Allons 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 soubassement de véhicule. Cette technique innovante est conçue pour améliorer l'efficacité, réduire la dépendance aux chaînes de montage traditionnelles et relever les défis posés par les processus de fabrication traditionnels dans le contexte des véhicules à batterie.
Elon Musk, le PDG visionnaire de Tesla, s'est inspiré d'une source inattendue pour créer le gigacasting : les petites voitures moulées sous pression de son enfant. En observant la simplicité et l'efficacité du moulage sous pression en miniature, Musk a imaginé reproduire ce concept pour des automobiles grandeur nature. Le gigacasting utilise des machines de moulage pour injecter du métal en fusion dans des moules sous haute pression, produisant ainsi des pièces de carrosserie en aluminium de taille conséquente, comme le dessous entier d'un véhicule électrique. En substance, le métal en fusion est introduit dans un moule, ou « matrice », où il refroidit, est ensuite éjecté, puis découpé pour former un dessous de caisse sans joint et robuste.
L'argument de Musk en faveur de l'adoption du gigacasting découle de sa conviction que l'approche conventionnelle de la chaîne de montage freine les progrès des fabricants de véhicules électriques. Il souligne la nécessité d'une transition vers des processus d'assemblage plus simples et plus rapides, remettant en question le statu quo pour répondre aux exigences uniques des véhicules à batterie. En réimaginant le processus de fabrication grâce au 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 repose depuis toujours sur des pièces moulées, notamment pour le groupe motopropulseur des véhicules à moteur à combustion interne (ICE). Dans cette méthode conventionnelle, la carrosserie principale d'une voiture est généralement construite en soudant ou en emboutissant une multitude de pièces séparées. Ce processus implique l'assemblage de divers composants pour créer la structure complète du véhicule.
L’émergence du gigacasting est une réponse à l’impact transformateur des batteries automobiles massivement lourdes sur la conception des voitures. À mesure que les véhicules électriques (VE) deviennent 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 l’aluminium, en utilisant des machines de moulage sous pression à haute pression pour produire des châssis et des carrosseries de véhicules entiers.
Le gigacasting a pris une importance considérable en raison de son potentiel de réduction des coûts de fabrication par unité. Contrairement aux méthodes traditionnelles qui impliquent le soudage de nombreuses pièces de carrosserie, le gigacasting permet la création d'un seul module sans joint. Cela permet non seulement d'économiser du temps et de la main-d'œuvre, mais aussi de minimiser les coûts associés au processus de production. De plus, le gigacasting optimise l'espace de l'usine en remplaçant plusieurs robots utilisés dans les processus de soudage par une seule machine hautement efficace. La nature rationalisée et intégrée du gigacasting répond à la demande de méthodes de fabrication plus rapides, plus rentables et plus efficaces en termes d'espace, ce qui en fait une avancée clé dans l'industrie automobile.
Pour concrétiser le gigacasting, Tesla a fait appel 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 appelées jets de liant ont déposé un agent 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 réaliser une validation de conception à un coût nettement inférieur à celui des prototypes métalliques traditionnels.L'utilisation du moulage au sable a permis de réduire le coût du 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 au sable a permis à Tesla d'apporter des ajustements rapides aux prototypes, avec la possibilité d'en réimprimer un nouveau en quelques heures grâce à la technologie d'entreprises comme Desktop Metal et sa filiale ExOne. Le cycle de validation de la conception à l'aide du moulage au sable n'a pris que 2 à 3 mois, ce qui représente une amélioration substantielle par rapport aux 6 mois à un an nécessaires pour les moules en métal.
Le modèle Y a joué un rôle central dans l’histoire du gigacasting, Tesla ayant mis en œuvre cette technique innovante en 2019 pour fabriquer la partie arrière du plancher du véhicule. Le processus de gigacasting du modèle Y impliquait l’utilisation de deux moulages géants servant de soubassement avant et arrière, marquant un écart significatif par rapport à la conception traditionnelle de la carrosserie (monocoque) et contribuant à la rationalisation des processus de fabrication. Cette évolution vers le gigacasting a rapidement pris de l’ampleur, devenant ainsi une norme industrielle.
Dans le processus de production du Model Y, ces deux moulages giga ont remplacé un total de 171 pièces, principalement constituées d'emboutissages de tôles et de quelques pièces moulées plus petites. Cette intégration a permis d'éliminer 1 600 soudures et de retirer 300 robots de la chaîne de montage. Le résultat a été une réduction substantielle des investissements en capital et de l'espace au sol requis. Grâce à ces gains d'efficacité, Tesla a atteint un temps de production impressionnant de 10 heures pour un Model Y, soit environ trois fois plus rapide que les véhicules électriques construits par ses concurrents. L'intégration réussie du moulage giga 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 pièces moulées giga nécessite l'utilisation d'une machine massive appelée 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, ce qui démontre son efficacité dans la production à grande échelle.
Cependant, Tesla a dû faire face à des obstacles importants dans la mise en œuvre de ces moulages à grande échelle. Les alliages d'aluminium utilisés pour le gigacasting se comportent différemment dans les moules en sable par rapport aux moules en métal. Les premiers prototypes ne répondaient pas aux spécifications de Tesla en raison de ces différences de comportement. Pour surmonter ce défi, les spécialistes du moulage ont formulé des alliages spéciaux, peaufiné le processus de refroidissement de l'alliage fondu et développé un traitement thermique post-production. Ces mesures ont été cruciales pour garantir que les gigacastings répondent aux normes requises et puissent 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 fait part de ses plans pour la fabrication d'un nouveau véhicule électrique (VE) plus petit qui coûtera environ 25 000 dollars. La gigafactory de Gruenheide est équipée de la technologie gigapress de Tesla, qui, selon l'entreprise, permettra une production de VE 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 VE Tesla abordables une réalité.
Tous les constructeurs ne sont pas prompts à adopter le gigacasting en raison de plusieurs défis et considérations. L'un des principaux inconvénients est que les véhicules dotés d'un seul soubassement moulé présentent des difficultés de réparabilité. Contrairement aux véhicules traditionnels où les pièces endommagées peuvent être remplacées individuellement, le 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.
De plus, le gigacasting entraîne des coûts de démarrage importants, ce qui peut être dissuasif pour certains fabricants. Le processus introduit également la possibilité de problèmes de distorsion du métal, ce qui ajoute 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 difficultés, certains constructeurs automobiles explorent le gigacasting. Volvo, par exemple, travaille au développement de modèles de véhicules qui utilisent le « mégacasting » pour les éléments de la carrosserie en blanc, intégrant des points de montage pour divers composants. General Motors a également exprimé son intérêt, sa PDG Mary Barra mentionnant la commande par l'entreprise de deux machines « gigapress » en 2022 pour une utilisation potentielle dans des véhicules grand public.
Toyota 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 en flux tendu, 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 pour 2030 soit constituée de véhicules électriques (VE) utilisant une nouvelle architecture modulaire, l’entreprise s’appuiera probablement sur 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 plateformes. Bien qu’elle n’adopte pas le gigacasting, Toyota reconnaît la nécessité d’une reconfiguration pour rester compétitive dans un paysage automobile en constante évolution.
----------Ce article est en partie extrait de CleanTechnica.
