Selon des médias étrangers du 15 septembre citant cinq personnes proches du dossier, le constructeur américain de voitures électriques Tesla a réalisé une avancée technologique en combinant une série d'innovations et devrait couler sous pression le soubassement de sa voiture électrique en une seule fois. Cela pourrait changer la façon dont Tesla construit des véhicules électriques et aider le PDG Elon Musk à atteindre son objectif de réduire de moitié le coût de production des véhicules électriques.
Tesla est la première du secteur à utiliser une machine de moulage sous pression géante avec une pression de 6 000 à 9 000 tonnes, et à utiliser un processus de « milliers de tonnes » pour couler intégralement sous pression les carrosseries avant et arrière du modèle Y. Cette approche réduit considérablement les coûts de production, laissant les concurrents se démener pour rattraper leur retard.
Pour étendre son avance, Tesla est sur le point de lancer une innovation en matière de processus de fabrication qui permettra au soubassement complexe des véhicules électriques d'être moulé sous pression en une seule pièce, plutôt que d'être assemblé à partir d'environ 400 pièces comme les voitures traditionnelles, ont déclaré des sources proches du dossier.
Des sources ont déclaré que cette technologie est au cœur de la stratégie de fabrication « Unboxed Assembly Process » annoncée par Musk en mars de cette année. Il s’agit d’une stratégie clé pour lui de produire des dizaines de millions de véhicules électriques bon marché au cours des 10 prochaines années tout en restant rentable.
Tesla affirme que son modèle de fabrication « prêt à l'emploi » implique la production simultanée de grands modules de la voiture avant de les assembler. Mais les gens spéculent sur la taille et la composition des différents modules de la voiture.
Terry Woychowski, président de la société d'ingénierie américaine Caresoft Global, a déclaré que si Tesla réussissait à mouler le soubassement d'un véhicule électrique en une seule fois, cela bouleverserait certainement encore davantage la façon dont les voitures sont conçues et fabriquées.
Wachowski a travaillé pour le constructeur automobile américain General Motors pendant plus de 30 ans. "C'est un stimulant qui a un impact énorme sur l'industrie automobile, mais c'est une tâche très difficile", a-t-il déclaré. "Le moulage est très difficile à réaliser, en particulier les moulages les plus grands et les plus complexes."
Deux des sources ont déclaré que cette nouvelle technologie de conception et de fabrication de Tesla, inédite, signifie que l'entreprise peut développer une voiture à partir de zéro en 18 à 24 mois, contre trois à quatre ans dont la plupart des concurrents pourraient avoir besoin actuellement.
Si tout se passe bien, la petite voiture électrique de Tesla pourrait utiliser un seul grand châssis combinant les carrosseries et le châssis avant et arrière, ont déclaré cinq personnes proches du dossier. L'entreprise vise à lancer une voiture électrique au prix de 25 000 dollars vers 2025.
Tesla devrait décider dès ce mois-ci si le soubassement du véhicule sera moulé sous pression dans son ensemble, ont indiqué trois sources. Même si l’entreprise continue de faire progresser ce processus de fabrication, le produit final peut changer au cours du processus de vérification de la conception.
Ni Tesla ni Musk n’ont répondu.
Impression 3D etsable industriel
Les avancées technologiques de Tesla se concentrent sur la façon de concevoir et de tester des moules géants pour la production en série de pièces de grande taille, et sur la manière de couler des cadres creux avec des raidisseurs internes pour réduire le poids du véhicule tout en améliorant la résistance aux chocs.
Cinq personnes proches du dossier ont déclaré que les deux innovations avaient été développées en collaboration entre des experts en conception et en moulage au Royaume-Uni, en Allemagne, au Japon et aux États-Unis, en utilisant la technologie d'impression 3D et du sable industriel.
Jusqu'à présent, les constructeurs automobiles ont hésité à lancer des structures de carrosserie plus grandes en raison du « dilemme du casting géant ». Bien que l’utilisation de moules capables de fabriquer des pièces de 1,5 mètre carré ou plus puisse effectivement améliorer l’efficacité de la production, cela est coûteux et comporte d’innombrables risques.
Selon un expert en moulage, une fois qu'un grand moule d'essai métallique est fabriqué, l'ajustement d'une opération d'usinage pendant le processus de conception peut coûter 100 000 dollars, et la refonte d'un moule peut coûter 1,5 million de dollars. Un autre expert a déclaré que l'ensemble du processus de conception d'un grand moule métallique coûte généralement environ 4 millions de dollars.
