特斯拉3D打印砂型模具，助力一体化压铸降本增效

2023年9月，路透社日前报道称，特斯拉在一体化压铸上取得技术突破。通过这项技术，特斯拉可将电动汽车几乎所有复杂车身底部零件压铸成一个整体，而非仅压铸约400个零部件。该技术将令特斯拉生产成本减半，或改变传统的电动汽车制造方式。

消息人士表示，全新的制造技术意味着可以在18至24个月内从头开始开发一款汽车，而目前大多数竞争对手需要3至4年的时间。

这种看似简单的材料选择转变可能会改变整个行业的游戏规则。传统的金属模具改造起来既昂贵又耗时。例如，仅仪表板模具的成本就在 100,000 美元到 150,000 美元之间，而保险杠模具的成本可能在 50,000 美元到 100,000 美元之间。发动机部件模具的起价约为 20,000 美元，最高可达 80,000 美元或更高，具体取决于复杂程度和材料。

这些模具设计中的一次调整可能花费高达 100,000 美元。但当从头开始创建一个全新的模具时，成本可能飙升至 150 万美元，特别是对于汽车底部等大型复杂结构。像这样的天价数字需要详细的设计工作、专门的机械和劳动力、满足质量和安全标准的严格测试以及铸造所需的耐用材料的成本。如此高的成本使得特斯拉对3D打印砂模的探索成为汽车制造业潜在的革命性发展。

相比之下，3D 打印砂模提供了更加灵活且更具成本效益的解决方案。工程师可以使用数字设计文件和 3D 打印机轻松修改设计，并且可以在数小时内以极低的成本打印出新的砂模。这极大地将设计验证周期从长达一年缩短至两到三个月，从而实现更快速的创新和调整。

特斯拉正在计划推出售价约为2.5万美元的平价电动汽车，该车型或将使用一个大型铸件框架，将车头、车尾以及装有电池的车身底部结合在一起。特斯拉预计最早将于本月就是否将整个平台压铸成一体做出决定，最终产品仍可能在设计验证过程中发生变化。

9月17日，特斯拉全球第500万辆整车在上海超级工厂下线。全新的一体化压铸技术是特斯拉在未来十年生产数千万辆平价的电动汽车并实现盈利的关键。

该技术也是马斯克今年三月公布的最新汽车装配系统“拆解组装流程”的核心。特斯拉称，全新的装配方式可将电动汽车的生产成本降低50%，同时将工厂空间减少40%。

近年来，全球多家汽车制造商加快对一体化压铸技术的应用。尽管福特F150的制造就曾采用该技术，但业界公认真正引领这一变革的是特斯拉Model Y的量产。蔚来、小鹏、理想等造车新势力以及长城、奔驰、沃尔沃等传统品牌已经追随特斯拉的脚步采用这一技术。

特斯拉在制造环节的降本增效并未止步于Model Y。为生产平价车型，马斯克仍在不断优化产线。报道指出，特斯拉本次取得的突破集中在两个方面，其一在于如何设计和测试用于大规模生产的巨型模具。

对于汽车制造商而言，一体化压铸更大的部件虽然能够提高生产效率，但研发成本相当高昂。铸造专家认为，大型金属模具的整个设计过程通常需要花费约400万美元，这一过程往往需要重复六次甚至更多才能达到完美状态。

为此，特斯拉使用3D打印机用工业砂制作测试模具。打印机将液体粘合剂沉积到薄薄的沙层上，并逐层构建可以压铸熔融合金的模具。消息人士称，砂型铸造的设计验证过程成本是现有方案中最低的，仅为金属原型的3%。

这一方案的优势还体现在节约开发时间。由于3D打印机在数小时内便可打印出新原型，特斯拉可以根据设计需要进行反复调整。消息人士称，使用砂型铸造的设计验证周期仅需2至3个月，而金属模具原型则需要6至12个月。

另一重突破在于铸件如何将带有内部肋的空心副车架结合以减轻重量并提高耐撞性。汽车底部的副车架通常是空心的，由多个部件冲压、焊接制成，中间留有空隙。

为将副车架作为超级铸造的一部分，特斯拉原本试图放置实心砂芯在模具内以制造空间，但由于生产铸件的铝合金在砂模和金属模表现不同，计划因无法满足耐撞性标准而流产。

消息人士称，铸造专家已经通过配制特殊合金、微调熔融合金冷却过程以及生产后热处理克服了这一问题。若特斯拉对原型模具感到满意，即可进行大规模生产。

目前，特斯拉正在开发供个人使用以及用于自动驾驶出租车（Robotaxi）的两种小型汽车。消息人士认为，这些车型的底部构造较为简单，为特斯拉新技术上车提供机会。

值得注意的是，如果特斯拉一体化压铸车身底部的规划成真，公司必须决定使用何种压铸机，这一决定将对车身框架的复杂程度产生影响。为压铸大型部件，特斯拉需要的压铸机锁模力应不低于1.6万吨，后者价格更为高昂且占据更大厂房空间。

然而，强劲的锁模力无法容纳制造空心副框架所需的3D打印砂芯。消息人士表示，特斯拉可以通过使用不同类型的压铸机来解决这一问题。另一种压铸机可以将熔融合金缓慢注入，在容纳砂芯的同时生产出更高质量的铸件，但这一过程需要耗费更多时间。

特斯拉将一体化压铸技术引入汽车制造，并引发多家汽车公司效仿。

中国的砂型3D打印公司

在中国，砂型3D打印其实已经非常成熟，并且已经有一定的应用规模。例如三帝科技、峰华卓立、共享集团、爱司凯等，其砂型3D打印机已经应用于铸造行业多年。