Trong suốt hơn một thế kỷ, kể từ khi Henry Ford kích hoạt dây chuyền lắp ráp di động vào năm 1913 tại Highland Park, ngành công nghiệp ô tô thế giới vẫn vận hành dựa trên một triết lý bất biến: hàng trăm chi tiết kim loại dập nhỏ được nối, đan cài với nhau bằng hàng nghìn mối hàn, đinh tán và keo dán công nghiệp. Bán thành phẩm di chuyển qua những xưởng hàn đồ sộ với hàng trăm robot vung tay liên tục để hoàn thiện từng phần khung gầm.
Triết lý ấy tồn tại như một quy chuẩn vĩnh cửu, cho đến khi Tesla trình làng cỗ máy đúc khổng lồ Giga Press.
Tỷ phú Elon Musk không đơn thuần giới thiệu một thiết bị nhà xưởng mới. Ông đã trực tiếp khai tử triết lý sản xuất truyền thống, khởi động cuộc cách mạng đúc kim loại nguyên khối lớn nhất lịch sử ngành chế tạo xe hơi.
Từ ý tưởng xe mô hình xe đồ chơi đến hiện thực hóa
Lịch sử của Giga Press bắt đầu từ một quan sát mang tính đột phá của Elon Musk. Khi quan sát những chiếc xe ô tô đồ chơi bằng nhựa hoặc kim loại nguyên khối của trẻ em được đúc chỉ trong một bước duy nhất, Musk đã đặt câu hỏi cho các kỹ sư về việc áp dụng cơ chế tương tự trên một chiếc xe ô tô thực tế.
Tháng 1/2019, Tesla chính thức nộp bằng sáng chế cho hệ thống đúc khung xe ô tô nguyên khối. Tuy nhiên, các nhà sản xuất máy đúc công nghiệp lớn nhất lúc bấy giờ tại Đức, Nhật và Bắc Mỹ đều từ chối dự án của Musk vì cho rằng việc đúc một khối nhôm khổng lồ với lực nén trên 6.000 tấn là điều viễn tưởng và bất khả thi về mặt kỹ thuật.
Chỉ có IDRA Group — một công ty chế tạo máy đúc giàu truyền thống của Italy thuộc tập đoàn LK Technology — chấp nhận rủi ro. Dưới sự dẫn dắt của Tổng Giám đốc Riccardo Ferrario, IDRA đã bắt tay hợp tác cùng Tesla để chế tạo cỗ máy OL 6200 CS, dòng Giga Press đầu tiên sở hữu lực nén 6.100 tấn.
Tháng 8/2020, cỗ máy Giga Press đầu tiên được vận chuyển từ Italy đến lắp đặt tại nhà máy Fremont, California.
Đến tháng 1/2021, Tesla chính thức đưa Giga Press vào vận hành thương mại cho dòng Model Y tại Fremont và sau đó là Gigafactory Shanghai, biến cụm khung gầm phía sau xe từ 70 mảnh dập kim loại gộp thành một mảnh đúc duy nhất.
Trong giai đoạn 2022-2023, Tesla tiếp tục mở rộng quy mô khi đặt hàng các cỗ máy lớn hơn với lực nén lên tới 9.000 tấn dành riêng cho xe bán tải vỏ thép Cybertruck tại Gigafactory Texas.
Bản chất kỹ thuật của "siêu đúc" Megacasting
Về mặt kỹ thuật, Giga Press vận hành dựa trên công nghệ đúc áp lực cao (High-Pressure Die Casting), nhưng ở quy mô vượt xa mọi tiêu chuẩn công nghiệp trước đó.
Mỗi cỗ máy Giga Press 6.000 tấn có trọng lượng hơn 400 tấn, dài khoảng 20 mét và cao tương đương một căn nhà hai tầng. Tùy thuộc vào dòng xe, cỗ máy tạo ra lực nén từ 6.000 đến 9.000 tấn — tương đương áp lực của hàng nghìn con voi cùng dậm chân lên một điểm để giữ chặt hai nửa khuôn thép.
