De acordo com relatos da mídia estrangeira em 15 de setembro, citando cinco pessoas familiarizadas com o assunto, a fabricante americana de carros elétricos Tesla alcançou um avanço tecnológico ao combinar uma série de inovações e deverá fundir a parte inferior de seu carro elétrico de uma só vez. Isto poderá mudar a forma como a Tesla constrói veículos eléctricos e ajudar o CEO Elon Musk a atingir o seu objectivo de reduzir para metade o custo de produção de veículos eléctricos.
A Tesla é a primeira na indústria a usar uma máquina de fundição sob pressão gigante com uma pressão de 6.000 a 9.000 toneladas e usa um processo de "nível de mil toneladas" para fundir integralmente as carrocerias dianteira e traseira do Modelo Y. Essa abordagem reduz significativamente os custos de produção, deixando os concorrentes lutando para alcançá-los.
Para expandir sua liderança, a Tesla está prestes a lançar uma inovação no processo de fabricação que permitirá que a complexa parte inferior da carroceria dos veículos elétricos seja fundida em uma única peça, em vez de montada a partir de cerca de 400 peças, como os carros tradicionais, disseram pessoas familiarizadas com o assunto.
Fontes disseram que esta tecnologia é o conteúdo central da estratégia de fabricação “Unboxed Assembly Process” anunciada por Musk em março deste ano. É uma estratégia fundamental para ele produzir dezenas de milhões de veículos elétricos baratos nos próximos 10 anos e ainda assim obter rentabilidade.
A Tesla diz que seu modelo de fabricação “pronto para uso” envolve a produção simultânea de grandes módulos do carro antes de montá-los. Mas as pessoas estão especulando sobre o tamanho e a composição dos vários módulos do carro.
Terry Woychowski, presidente da empresa americana de engenharia Caresoft Global, disse que se a Tesla conseguir moldar com sucesso a parte inferior de um veículo elétrico de uma só vez, isso definitivamente subverterá ainda mais a forma como os carros são projetados e fabricados.
Wachowski trabalhou para a montadora americana General Motors por mais de 30 anos. “É um estimulante e tem um enorme impacto na indústria automotiva, mas é uma tarefa muito desafiadora”, disse ele. "A fundição é muito difícil de fazer, especialmente as peças maiores e mais complexas."
Duas das fontes disseram que esta nova tecnologia de design e fabricação da Tesla, até então não divulgada, significa que a empresa pode desenvolver um carro do zero em 18 a 24 meses, em comparação com os três a quatro anos que a maioria dos rivais pode precisar atualmente.
Se tudo correr bem, o pequeno carro elétrico da Tesla poderá usar uma única estrutura grande que combine as carrocerias dianteira e traseira e o chassi, disseram cinco pessoas familiarizadas com o assunto. A empresa pretende lançar um carro elétrico com preço de US$ 25 mil por volta de 2025.
Espera-se que a Tesla decida ainda este mês se vai fundir a parte inferior do veículo como um todo, disseram três fontes. Mesmo que a empresa continue avançando neste processo de fabricação, o produto final poderá mudar durante o processo de verificação do projeto.
Nem Tesla nem Musk responderam.
Impressão 3D eareia industrial
Os avanços tecnológicos da Tesla concentram-se em como projetar e testar moldes gigantes para a produção em massa de peças de grande porte e em como fundir estruturas ocas com reforços internos para reduzir o peso do veículo e, ao mesmo tempo, melhorar a resistência a colisões.
Cinco pessoas familiarizadas com o assunto disseram que ambas as inovações foram desenvolvidas em colaboração entre especialistas em design e fundição do Reino Unido, Alemanha, Japão e Estados Unidos, utilizando tecnologia de impressão 3D e areia industrial.
Até agora, as montadoras evitaram lançar estruturas de carroceria maiores devido ao "dilema gigante da fundição". Embora o uso de moldes capazes de produzir peças de 1,5 metros quadrados ou maiores possa de fato melhorar a eficiência da produção, é caro e envolve inúmeros riscos.
De acordo com um especialista em fundição, uma vez feito um grande molde de teste de metal, pode custar US$ 100.000 para ajustar uma operação de usinagem durante o processo de projeto, e pode custar US$ 1,5 milhão para refazer um molde. Outro especialista disse que todo o processo de design de um grande molde de metal geralmente custa cerca de US$ 4 milhões.
