Giga casting: una revolución o una inversión ambiciosa para la industria automotriz

Giga casting, la tecnología que reemplaza cientos de componentes individuales a una sola pieza con la promesa de una producción más eficiente, requiere de altos costos iniciales y  retos en calidad y logística, analizamos las oportunidades de este mercado. 
 

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Ante el anuncio de Tesla de detener las inversiones en su fabricación por Giga casting, el mercado se pregunta si esta apuesta tecnológica aún es atractiva en el segmento automotriz donde otras compañías como Volvo, Toyota, General Motors, Hyundai y empresas chinas de vehículos eléctricos Nio y Xpeng  también han invertido o se especula están trabajando en desarrollo de las Giga prensas; adicional a los OEM, fabricantes de equipos originales, que están considerando su inversión en Giga casting o ya están trabajando en ello en secreto.

Giga Casting es una tecnología de fundición a presión a gran escala que permite la producción de grandes piezas de aluminio, reduciendo así la cantidad de componentes individuales necesarios para ensamblar un vehículo, en términos de producción esta tecnología mejora la eficiencia y reduce los costos. 

Tesla fue pionera en la técnica del "Giga casting" con su modelo Model Y, introducida a principios de 2020 en su fábrica de Fremont, California, esta tecnología utiliza enormes máquinas de fundición a presión para crear grandes componentes de aluminio en una sola pieza. Tesla emplea Giga Presses de la empresa italiana IDRA Group, capaces de aplicar fuerzas de hasta 6,000 toneladas. Inicialmente, se utilizó el giga casting para producir la pieza trasera del bastidor del Model Y, y más tarde también se aplicó a la parte delantera del bastidor.

Al reducir la estructura del chasis trasero del Model Y de más de 70 piezas a una sola, se simplifica enormemente el ensamblaje. Esto no solo agiliza el proceso de producción, sino que también disminuye los costos de material y mano de obra, con una reducción estimada de hasta un 40%. 
Tras los resultados se esperaba una adopción de esta tecnología en los modelos futuros del fabricante, sin embargo, Tesla ha anunciado detener la inversión en producción con Giga Casting para el Modelo 2; se estima que podrían haber decidido no utilizar la tecnología debido a una combinación de desafíos técnicos, consideraciones económicas, estrategias de mercado y optimización de la cadena de suministro.

Sin embargo, otros fabricantes dan luz verde a la apuesta, es el caso de Toyota, quien en conferencia técnica, a finales de 2023, bajo el lema "Cambiemos el futuro de los automóviles" ha enseñado las primeras muestras de su Giga casting, en el caso de este fabricante, la tecnología le permitirá construir el chasis con solo tres grandes componentes principales: la estructura central, que albergará la batería del vehículo, y los dos subchasis, ambos estarán hechos de una sola pieza de grandes dimensiones, frente a las 90 piezas necesarias con los métodos actuales.

 

Giga Casting: Innovación con altos costos de inversión 

Giga Casting requiere una inversión significativa, según información recopilada por anp management consulting GmbH, Essen, Alemania: 

• Una Giga Press de 6.000 toneladas (en concreto el modelo DCC 6000 Impress Plus de LK) cuesta aproximadamente 6.720.000 USD.
• Se estima que el coste de una Giga Press de 9.000 toneladas es de 11.760.000 USD.
• El precio de una Giga Press de 12.000 toneladas supera los 16.240.000 USD.
• Se estima que el coste de una Giga Press de 16.000 toneladas es de 22.400.000 USD.
• El precio de los equipos periféricos de fundición a presión suele rondar los 8.960.000 USD.
• Los costos logísticos para el envío de una Giga Press desde IDRA varían entre el 10 y el 15% del valor de la máquina.
• Los costos de las herramientas afectan significativamente el precio total de la pieza. Las empresas de Gigacasting utilizan principalmente AlSi7CuMg para Tesla o AlSi7MnMg para otros fabricantes como Volkswagen o Volvo.
• Las máquinas de fundición a presión de gran tamaño ofrecen una tasa de ganancia bruta que es entre 10 y 15 puntos porcentuales más alta que las máquinas de fundición a presión estándar, con una tasa de ganancia neta del 15 al 20 %.

