Le giga-casting Tesla révolutionne l’industrie automobile

Le constructeur américain Tesla a réalisé un certain nombre d’innovations qui pourraient désormais conduire à une avancée technique dans la production de ses voitures électriques . Selon le service d’information Reuters, l’entreprise pourrait ainsi parvenir à réduire de moitié ses coûts de production.

Le grand projet d’Elon Musk : « Unboxed »

En mars dernier, le fondateur de Tesla, Elon Musk, a présenté son projet visant à produire en grand nombre et à moindre coût des voitures électriques au cours des dix prochaines années, tout en réalisant des bénéfices.

La nouvelle stratégie de fabrication « unboxed » est au cœur de ce projet : la voiture est divisée en quelques sous-ensembles, qui sont ensuite assemblés selon le principe modulaire. On ne sait toujours pas exactement à quoi ressembleront et seront assemblés les modules individuels de Tesla à l’avenir. Afin de produire les sous-ensembles respectifs avec le moins d’effort possible, Tesla travaille sur un nouveau procédé.

Le « Giga-casting » comme nouveau procédé d’industrie automobile

Tesla fait partie des pionniers depuis un certain temps déjà et a développé un nouveau procédé de production moins cher pour ses pièces automobiles : ce qu’on appelle le « giga casting ». À l’aide d’énormes presses avec une pression de serrage de 6 000 à 9 000 tonnes, de grandes pièces sont pressées ou formées d’une seule pièce.

L’entreprise produisait déjà les parties avant et arrière du Model Y à des coûts de production inférieurs. Selon Reuters, l’entreprise travaille également à couler le soubassement des voitures électriques en une seule pièce, qui se compose généralement d’environ 400 pièces individuelles.

Si Tesla réussit cette étape et que la majeure partie du soubassement d’une voiture électrique sera à l’avenir constituée d’une seule pièce, cela modifiera considérablement la production automobile, estime Terry Woychowski, qui a travaillé pour le constructeur automobile américain GM pendant plus de trois décennies :

« Cela a un impact énorme sur l’industrie, mais c’est une tâche très exigeante. Les pièces moulées sont très difficiles à réaliser, surtout les plus grandes et les plus compliquées. »

Terry Woychowski, président de la société d’ingénierie américaine Caresoft Global

Giga-casting : Rapide et pas cher ?

Une voiture entièrement nouvelle dans 18 à 24 mois, c’est à quelle vitesse les nouvelles techniques de conception et de fabrication de Tesla devraient permettre de développer des véhicules à l’avenir. Par rapport à la plupart des autres constructeurs automobiles, qui mettent jusqu’à quatre ans pour y parvenir, cela constituerait un énorme pas en avant.

Les voitures électriques de Tesla pourraient alors être construites avec un seul et grand châssis combinant les parties avant et arrière avec le soubassement central abritant la batterie. D’ici le milieu de la décennie, ces voitures pourraient être commercialisées pour environ 24 000 euros, selon des sources du renseignement.

Le « dilemme Gigacast »

Jusqu’à présent, selon Reuters, les constructeurs automobiles ont évité le « dilemme du gigacast » lorsqu’ils coulaient des structures de plus en plus grandes, car la fabrication de moules pour des pièces de très grande surface augmente l’efficacité mais coûte cher et implique d’innombrables risques.

L’un de ces risques est que les processus de changement de moule peuvent devenir très coûteux. Une fois qu’un grand moule d’essai métallique est réalisé, les ajustements pendant le processus de conception peuvent coûter jusqu’à 95 000 euros par pièce. La refonte complète du moule pourrait coûter jusqu’à 1,4 million d’euros, tandis que l’ensemble du processus de conception d’un grand moule métallique coûte généralement environ 3,8 millions d’euros.

Par conséquent, d’autres constructeurs automobiles ont considéré cette voie comme trop coûteuse dans le passé, d’autant plus qu’une conception nécessite généralement de nombreuses modifications pour obtenir une forme parfaite en termes de bruit, de vibrations, d’ajustement, de fabrication et de résistance aux chocs. La construction d’un véhicule à partir de pièces moulées de grande taille doit également être optimisée en termes de sécurité en cas d’accident et de poids. Par exemple, des faux-châssis creux comme nervures de véhicule peuvent constituer une solution.

Tesla implique des constructeurs étrangers dans son projet giga-casting

Pour concevoir et tester les moules des grandes pièces destinées à la production de masse, Tesla a travaillé avec des spécialistes de la conception et du moulage en Grande-Bretagne, en Allemagne, au Japon et aux États-Unis.

Selon des sources de Reuters, l’impression 3D et du sable industriel ont été utilisés pour les prototypes. À l’aide d’un fichier de conception numérique, des imprimantes spéciales, appelées jets de liant, appliquent un liant liquide sur une fine couche de sable, construisant ainsi couche par couche un moule dans lequel les alliages fondus peuvent être versés.

Selon Reuters, avec cette technologie de moulage au sable, le coût du processus de validation de la conception, qui ne prend que deux à trois mois, est minime, même pour plusieurs versions. Tesla retravaille donc les prototypes aussi souvent que nécessaire et peut les réimprimer en quelques heures à l’aide de machines d’entreprises comme Desktop Metal et sa filiale ExOne.

Afin de produire les nervures creuses susmentionnées dans le véhicule pour réduire le poids et accroître la sécurité en cas d’accident, plusieurs pièces sont actuellement poinçonnées et soudées ensemble dans les véhicules conventionnels, laissant un espace creux au milieu. Tesla prévoit son propre processus pour produire les sous-châssis avec des cavités dans le cadre d’un giga casting. Des noyaux de sable solides, imprimés par les buses, sont placés dans la forme globale. Une fois la pièce coulée, le sable est retiré pour laisser les vides.

En plus des changements mentionnés, Tesla a également dû développer son propre alliage pour concevoir les prototypes, car les alliages d’aluminium utilisés pour fabriquer les pièces moulées se comportaient différemment dans les moules en sable et en métal. De plus, ils ne répondaient souvent pas aux critères de Tesla, notamment en termes de sécurité. Ce problème a été surmonté en affinant le processus de refroidissement de l’alliage fondu ainsi qu’en développant un traitement thermique post-production, selon Reuters.

Du prototype à la forme métallique

Une fois que Tesla sera satisfaite de la forme du prototype, l’entreprise pourra investir dans un moule métallique final pour la production en série. Selon des sources de Reuters , la prochaine petite voiture de Tesla serait idéale à cet effet grâce à une conception de châssis simple, sans capot ni coffre.

La décision quant à savoir quel Gigapress sera finalement utilisé à l’avenir est encore en suspens. Afin de produire rapidement des pièces de carrosserie aussi volumineuses, Tesla aurait besoin de nouvelles gigapresses plus grandes, dotées d’une force de serrage massive de 16 000 tonnes ou plus, ce qui coûterait cher, nécessiterait des bâtiments d’usine plus grands et présenterait son propre ensemble de défis techniques.

La question de savoir quand et comment le gigacasting pourra être mis en œuvre à l’avenir reste passionnante.