Des sources affirment que le constructeur automobile considère cela comme inacceptable. En particulier du point de vue multiple du bruit et des vibrations, de l'assemblage et du polissage, de l'ergonomie et de la résistance aux chocs, la conception peut nécessiter six ajustements ou plus pour créer un moule métallique relativement parfait.
Mais des sources ont indiqué que Musk souhaitait trouver un moyen de fondre le soubassement en un seul morceau, malgré les risques.
Pour surmonter ces obstacles, Tesla s'est tourné vers des entreprises qui utilisent des imprimantes 3D et du sable industriel pour créer des moules de test. L'imprimante 3D utilise un fichier de conception numérique d'entrée pour déposer un adhésif liquide sur une fine couche de sable, couche par couche, créant ainsi un moule dans lequel l'alliage fondu peut être coulé.
Des sources ont révélé que le coût du processus de vérification de la conception des prototypes de moules de moulage en sable est le plus bas. Même si plusieurs versions doivent être itérées, cela ne représente que 3 % du coût des prototypes métalliques.
Cela signifie que Tesla peut apporter autant d'ajustements au prototype que nécessaire, en utilisant des machines d'entreprises comme Desktop Metal et sa filiale ExOne pour réimprimer un nouveau prototype en quelques heures.
Deux des sources ont déclaré que le cycle de vérification de la conception des prototypes de moules de moulage en sable ne prend que deux à trois mois, tandis que les prototypes de moules métalliques prennent de six mois à un an.
Alliage spécial
Le sous-châssis du soubassement d'une voiture est généralement creux pour réduire le poids et améliorer la résistance aux chocs. La pratique courante actuelle parmi les constructeurs automobiles consiste à estamper et à souder plusieurs pièces, en laissant des espaces entre les deux.
Pour couler le sous-châssis creux, Tesla prévoit de placer un noyau de sable solide imprimé en 3D dans tout le moule de coulée. Une fois la pièce coulée, le noyau de sable est retiré.
Mais même si Tesla parvient à une plus grande flexibilité face à des cadres et des processus de conception complexes à grande échelle, il reste encore un obstacle majeur à surmonter.
Les alliages d'aluminium utilisés pour produire des pièces moulées se comportent différemment dans les moules en sable et dans les moules métalliques, ne répondant souvent pas aux normes de résistance aux chocs et autres normes de Tesla.
Les experts en moulage ont surmonté le problème en formulant des alliages spéciaux, en affinant le processus de refroidissement de l'alliage fondu et le traitement thermique post-production, ont indiqué trois sources. Une fois que Tesla est satisfaite du prototype de moule, elle peut investir dans la création du moule métallique final pour la production de masse.
Des sources affirment que la prochaine petite voiture électrique de Tesla constitue une excellente opportunité pour construire une plate-forme complète de fabrication de véhicules électriques, principalement en raison de son soubassement plus simple.
La petite voiture électrique que Tesla développe possède un petit capot et un petit coffre, de sorte que les porte-à-faux avant et arrière sont courts.
"D'une certaine manière, c'est comme un navire, un plateau de batterie avec de petites ailes à chaque extrémité. Il est logique de le faire d'une seule pièce", a déclaré une personne proche du dossier.
Cependant, des sources ont déclaré que si Tesla décide de couler le soubassement en une seule pièce, elle doit encore décider quelle machine de moulage sous pression géante utiliser. Le choix déterminera la complexité de la carrosserie.
Des personnes proches du dossier ont déclaré que pour éliminer rapidement des parties de carrosserie aussi volumineuses, Tesla aurait besoin d'une machine de moulage sous pression plus grande avec une pression de 16 000 tonnes ou plus. Cet équipement est plus coûteux et nécessite une plus grande surface d'usine.
Trois des cinq sources ont déclaré qu'un problème causé par la pression accrue sur les machines de moulage sous pression est qu'elles ne peuvent pas accueillir le noyau de sable d'impression 3D requis pour créer le sous-châssis creux.
Des personnes proches du dossier ont déclaré que Tesla pourrait résoudre ces problèmes en utilisant un autre type de machine de moulage sous pression. Cette machine de moulage sous pression injecte lentement un alliage fondu, une méthode qui produit des pièces moulées de meilleure qualité et est également compatible avec les noyaux de sable.
Mais ce processus prend plus de temps.
"Tesla a toujours le choix entre une machine de moulage sous pression à haute pression pour augmenter la productivité, ou une injection à vitesse lente d'alliage fondu pour améliorer la qualité et la polyvalence", a déclaré l'une des sources. "À ce stade, c'est toujours une décision 50-50."