Fontes dizem que a montadora considera isso inaceitável. Especialmente nas múltiplas perspectivas de ruído e vibração, montagem e polimento, ergonomia e resistência a colisões, o projeto pode exigir seis ou mais ajustes para criar um molde de metal relativamente perfeito.
Mas fontes disseram que Musk queria encontrar uma maneira de moldar a parte inferior da carroceria inteira, apesar dos riscos.
Para superar esses obstáculos, a Tesla recorreu a empresas que utilizam impressoras 3D e areia industrial para criar moldes de teste. A impressora 3D usa um arquivo de design digital de entrada para depositar um adesivo líquido em uma fina camada de areia, camada por camada, construindo um molde no qual a liga fundida pode ser fundida.
Fontes revelaram que o custo do processo de verificação de projeto para protótipos de moldes de fundição em areia é o mais baixo. Mesmo que várias versões precisem ser iteradas, isso representa apenas 3% do custo dos protótipos de metal.
Isso significa que a Tesla pode fazer quantos ajustes forem necessários no protótipo, usando máquinas de empresas como a Desktop Metal e sua subsidiária ExOne para reimprimir um novo protótipo em questão de horas.
Duas das fontes disseram que o ciclo de verificação do projeto para protótipos de moldes de fundição em areia leva apenas dois a três meses, enquanto os protótipos de moldes metálicos levam de seis meses a um ano.
Liga especial
O chassi auxiliar da parte inferior da carroceria de um carro geralmente é oco para reduzir o peso e melhorar a resistência a colisões. A prática comum atual entre os fabricantes de automóveis é estampar e soldar múltiplas peças, deixando espaços entre elas.
Para fundir a subestrutura oca, a Tesla planeja colocar um núcleo de areia sólida impresso em 3D em todo o molde de fundição. Depois que a peça é fundida, o núcleo de areia é removido.
Mas mesmo que a Tesla consiga maior flexibilidade face a estruturas e processos de design complexos em grande escala, ainda há um grande obstáculo que precisa de ser resolvido.
As ligas de alumínio usadas para produzir peças fundidas se comportam de maneira diferente em moldes de areia e moldes de metal, muitas vezes falhando em atender aos padrões de resistência à colisão da Tesla e outros padrões.
Especialistas em fundição superaram o problema formulando ligas especiais, ajustando o processo de resfriamento da liga fundida e o tratamento térmico pós-produção, disseram três fontes. Assim que a Tesla estiver satisfeita com o protótipo do molde, ela poderá investir na criação do molde metálico final para produção em massa.
Fontes dizem que o próximo carro elétrico pequeno da Tesla é uma grande oportunidade para construir uma plataforma completa de fabricação de veículos elétricos, principalmente por causa de sua parte inferior mais simples.
O pequeno carro elétrico que a Tesla está desenvolvendo tem um capô pequeno e um porta-malas pequeno, de modo que as saliências dianteira e traseira são curtas.
“De certa forma, é como um navio, uma bandeja de bateria com pequenas asas em cada extremidade. Faz sentido torná-lo uma peça única”, disse uma pessoa familiarizada com o assunto.
No entanto, fontes disseram que se a Tesla decidir fundir a parte inferior da carroceria inteira, ela ainda precisará decidir qual máquina gigante de fundição usar. A escolha determinará a complexidade da estrutura do corpo.
Pessoas familiarizadas com o assunto disseram que, para eliminar rapidamente partes tão grandes do corpo, a Tesla precisará de uma máquina de fundição sob pressão maior, com pressão de 16.000 toneladas ou superior. Este equipamento é mais caro e requer uma área fabril maior.
Três das cinco fontes disseram que um problema causado pelo aumento da pressão nas máquinas de fundição sob pressão é que elas não conseguem acomodar o núcleo de areia de impressão 3D necessário para criar a subestrutura oca.
Pessoas familiarizadas com o assunto disseram que a Tesla poderia resolver esses problemas usando um tipo diferente de máquina de fundição sob pressão. Esta máquina de fundição sob pressão injeta lentamente liga fundida, um método que produz peças fundidas de maior qualidade e também é compatível com núcleos de areia.
Mas esse processo leva mais tempo.
“A Tesla ainda tem a opção de uma máquina de fundição sob pressão de alta pressão para aumentar a produtividade ou uma injeção de liga fundida em baixa velocidade para melhorar a qualidade e versatilidade”, disse uma das pessoas. “Neste ponto, ainda é uma decisão 50-50.”