De plus, la gigacasting optimise l'espace de l'usine en remplaçant plusieurs robots utilisés dans les processus de soudage par une seule machine très efficace. La nature rationalisée et intégrée de la gigadiffusion correspond à la demande de méthodes de fabrication plus rapides, plus rentables et moins encombrantes, ce qui en fait une avancée clé dans l'industrie automobile.
Pour concrétiser le gigacasting pour Tesla, l'entreprise s'est associée à des entreprises spécialisées dans la création de moules d'essai utilisant du sable industriel et la technologie d'impression 3D. À l’aide d’un fichier de conception numérique, des imprimantes 3D connues sous le nom de jets de liant ont déposé un liant liquide sur de fines couches de sable, construisant progressivement des moules couche par couche pour le moulage sous pression d’alliages fondus. Cette approche innovante a permis à Tesla de valider la conception à un coût nettement inférieur à celui des prototypes métalliques traditionnels. L'utilisation du moulage au sable a réduit les dépenses liées au processus de validation de la conception à environ 3 % de ce qu'il en coûterait avec un prototype en métal. De plus, la flexibilité du moulage en sable a permis à Tesla d'apporter des ajustements rapides aux prototypes, avec la possibilité d'en réimprimer un nouveau en quelques heures en utilisant la technologie de sociétés comme Desktop Metal et son unité ExOne. Le cycle de validation de la conception par moulage au sable n'a duré que 2 à 3 mois, soit une amélioration substantielle par rapport aux 6 mois à un an requis pour les moules métalliques.
Le Model Y a joué un rôle central dans le récit de la gigacasting, Tesla ayant mis en œuvre cette technique innovante en 2019 pour fabriquer la section du plancher arrière du véhicule. Le processus de gigacasting pour le modèle Y impliquait l'utilisation de deux pièces moulées géantes servant de soubassement avant et arrière, marquant une rupture significative par rapport à la conception traditionnelle de la carrosserie (monocoque) et contribuant à la rationalisation des processus de fabrication. Cette évolution vers la gigadiffusion a rapidement gagné du terrain, devenant progressivement une norme de l’industrie.
Dans le processus de production du modèle Y, ces deux gigacastings ont remplacé un total de 171 pièces, principalement constituées de tôles embouties et de quelques pièces moulées plus petites. Cette intégration a éliminé 1 600 soudures et retiré 300 robots de la chaîne d'assemblage. Le résultat a été une réduction substantielle des investissements en capital requis et de la surface au sol. Grâce à ces gains d’efficacité, Tesla a atteint un temps de production impressionnant de 10 heures pour un modèle Y, soit environ trois fois plus rapide que les véhicules électriques construits par ses concurrents. L'intégration réussie de la gigadiffusion dans la production du Model Y illustre l'engagement de Tesla en faveur de l'innovation et de l'efficacité dans la fabrication de véhicules électriques.
Le processus de fabrication des gigacastings implique l'utilisation d'une machine massive connue sous le nom de gigapress, capable d'atteindre une force de verrouillage impressionnante de 6 000 tonnes. La gigapress est théoriquement capable de produire jusqu'à 45 pièces moulées par heure, démontrant son efficacité dans la production à grande échelle.
Cependant, Tesla a dû faire face à des obstacles importants lors de la mise en œuvre de ces castings à grande échelle. Les alliages d'aluminium utilisés pour le gigacasting se comportent différemment dans les moules en sable et dans les moules en métal. Les premiers prototypes ne répondaient pas aux spécifications de Tesla en raison de ces différences de comportement. Pour relever ce défi, les spécialistes du moulage ont formulé des alliages spéciaux, affiné le processus de refroidissement des alliages fondus et développé un traitement thermique post-production. Ces mesures étaient cruciales pour garantir que les gigacastings répondaient aux normes requises et pouvaient être intégrés de manière transparente dans le processus de fabrication de Tesla.
Le gigacasting a fait la une des journaux ces derniers temps en raison de l'annonce faite par Elon Musk aux employés de Tesla à la gigafactory de Gruenheide. Musk a partagé son projet de fabriquer un nouveau véhicule électrique (VE) plus petit, dont le prix coûtera environ 25 000 dollars. La gigafactory de Gruenheide est équipée de la technologie gigapress de Tesla, qui, selon la société, permettra une production de véhicules électriques plus rentable avec moins de pièces. Les voitures traditionnelles nécessitent généralement environ 400 pièces, ce qui a un impact sur la rentabilité. Le gigacasting, avec sa capacité à créer un seul grand cadre combinant les sections avant et arrière avec le soubassement central où est logée la batterie, est considéré comme un facteur clé pour réaliser des économies de coûts et faire des véhicules électriques Tesla abordables une réalité.
Tous les fabricants ne sont pas prompts à adopter la gigacasting en raison de plusieurs défis et considérations. Un inconvénient majeur est que les véhicules dotés d’un seul soubassement moulé présentent des problèmes de réparabilité. Contrairement aux véhicules traditionnels où les pièces endommagées peuvent être remplacées individuellement, la gigacasting rend plus difficile la réparation de dommages spécifiques sans remplacer l'ensemble du soubassement. Cela pourrait potentiellement augmenter le nombre de véhicules jugés trop coûteux à réparer, ce qui aurait un impact sur le secteur de la réparation automobile.
En outre, les coûts de démarrage initiaux associés à la gigacasting sont importants, ce qui peut avoir un effet dissuasif pour certains fabricants. Le processus introduit également la possibilité de problèmes de distorsion dans le métal, ajoutant une couche de complexité au contrôle qualité et à la cohérence de la production. Les réparations en cas de collision deviennent plus complexes et des analyses d'inspection approfondies sont nécessaires à la fin de la chaîne de production.
Malgré ces défis, certains constructeurs automobiles explorent la gigacasting. Volvo, par exemple, travaille au développement de modèles de véhicules utilisant le « mégacasting » pour les éléments de carrosserie en blanc, intégrant des points de montage pour divers composants. General Motors a également exprimé son intérêt, la PDG Mary Barra mentionnant la commande par l'entreprise de deux machines « gigapress » en 2022 pour une utilisation potentielle dans les véhicules grand public.
Quant à Toyota, l'entreprise ne devrait pas adopter directement le modèle de gigacasting de Tesla. Le célèbre système de production de Toyota, ancré dans l'efficacité de la fabrication juste à temps, s'appuie sur des décennies d'expérience pour trouver ses propres innovations. Alors que Toyota vise à ce que plus de la moitié de son objectif de ventes d'ici 2030 soit constituée de véhicules électriques (VE) utilisant une nouvelle architecture modulaire, l'entreprise tirera probablement parti de son expertise pour développer des solutions adaptées à ses besoins de production spécifiques. L'approche de Toyota met l'accent sur la flexibilité, permettant la production de différents modèles partageant des composants clés sur les mêmes plates-formes. Même s'il n'a pas adopté la gigadiffusion, Toyota reconnaît la nécessité d'une reconfiguration pour rester compétitif dans un paysage automobile en évolution.
----------Cet article est en partie extrait de CleanTechnica.
