Warum integriert Druckgießen ist ein Entwicklungstrend

Treibende Kraft 1: Gewichtsreduzierung

Vor dem Hintergrund des Dual-Carbon-Konzepts ist die Leichtbauweise ein wichtiger Trend in der Automobilindustrie. Nach Angaben der International Aluminum Association besteht bei Kraftstofffahrzeugen eine positive Korrelation zwischen Gewicht und Kraftstoffverbrauch. Jede Verringerung des Fahrzeuggewichts um 100 kg kann etwa 0,6 l Kraftstoff pro hundert Kilometer einsparen und die CO2-Emissionen um 800-900 g verringern. Bei Elektrofahrzeugen ist das Gewicht positiv mit dem Stromverbrauch korreliert. Wenn das Gewicht des Fahrzeugs um 10 kg sinkt, kann die Reichweite eines reinen Elektrofahrzeugs um 2,5 km erhöht werden.

Aluminiumlegierungen haben ein hervorragendes, umfassendes Kosten-Nutzen-Verhältnis und sind die bevorzugten Werkstoffe für den Fahrzeugleichtbau. Auf Aluminiumlegierungen entfallen 64% des Marktes für Leichtbauwerkstoffe, womit sie derzeit der wichtigste Leichtbauwerkstoff sind.

Die Anwendung der integrierten Druckguss trägt zur Gewichtsreduzierung bei. So konnte beispielsweise das Gewicht der hinteren Bodengruppe des Tesla Model Y, die im integrierten Druckgussverfahren hergestellt wurde, um 30% reduziert werden. Mit den Fortschritten der integrierten Druckgusstechnologie wird erwartet, dass die Anwendung von Druckguss aus Aluminiumlegierungen bei Karosserie- und Fahrwerkskomponenten sowie bei Batteriegehäusen allmählich zunimmt, wodurch der Wert von Druckguss aus Aluminiumlegierungen pro Fahrzeug steigt.

Treibende Kraft 2: Verbesserung der Effizienz

Im Vergleich zu bestehenden Produktionsprozessen sind integrierte Druckguss erhöht die Produktionseffizienz durch Vereinfachung der Produktionsprozesse und Verbesserung der Zykluszeiten. Große Druckgießmaschinen können einen Gießvorgang in weniger als zwei Minuten abschließen, bei einer Zykluszeit von 80-90 Sekunden. Dies ermöglicht die Produktion von 40-45 Gussteilen pro Stunde und bis zu 1000 Gussteilen pro Tag. Im Gegensatz dazu würden herkömmliche Verfahren, bei denen 70 Teile gestanzt und geschweißt werden, um ein Bauteil zusammenzusetzen, mindestens zwei Stunden in Anspruch nehmen, so dass mehrere parallele Fertigungsstraßen erforderlich wären, um den Produktionsrhythmus einzuhalten.

Treibende Kraft 3: Kostenreduzierung

Teslas bahnbrechende Verwendung des integrierten Druckgusses für die hintere Bodengruppe senkte die Herstellungskosten um 40%. Diese Kostensenkung ist in erster Linie auf Folgendes zurückzuführen:

• Geringere Produktionskosten: Beim integrierten Druckguss werden mehrere Komponenten zu einer einzigen zusammengefasst, wodurch die Notwendigkeit zahlreicher Formen und Peripheriegeräte in herkömmlichen Produktionsverfahren entfällt.
• Geringere Grundstückskosten: Eine große Druckgussmaschine nimmt nur 100 Quadratmeter ein, was zu einer Verringerung der Fabrikfläche um 30% führt, nachdem Tesla große Druckgussmaschinen eingeführt hat.
• Geringere Arbeitskosten: Ein typischer Schweißbetrieb benötigt 200-300 Mitarbeiter am Fließband, während der integrierte Druckguss diese Zahl auf ein Zehntel der ursprünglichen Belegschaft reduzieren kann.

Technologische Hemmnisse für den integrierten Druckguss

1. Werkstoff: Wärmebehandelbare Aluminium-Legierungen

Das integrierte Druckgießen beruht auf wärmebehandelbaren Aluminiumlegierungen. Der Grund dafür ist, dass integrierte Druckgussteile relativ große Projektionsflächen haben und aus zahlreichen kleinen Teilen bestehen, die in ein einziges großes Bauteil integriert sind. Die Wärmebehandlung ist ein wirksames Mittel, um die mechanischen Eigenschaften von Druckgussteilen zu gewährleisten. Allerdings kann die Wärmebehandlung zu Maßverformungen und Oberflächenfehlern bei Automobilteilen führen, was bei großen integrierten Bauteilen ein erhebliches Kostenrisiko darstellt. Daher dürften nicht wärmebehandelbare Werkstoffe die beste Wahl für die Einführung der integrierten Druckgusstechnologie sein.

2. Ausrüstung: Große Druckgießmaschinen

Das integrierte Druckgießen stellt hohe Anforderungen an die Schließkräfte der Druckgießmaschinen. Maßgeschneiderte Druckgießmaschinen sind mit technologischen Hindernissen bei der Konstruktion und Entwicklung sowie mit relativ hohen Investitionskosten verbunden. Teslas integrierte Druckgießen Maschine, die Giga Press, wurde gemeinsam von Tesla und dem Druckgießmaschinenhersteller IDRA Group entwickelt, wobei sowohl die Hardware als auch die Softwareentwicklung und -herstellung eine große Rolle spielten. Zusätzlich zu den technologischen Hindernissen bei der kundenspezifischen Konstruktion und Entwicklung von Druckgießmaschinen erfordert der hohe Preis integrierter Druckgießmaschinen Skaleneffekte aus der Großserienproduktion, um die umfassenden Kosten für Druckgießmaschinen und -formen zu amortisieren.

3. Die Produktion: Verfahren und Formen

• Hemmnisse für das Druckgießverfahren: Die Produktionsverfahren wirken sich auf den Ertrag der Produkte aus. Da die Technologie des integrierten Druckgusses noch in den Kinderschuhen steckt, benötigen die Druckgusshersteller reiche Erfahrung und eine technologische Akkumulation bei den Produktionsprozessen, um eine hohe Ausbeute bei der Massenproduktion zu gewährleisten.
• Hindernisse für die Produktion von Großformen: Integriert Druckgießen Teile haben komplexe Strukturen, hohe Herstellungskosten und lange Vorbereitungszyklen, was höhere Anforderungen an die Herstellung von Druckgießformen stellt. Einige Tier-1-Druckgusshersteller sind nicht in der Lage, eigenständig große Formen zu entwerfen.