15일 외신 보도에 따르면 이 문제에 정통한 5명의 말을 인용해 미국 전기차 제조사 테슬라가 일련의 혁신을 결합해 기술적 혁신을 이뤄냈고, 전기차 하부를 단번에 다이캐스트할 것으로 예상된다. 이는 Tesla가 전기 자동차를 만드는 방식을 바꾸고 CEO Elon Musk가 전기 자동차 생산 비용을 절반으로 줄인다는 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.
Tesla는 업계 최초로 압력 6,000~9,000톤에 달하는 대형 다이캐스팅 기계를 사용하고, '천톤급' 공정을 사용해 모델Y의 전면과 후면 차체를 일체형으로 다이캐스팅합니다. 이러한 접근 방식으로 생산 비용이 크게 절감되어 경쟁업체가 앞다퉈 따라잡을 수 없게 되었습니다.
테슬라는 주도권을 확대하기 위해 전기 자동차의 복잡한 차체 하부를 기존 자동차처럼 약 400개의 부품으로 조립하는 대신 일체형으로 다이캐스트할 수 있는 제조 공정 혁신을 곧 시작할 예정이라고 이 문제에 정통한 소식통이 말했습니다.
소식통은 이 기술이 머스크가 올해 3월 발표한 'Unboxed Assembly Process' 제조 전략의 핵심 내용이라고 전했다. 향후 10년 안에 저렴한 전기차 수천만 대를 생산하면서도 여전히 수익성을 달성하는 것이 그의 핵심 전략이다.
Tesla는 자사의 "즉시 사용 가능한" 제조 모델에 자동차의 대형 모듈을 조립하기 전에 동시에 생산하는 것이 포함된다고 밝혔습니다. 하지만 사람들은 자동차에 장착된 다양한 모듈의 크기와 구성에 대해 추측하고 있습니다.
미국 엔지니어링 회사 케어소프트 글로벌(Caresoft Global)의 테리 워이초스키(Terry Woychowski) 사장은 테슬라가 전기 자동차의 하부를 단번에 성공적으로 주조할 수 있다면 자동차 설계 및 제조 방식을 더욱 전복시킬 것이라고 말했습니다.
워쇼스키는 미국 자동차 제조사인 제너럴 모터스(GM)에서 30년 이상 근무했습니다. "이것은 자극제이며 자동차 산업에 큰 영향을 미치지만 매우 어려운 작업입니다."라고 그는 말했습니다. "캐스팅은 하기가 매우 어렵습니다. 특히 더 크고 복잡한 캐스팅의 경우 더욱 그렇습니다."
소식통 중 두 명은 이전에 보고되지 않은 Tesla의 새로운 설계 및 제조 기술은 회사가 현재 대부분의 경쟁업체가 필요로 하는 3~4년에 비해 회사가 처음부터 18~24개월 안에 자동차를 개발할 수 있음을 의미한다고 말했습니다.
모든 것이 순조롭게 진행된다면 테슬라의 소형 전기차는 전면과 후면 차체, 섀시를 결합한 하나의 대형 프레임을 사용할 수 있다고 이 문제에 정통한 5명이 말했습니다. 회사는 2025년경 25,000달러 가격의 전기 자동차를 출시하는 것을 목표로 하고 있습니다.
세 소식통에 따르면 테슬라는 이르면 이달 초 차량 하부 전체를 다이캐스트할지 여부를 결정할 것으로 예상된다. 회사가 이러한 제조 공정을 지속적으로 고도화하더라도 설계 검증 과정에서 최종 제품이 변경될 수 있습니다.
Tesla와 Musk 모두 응답하지 않았습니다.
3D 프린팅과공업용 모래
Tesla의 기술 혁신은 대형 부품의 대량 생산을 위한 거대 금형을 설계 및 테스트하는 방법, 내부 보강재가 포함된 중공 프레임을 다이캐스트하여 차량 무게를 줄이면서 충돌 저항을 향상시키는 방법에 중점을 두고 있습니다.
이 문제에 정통한 5명의 관계자는 두 혁신 모두 3D 프린팅 기술과 산업용 모래를 사용하여 영국, 독일, 일본, 미국의 디자인 및 주조 전문가 간의 협력을 통해 개발되었다고 말했습니다.
지금까지 자동차 제조사들은 '거대한 캐스팅 딜레마' 때문에 더 큰 차체 구조를 캐스팅하는 것을 꺼려왔습니다. 1.5제곱미터 이상의 부품을 만들 수 있는 금형을 사용하면 실제로 생산 효율성을 높일 수 있지만 비용이 많이 들고 수많은 위험이 따릅니다.
한 주조 전문가에 따르면 대형 금속 테스트 금형이 만들어지면 설계 과정에서 가공 작업을 조정하는 데 10만 달러가 들고, 금형을 다시 만드는 데 150만 달러가 들 수 있습니다. 또 다른 전문가는 대형 금형의 전체 설계 과정에 보통 400만 달러 정도가 든다고 말했다.