Quy trình vận hành của Giga Press diễn ra với tốc độ kinh ngạc. Nhôm hợp kim đun chảy ở nhiệt độ khoảng 850 độ C được bơm thẳng vào khuôn thép kín với khối lượng lên tới 80 kg nhôm lỏng chỉ trong chưa đầy 1/10 giây. Kim loại lỏng bị ép chặt dưới vận tốc hàng chục mét mỗi giây để lấp đầy mọi chi tiết phức tạp của khuôn.
Ngay sau đó, hệ thống làm mát bằng chất lỏng chuyên dụng giúp khối nhôm đông đặc lại tức thì. Chỉ trong khoảng 80 đến 90 giây, cỗ máy nhả ra một cụm khung gầm ô tô nguyên khối hoàn chỉnh, nơi một cánh tay robot sẽ gắp sản phẩm ra kiểm tra bằng tia X và quang học trước khi chuyển sang công đoạn lắp ráp tiếp theo.
Bài toán kinh tế và đột phá hợp kim nhôm
Trước khi có Giga Press, phần khung gầm phía sau của chiếc Tesla Model 3 gồm khoảng 70 chi tiết kim loại dập tách biệt, đòi hỏi hơn 1.000 mối hàn tự động và hàng trăm robot hỗ trợ. Khi chuyển sang đúc nguyên khối trên Model Y, số lượng chi tiết giảm xuống một mảnh và số mối hàn được đưa thẳng về con số không.
Tác động của sự thay đổi này lên bài toán kinh tế sản xuất là vô cùng lớn. Việc đúc nguyên khối giúp giải phóng từ 30% đến 40% diện tích xưởng thân vỏ, cắt giảm hàng trăm robot hàn cùng chi phí bảo trì và điện năng tiêu thụ đi kèm.
Khung gầm đúc nguyên khối cũng giúp giảm trọng lượng xe từ 10% đến 20%, qua đó mở rộng quãng đường di chuyển trên mỗi lần sạc mà không cần tốn thêm chi phí cho bộ pin — linh kiện đắt đỏ nhất của một chiếc xe điện.
Rào cản lớn nhất của việc đúc một mảng nhôm kích thước lớn là hiện tượng co ngót, biến dạng khi làm nguội, vốn thường đòi hỏi các linh kiện đúc phải qua bước xử lý nhiệt kéo dài nhiều giờ.
Để giải quyết triệt để vấn đề này, đội ngũ chuyên gia vật liệu của Tesla do Charles Kuehmann dẫn đầu đã tự phát minh ra một loại hợp kim nhôm đặc biệt không cần qua bước xử lý nhiệt, giúp duy trì cấu trúc độ bền hoàn hảo ngay sau khi nhả khuôn.
Đánh giá của giới chuyên gia và "sóng thần" lan rộng toàn ngành
Sự thành công của Giga Press tại các nhà máy Fremont, Shanghai, Berlin và Texas đã tạo ra đợt sóng thay đổi tư duy sản xuất ô tô toàn cầu.
Nhà phân tích tài chính và chuyên gia tháo dỡ ô tô nổi tiếng Sandy Munro, sau khi mổ xẻ chiếc Tesla Model Y đúc nguyên khối, đã nhận định đây là bước tiến vượt bậc của ngành chế tạo cơ khí.
Theo ông, việc gộp 70 chi tiết thành một mảnh không chỉ là câu chuyện cắt giảm chi phí, mà còn loại bỏ hoàn toàn hàng loạt điểm rủi ro về chất lượng mối hàn và sai số kích thước.
Đồng quan điểm, Giáo sư Ferdinand Dudenhöffer, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Ô tô (CAR) tại Đức, nhận định rằng Tesla đã chứng minh lợi thế của họ nằm ở chính năng lực sản xuất cơ khí, buộc các hãng xe truyền thống phải nhìn lại toàn bộ dây chuyền sản xuất kéo dài hàng thập kỷ của mình.
