テスラのダイカスト技術メガキャスティング【ギガプレス】

テスラのものづくりは「自由な発想」から出発しているように感じます。「自由な発想」は固定観念に縛られていない「素人の発想」とも言えます。今回紹介するギガプレスは、簡単に言ってしまえばただの大きなダイカストマシンです。ただ、これまでの発想とは異なる経路を辿っているようにもみえます。そんなアルミニウムダイカスト業界に一つの変革をもたらしたメガキャスティング及びギガプレスについて考えてみます。

規格外に大きいダイカストマシン、ギガプレス。

ギガプレスはダイカストマシンの名称です。イタリアのイドラグループがダイカストマシンを製造し、テスラが車体用フレームを製造しています。
これの何がすごいかというと、とにかくでかい！
日本におけるダイカストマシンの最大サイズは、1984年にUBEが製造した4000トンクラスです1)。弊所マテリアルデザインの知る範囲ではありますが、それ以上のサイズのダイカストマシンを国内で見たことがありません。4000トンクラスが国内に数基あるぐらいの状況です。ところがギガプレスは国内のマシンサイズを軽く超える6,200トンクラス、最近では写真にあるような9,000トンクラスまであります2)。さらに、2023年11月10日にLKから16,000トンクラスがリリースされました3)。

ダイカストマシンのサイズを表すのにトンというのがなんとも違和感がありますが、これは型締め力でマシンサイズを表す業界の慣習です。基本的に型締め力が大きい方が大きな鋳物を作ることができますので、ギガプレスは大きなものを作る能力をもっています。

ギガプレスのドローン撮影動画がテスラ公式にアップされていましたので、参考に紹介いたします4)。かっこいい動画です。

固定観念のない「素人の発想」は時にブレークスルーを起こします。

ここでの素人は、エンジニアとしての素養を持った方を指しており、何も知らない素人ではありません。
「自由な発想」とも言えるでしょう。
大多数のエンジニアは、材料を変えることは許されない、設備サイズの制約からこんなものは作れない、既存設備をなんとか使う、などと制約をまずは考えてしまいがちです。ところがイーロン率いるテスラは、業界の常識外のことを平気でやってきました。

イーロン　「なんでフレームを個別に作ってんの？70個のパーツ？一体にした方がいいじゃん？」

技術者　「投影面積的にこれを作れるダイカストマシンがないから無理っす。」

イーロン　「投影面積って何？ないなら作ったらいいじゃん。」

技術者　「え、まじっすか。」

上記のやりとりは完全に想像です。ただ、業界に長くいるエンジニアは、大きな鋳物を作れと命令されたら上記の技術者のような反応を示すと思います。エンジニアは経験を積むうちに常識を自ら設定し、その外に出ようとしなくなります。そんな常識を一蹴するかのようなことをテスラはやっているのです。
日本の鋳造エンジニアの多くがこのギガプレスに興味を示している事実。素人の発想が、自由な発想がゲームを変えようとしています。しがらみがないというのは強いですね。

テスラはギガプレスを用いて自動車のリアアンダーボディというシャシー部品を作っています5)。
モデル3では70もの部品で構成されていたものが、モデルYでは1つの鋳造部品で作られています。どのような材料、工法で作られているかわからないので詳細なコスト算出はできません。ただ、モデル3において展伸材、プレス、鋳物などを接合、締結で組み合わせていると想定すると、一つの鋳造品でできるモデルYは設備投資が少なく、リーズナブルに思えます。

実は、これを企画した人もすごいのですが、実現した設計者はさらにすごいです。

鋳造はリブ配置による剛性向上がプレスと比較してやりやすいのですが、メガキャストではその特性を上手に利用されています。いわゆるトポロジー設計手法が導入されていると考えられます。