소식통에 따르면 자동차 제조업체는 이를 용납할 수 없다고 생각합니다. 특히 소음 및 진동, 조립 및 연마, 인체공학 및 내충격성의 다양한 관점에서 볼 때 상대적으로 완벽한 금속 주형을 만들기 위해서는 설계에 6가지 이상의 조정이 필요할 수 있습니다.
그러나 소식통에 따르면 머스크는 위험에도 불구하고 차체 하부를 하나로 묶는 방법을 찾고 싶어했습니다.
이러한 장애물을 극복하기 위해 Tesla는 3D 프린터와 산업용 모래를 사용하여 테스트 금형을 만드는 회사에 눈을 돌렸습니다. 3D 프린터는 입력 디지털 설계 파일을 사용하여 모래의 얇은 층에 액체 접착제를 층별로 도포하여 용융된 합금을 주조할 수 있는 주형을 만듭니다.
소식통에 따르면 사형 주조 금형 프로토타입의 설계 검증 프로세스 비용이 가장 낮습니다. 여러 버전을 반복해야 하는 경우에도 금속 프로토타입 비용의 3%에 불과합니다.
이는 Tesla가 Desktop Metal 및 자회사 ExOne과 같은 회사의 기계를 사용하여 몇 시간 만에 새로운 프로토타입을 재인쇄함으로써 프로토타입을 필요한 만큼 조정할 수 있음을 의미합니다.
소식통 중 2명은 사형 주조 금형 프로토타입의 설계 검증 주기가 2~3개월밖에 걸리지 않는 반면, 금속 금형 프로토타입은 6개월~1년이 걸린다고 말했습니다.
특수합금
자동차 하부의 서브프레임은 일반적으로 무게를 줄이고 충돌 성능을 향상시키기 위해 속이 비어 있습니다. 현재 자동차 제조업체의 일반적인 관행은 여러 부품을 스탬핑하고 용접하여 그 사이에 간격을 두는 것입니다.
속이 빈 서브프레임을 주조하기 위해 Tesla는 주조 금형 전체에 3D 프린팅된 단단한 모래 코어를 배치할 계획입니다. 부품이 주조되면 모래 코어가 제거됩니다.
그러나 Tesla가 복잡한 대규모 프레임워크와 설계 프로세스에 직면하여 더 큰 유연성을 달성하더라도 여전히 해결해야 할 큰 장애물이 있습니다.
주물을 생산하는 데 사용되는 알루미늄 합금은 모래 주형과 금속 주형에서 다르게 작동하여 Tesla의 충돌 내구성 및 기타 표준을 충족하지 못하는 경우가 많습니다.
주조 전문가들은 특수 합금 제조, 용융 합금 냉각 공정 미세 조정, 생산 후 열처리를 통해 문제를 극복했다고 세 소식통은 말했습니다. Tesla가 금형 프로토타입에 만족하면 대량 생산을 위한 최종 금형 제작에 투자할 수 있습니다.
소식통에 따르면 Tesla가 곧 출시할 소형 전기 자동차는 차체 하부가 더 단순하기 때문에 완전한 전기 자동차 제조 플랫폼을 구축할 수 있는 좋은 기회라고 합니다.
테슬라가 개발 중인 소형 전기차는 후드와 트렁크가 작아 앞뒤 오버행이 짧다.
이 문제에 정통한 한 관계자는 "어떤 면에서는 양 끝에 작은 날개가 달린 배터리 트레이인 배와 같다"고 말했다.
그러나 소식통에 따르면 Tesla가 차체 하부를 일체형으로 다이캐스팅하기로 결정하더라도 어떤 대형 다이캐스팅 기계를 사용할지는 여전히 결정해야 합니다. 선택에 따라 차체 프레임의 복잡성이 결정됩니다.
이 문제에 정통한 소식통은 이렇게 큰 차체 부위를 빠르게 찍어내기 위해서는 테슬라가 16,000톤 이상의 압력을 가하는 더 큰 다이캐스팅 기계가 필요할 것이라고 말했다. 이 장비는 가격이 더 비싸고 더 큰 공장 면적이 필요합니다.
5명의 소식통 중 3명은 다이캐스팅 기계에 가해지는 압력 증가로 인해 발생하는 한 가지 문제는 속이 빈 서브프레임을 만드는 데 필요한 3D 프린팅 샌드 코어를 수용할 수 없다는 점이라고 말했습니다.
이 문제에 정통한 사람들은 Tesla가 다른 유형의 다이캐스팅 기계를 사용하여 이러한 문제를 해결할 수 있다고 말했습니다. 이 다이캐스팅 기계는 용융된 합금을 천천히 주입하는데, 이는 고품질의 주조물을 생산하고 샌드 코어와도 호환되는 방법입니다.
하지만 이 과정은 시간이 더 오래 걸립니다.
관계자 중 한 명은 "테슬라는 여전히 생산성을 높이기 위해 고압 다이캐스팅 기계를 선택하거나 품질과 다용성을 향상시키기 위해 용융 합금을 저속 주입하는 방법을 선택하고 있습니다"라고 말했습니다. "현 시점에서는 여전히 50대 50의 결정이다."