特斯拉暫停研發的一體化壓鑄技術，其他車廠卻準備跟進？
自從特斯拉率先將一體化壓鑄技術應用於車身結構件後，包括蔚來、高合、小鵬、Volvo、豐田、極氪等多家汽車公司紛紛跟進。一體化壓鑄技術一時間成為顯學，不但能節省成本、增加車體剛性，還能因為節省材料而減輕重量，這對於整個汽車工業來說是個革命性的製造技術，但路透卻在不久前報導特斯拉將放棄鑽研新的一體化壓鑄技術，這又是為什麼？
一體化壓鑄技術的簡單原理，其實是利用超大型壓鑄機將熔融的鋁合金注入模具中，形成單一大部件，減少沖壓不同部件在焊接或鉚接組合的工法，此等工法將傳統數百個小部件組合的車體結構簡化為幾個大部件，理論上可以加快汽車製造速度、大幅度降低成本。特斯拉使用這種技術壓鑄出車身幾個大部件後再組合，大幅度減少了裝配的時零組部件的時間。路透報導特斯拉所放棄的是下一代技術，直接將整台車身一體化壓鑄完畢的技術。
特斯拉的發展歷程
在 2020 年 9 月，特斯拉公布 Model Y 的後地板成功採用一體化壓鑄技術，可將下車體的總重降低 30%、製造成本也降低了 40%。由於一體化壓鑄技術減少了車身需要組裝的零件、同時大幅減少了需開發的模具數量，降低了模具開發的複雜性與成本，這種做法也讓特斯拉快速製造出車身造型、快速進行測試與改進，進而縮短新車的開發時間。特斯拉聲稱他們能在 18 至 24 個月內開發出一款新車，而傳統車廠則需要 3 到 4 年。
而在 2023 年、專門公布新戰略的特斯拉投資日上，特斯拉進一步發表了一體化壓鑄的 2.0 版本，一種被稱為 Unboxed 的技術。該技術將整個車身部件直接簡化為六大模組、先分別生產不同的模組再直接將六個模組組合在一起、感覺就像是組裝一個箱子，因而被稱做 Unboxed，與傳統需要超過數千塊零部件組合的車體不同，這種高度集成的工法不但能夠輕量化車體、同時也能大幅縮短造車時間、節約人力，讓製造成本更低。這個技術能讓特斯拉減少 40% 的工廠員工、同時所需要的時間也減少 30%，組裝費用更是目前 Model 3 與 Model Y 的一半。
▲ Unboxed 技術。（Source：Youtube ）
當然，一個比起傳統車廠更像科技公司的特斯拉，下一個進展所有人都能想像到──那就是直接將汽車的底盤零件一次性壓鑄成形，目標是徹底利用這樣的工法簡化製造流程、並藉此降低成本。根據路透社報導，該技術原本是用於特斯拉計劃開發的全新小型車輛平台──似乎很容易就能讓人想像到，這似乎就是真正特斯拉原本想開發的新底盤 Model 2，似乎能夠很明顯地將被放棄的新技術與「原本要開發的」新車連結在一起。但特斯拉目前已經放棄了這個技術，轉而重新投入只用三件式鑄造車身底盤、對特斯拉而言較為成熟的工法。
特斯拉是最大的壓鑄機玩家之一
要一口氣壓鑄原本由 400 塊零件組合而成的底盤，特斯拉除了需要打造更龐大的壓鑄機外，還需要全面性地提升相關的技術水準才能使用如此龐大的機器。例如用於 Model Y 車身部件的壓鑄機鎖模力為 6,000 噸級，而最大鎖模力的 9,000 噸級壓鑄機則專為 Cybertruck 打造，這些壓鑄機通常都來自於專為特斯拉供應的 IDRA 集團。一般來說，汽車的零部件需要的壓鑄機鎖模力約在 1,500 噸級至 3,000 噸級間──而 Cybertruck 的 9,000 噸級壓鑄機已經是地球上幾個最大的壓鑄應用之一。
特斯拉在 Model Y 中使用了兩個巨型壓鑄件，分別用做前後底盤，進而徹底改變了傳統的車身設計並簡化了製造過程。與 Model 3 相比，這兩個巨型壓鑄件取代了 171 個零件（主要是鋁板沖壓件和一些較小的壓鑄件）、消除了 1,600 個焊點，並從裝配線上移除了 300 個機器人，顯著減少了所需的資本投資和占地面積。Model Y 的 6,000 噸鎖模力壓鑄機，理論上每小時可以生產 45 個壓鑄件。
▲ 特斯拉的一體化壓鑄技術解釋。
假設要一口氣壓鑄整個車身，特斯拉終會需要更為龐大的壓鑄機，現有的壓鑄機就能滿足，假設要將整個底盤一體化壓鑄，那根據路透去年所訪談的專家表示，特斯拉需要的壓鑄機鎖模力可能會需要達到 16,000 噸。這樣的超大型壓鑄機能一次壓鑄非常複雜的大型部件，也減少了傳統製造過程中的繁瑣步驟和零部件數量。然而，這也需要鉅額的初期投資與技術支持──這明顯會進一步拉高成本、同時也需要更大的廠房。