下図はテスラ公式YouTubeチャンネルから抜粋した画像です。固定型、可動型、左右スライドコアと金型は至ってシンプルです。つまり抜き方向は4方向となります。従来までは70もの要素で構成されていた部品をひとつの部品に集約し、なおかつ4方向だけで成型する。フレーム系の部品はパワートレイン系部品と比較してシンプルな形状となりますが、すべての部品の機能を整合させ、シンプルな金型構造にして製品設計されたことに脱帽です。

下の写真は、テスラモデルYのリアアンダーボディを分解したものになります。2022ダイカスト展に展示されていました。業界の大きな注目を集めていることがわかります。

wikipediaに工程の概要が記載されていましたので紹介します6)。webサイト上の情報ですので真偽の判断はつきませんが、以下のようです。

取り出しロボットはFUNAC M-900iBですので、可搬重量280~700kgとなります。ギガプレスだけにかなり大きなロボットを導入しています。

気になるのは機械加工、製品のひずみでしょう。非熱処理と書いてありましたので、抜型後のできたなりの製品精度かと思うのですが、それでも経験的にひずみます。矯正をしているのか、機械加工で調整しているのか、動画からはわかりませんでした。おそらく矯正は入っていると思われます。

ギガプレスに付帯する溶解保持システムですが、ベルリン工場にはSTØTEK社の設備が導入されているようです。以下リンク先に溶解工程を考えてみましたので、ぜひご覧ください。

ギガプレスのメリットとデメリットは以下になるかと思います。

自由な発想をベースに製品設計を変え、ギガプレスという新しい鋳造機を作る。テスラの本気度もさることながら、「ストレートに考えたらこれが最適だよね？」と言われているように思えます。YouTubeからも多くの情報が得られるのでぜひ確認してください。

日本においても宇部マシナリー株式会社から6,500クラスのダイカストマシンがラインナップされました13)。2022年11月時点では国内メーカーがギガプレスのような超大型機を導入することは公になっていません。しかしながら、国内メーカーも追随するものと思われます。投資規模、物流を考慮するとカーメーカーの導入が初となるように考えます。
※2023年10月22日時点でギガキャスト関連のニュースを確認すると、当所が想定する通りになりました。やはりそうなりますよね。

テスラに使われているとダイカスト部品と思われる材料特許を調べましたので、気になる方は次のページ「テスラのダイカスト用アルミニウム合金」も参照してみてください。

ギガキャストに関して、講演会のご依頼、お問い合わせ、ご相談を多くいただいています。

「実際にギガキャストってどうなの？」
「アルミの鋳造品なんて大丈夫なの？」
「今後のクルマのつくり方ってどうなるの？」

鋳造業界を襲う第3の波ギガキャストというキャッチー(？)な報告内容でまとめています。鋳造屋目線というのが新鮮なようで意外にもご好評いただいています。有料とはなりますが、ネットの情報だけでは読み取れない内容をお伝えできると思います。以下がアジェンダです。ご興味ございましたらお問い合わせください。

出典
1) 日本ダイカスト協会 ダイカスト技術史-戦後50年の変遷 (1995)
2) https://www.teslarati.com/tesla-cybertruck-body-9000-ton-giga-press-photos/
3) YouTube(https://www.youtube.com/watch?v=XdhHwyKDJAI)
4) YouTube(https://www.youtube.com/watch?v=7-4yOx1CnXE)
5) Tesla Inc.
6) https://en.wikipedia.org/wiki/Giga_Press
7) https://www.sae.org/news/2020/06/tesla-model-y-big-castings
8) https://toyotatimes.jp/report/technical_workshop_2023/001.html
9) https://www.ryobi-group.co.jp/news/newsrelease/007680.html
10) https://www.ryobi-group.co.jp/news/newsrelease/007707.html
11) https://www.ube.co.jp/ube/jp/news/2023/20230914_01.html
12) https://news.yahoo.co.jp/articles/bd2e9daae12e8aeff7131bced0da94b317fa0f3a
13) https://www.ubemachinery.co.jp