Sự trỗi dậy của công nghệ Megacasting nhanh chóng lan rộng ra toàn bộ hệ sinh thái ô tô toàn cầu. Các hãng xe Trung Quốc là nhóm hưởng ứng nhanh nhất, điển hình như Geely áp dụng máy đúc 7.200 tấn cho dòng xe Zeekr 009, Nio, Xpeng, và đặc biệt là Xiaomi với siêu máy đúc 9.100 tấn phục vụ mẫu xe SU7.
Các tập đoàn truyền thống cũng bắt đầu chuyển mình mạnh mẽ. Toyota vào tháng 9/2023 đã công khai dây chuyền thử nghiệm đúc nguyên khối tại nhà máy Myochi, tuyên bố áp dụng Megacasting cho các dòng xe điện thế hệ mới để giảm 50% thời gian chế tạo và chi phí đầu tư.
Trong khi đó, Volvo cũng thông báo đầu tư hơn 1 tỷ USD vào nhà máy Torslanda tại Thụy Điển để tích hợp công nghệ đúc tiên tiến này.
"Con dao hai lưỡi" về kỹ thuật và bảo hiểm
Mặc dù mang lại lợi thế áp đảo về chi phí chế tạo, Giga Press không phải là một giải pháp hoàn hảo không tì vết. Nó đặt ra những thách thức hoàn toàn mới cho người tiêu dùng lẫn toàn bộ hệ sinh thái bảo hiểm.
Thách thức lớn nhất nằm ở khả năng sửa chữa sau tai nạn. Trên một chiếc ô tô truyền thống, nếu phần gầm sau bị đâm móp, kỹ thuật viên có thể cắt bỏ và hàn thay thế từng thanh kim loại hư hỏng. Nhưng với một khối khung gầm đúc duy nhất, một vết nứt sâu do tai nạn giao thông có thể khiến toàn bộ chiếc xe bị các công ty bảo hiểm định giá là hỏng toàn bộ, do chi phí thay mới nguyên khối khung là quá đắt đỏ.
Ở góc độ vận hành nhà xưởng, Giga Press tạo ra rủi ro mang tên "Điểm tắc nghẽn đơn lẻ". Khi toàn bộ dây chuyền lắp ráp phụ thuộc vào một hoặc hai cỗ máy đúc khổng lồ, bất kỳ sự cố kỹ thuật hay nứt khuôn nào khiến Giga Press phải ngưng hoạt động cũng sẽ làm đứt gãy toàn bộ tiến độ của cả đại nhà máy.
Ngoài ra, chi phí chế tạo các bộ khuôn đúc khổng lồ lên tới hàng triệu USD khiến việc thay đổi thiết kế xe trở nên vô cùng tốn kém.
Tương lai của nền sản xuất hiện đại
Giga Press không đơn thuần là câu chuyện về một cỗ máy to lớn hơn hay lực nén mạnh hơn. Nó biểu trưng cho một tư duy tái thiết toàn bộ quy trình sản xuất đã đóng bụi suốt một thế kỷ.
Bằng việc biến hàng chục mảnh ghép kim loại phức tạp thành một sản phẩm nguyên khối duy nhất trong chưa đầy hai phút, công nghệ đúc áp lực cao đã chứng minh rằng trong kỷ nguyên xe điện, lợi thế cạnh tranh dài hạn không chỉ nằm ở dung lượng pin hay thuật toán tự lái, mà nằm ở cỗ máy chế tạo ra những cỗ máy.
Bất chấp những bài toán còn dở dang về chi phí bảo hiểm hay kỹ thuật sửa chữa, Megacasting đã và đang trở thành chuẩn mực sản xuất mới — nơi những nếp nghĩ cũ kỹ bị nghiền nát dưới lực nén hàng nghìn tấn của kỷ nguyên công nghệ.
Theo Reuters, Bloomberg, Wired, WSJ