使用巨型壓鑄部件會帶來許多好處：可見是它們減少了汽車中的零件數量。理論上，假設你將車架或底盤整合成一個大型壓鑄件，應該能夠減輕車輛的總重量、這對於純電池電動車（BEV）非常重要，因為減重是車輛增加續航的重要條件之一。但以目前的技術來說，壓鑄件通常不會薄於 2 公釐，而相比之下，鋼板的沖壓部件以現在的技術可以做到 0.7 公釐的厚度、且強度高於壓鑄件，因此在厚度的先天條件限制下，一體化壓鑄車的重量不見得會低於傳統鋼板沖壓部件車。
公差正是來自於一體式壓鑄的挑戰
除此之外，巨型壓鑄部件也有另一個巨大的缺點需要考慮──那就是車輛維修問題。假設你的車體是一個大型壓鑄件，這會導致你無法進行小範圍的維修，傳統使用多個零部件組裝的車體，維修人員可以簡單拆卸損壞的不件、並重新修復有缺陷的部分，但以巨型壓鑄件完成的車體則需要更換整個壓鑄部件。
其次是製造過程中保持緊密公差的挑戰（這正是特斯拉一直以來被詬病的問題），巨型壓鑄件在部件中的不同位置具有不同的厚度，在冷卻和隨後的淬火階段，每個地方的冷卻時間與方式有差異，就此導致的金屬冷卻變形往往難以預測。也因此相較於傳統的鋼板組裝，巨型壓鑄件在公差的偏差和變化方面仍有許多未知因素。此外，巨型壓鑄件並非使用標準的點焊程序與其他部件連接，這些方法也可能導致意外或未知的幾何變化。
需要更多的努力來獲取所有關於部件的資訊並了解其偏差，但這一特性以及巨型壓鑄件的尺寸使其在正確公差範圍內生產無缺陷的壓鑄件變得非常困難。因此，即使使用不需要熱處理或僅需要人工老化而不需要淬火的合金（T5），實現正確的公差通常需要使用複雜的自動智慧系統進行校正。
第三個缺點是涉及壓鑄件的良率，製造一個幾乎無缺陷的結構鑄件本身就很困難，而將整個前 / 後底盤或電池托盤製造成一個單一的高質量巨型壓鑄件更是極具挑戰性。結果，廢品率很容易超過冷成型和組裝過程的廢品率。特斯拉早期停止巨型壓鑄部件生產的其中一個原因就是如此，即便現在特斯拉宣稱良率已達 90%，這樣的數據仍然比不上傳統的鋼製車體。
▲ Model Y 使用一體化壓鑄的車體部分。（Source：Tesla）
當其他玩家也進入這個市場
有人可能會問，為什麼在特斯拉之前，汽車公司沒有考慮過使用巨型壓鑄件？答案是製造這些大型壓鑄件的過程在許多方面都極具挑戰性。例如，增加壓鑄機的尺寸並不簡單──光是在 8 年前，一台 4,500 噸的壓鑄機已經被認為是極為巨大了；而現，壓鑄機的鎖模力可以達到 9,000 噸、12,000 甚至15,000 噸的壓鑄機也已經有人使用。
這類巨型鑄件的模具也非常巨大（重達 100 噸），需要使用起重機等大型設備協助處理。模具的尺寸也使得模具設計和熱管理成為一大挑戰。此外，壓鑄模具非常昂貴且壽命不長，使用結構合金時，其典型壽命約為 10 萬次。相比之下，用於鋼板零件的沖壓機模具可以生產多達 600 萬個零件。模具壽命也會是巨型壓鑄件需要考慮的成本重點。
但即便如此，汽車業仍然對於一體成形的巨型壓鑄件有期待──因為它們可以徹底改變車身設計和製造。巨型壓鑄件主要用於前後底盤和電動車的電池托盤：主要使用壓鑄技術的鋁合金，相比於傳統的鋼板沖壓件更具有回收的價值，因此對於想實現碳中和目標的車廠來說，使用能夠回收的鋁合金，也是一體化壓鑄極大的優勢。
即便一體壓鑄件還有許多缺點尚待克服，但它的好處對於所有的車廠都是顯而易見的，因此除了前述的中國車廠、Volvo 等玩家外，包括賓士、福斯、通用、現代等車廠都有在研究巨型壓鑄部件的可行性、也在研發相關技術──有些車廠正在考慮以流變鑄造（半固態鑄造）做為解決大多數巨型壓鑄問題的潛在解決方案。不管如何，一旦越多玩家加入這個技術的領域中，就代表這個技術有機會取代傳統技術進行革新，而一直在使用相關技術的特斯拉，也可能會因為越來越多人加入這個技術領域而受惠。
在那時候，特斯拉重新踏上車體、底盤一體化壓鑄之路也不遠了。
（首圖來源：shutterstock）