 

Superar barreras técnicas y logísticas para la implementación de Giga Casting

Aunque la capacidad de fabricar componentes tan grandes puede mejorar la eficiencia y reducir costos a largo plazo, también conlleva una serie de desventajas y complicaciones técnicas. Algunos de los principales inconvenientes asociados con la fabricación mediante Giga Casting:

• Complejidad del Proceso de Fabricación: 
  • Al aumentar el tamaño de las máquinas de fundición a presión (DCM), se estima próximamente de 12.000 y 15.000 toneladas.
  • La manipulación y diseño de Matrices: las matrices para fundiciones gigantescas pueden pesar hasta 100 toneladas, por lo que requieren equipos grandes, como grúas, para su manejo y donde el diseño y la gestión térmica de las matrices son desafiantes.
  • En comparación al costo y vida útil de las matrices: las matrices de fundición a presión son caras y tienen una vida útil típica de alrededor de 100.000 disparos. En comparación, las matrices para prensas de estampación pueden producir hasta 6 millones de piezas.
• Calidad y Defectos de las Piezas:
  • Dificultad al producir piezas de fundición estructural de alta calidad y libres de defectos dada su complejidad que puede incluir diferentes espesores de pared, lo que aumenta la susceptibilidad a los defectos de fundición.
  • Mantener tolerancias ajustadas sin tratamiento térmico de solución y temple es necesario pero desafiante.
  • La distorsión de piezas fundidas de gran tamaño puede ser un problema significativo.
  • En la manipulación y transferencia de materiales, aspectos como el vacío, la lubricación de la matriz, y otros se vuelven más complejos con el tamaño de las gigafundiciones.
• Logística y Transporte: Se requiere de áreas adicionales en la planta dado que la complejidad en la manipulación, almacenamiento y transporte, por lo que la producción suele instalarse cerca de la planta de ensamblaje de vehículos.
• Sostenibilidad: Las fundiciones a presión estructurales han utilizado principalmente aleaciones primarias con una alta huella de carbono, por lo que existe la necesidad de aumentar el contenido reciclado en las fundiciones a presión estructurales.

 
Propia o tercerización: una oportunidad desafiante 

Si bien la planta de gigafundición podría ser gestionada por el propio fabricante (como Tesla), también es posible encontrar un proveedor dispuesto a invertir en una fábrica de gigafundición cerca de la planta de ensamblaje de un cliente.

Siendo así un enfoque externalizado para el Giga casting también es evidentemente atractivo, ya que permite a los fabricantes de automóviles evitar las importantes inversiones iniciales necesarias para construir sus propias instalaciones.

Al subcontratar el Giga casting a proveedores de primer nivel, se generan nuevas colaboraciones para la tecnología un cambio que promete obtener beneficios al distribuir la responsabilidad entre los fabricantes de equipos originales y los proveedores de primer nivel para desarrollar la tecnología de manera conjunta, al tiempo que se mitigan los riesgos asociados con importantes inversiones iniciales y posibles infracciones de patentes delicadas. Dicho esto, siguen existiendo desafíos como la disponibilidad de las máquinas y las disputas técnicas, que podrían obstaculizar futuras colaboraciones.

Este es el caso de las asociaciones entre Seres y Wencan, Human Horizon EV y Tuopu, y Li Auto con un proveedor de primer nivel no revelado, entre otras.

Según un informe de S&P Global Mobility se han identificado numerosos desafíos para la tecnología, incluidos los relacionados con la cantidad de máquinas de gigacasting, problemas en la gestión de la planta y la necesidad de explorar soluciones técnicas alternativas; sin embargo, existe una determinación colectiva dentro de la industria de seguir comprometidos hasta alcanzar un futuro revolucionario. La producción de partes de la carrocería mediante megafundición puede requerir un camino a largo plazo para lograr operaciones rentables, pero la industria está comprometida con el desarrollo de esta tecnología debido a su potencial para repensar las cadenas de suministro y la producción tradicionales.

 

Con todo, el Giga Casting representa una oportunidad para modernizar la producción automotriz, Para países latinoamericanos como México, con una fuerte presencia en la industria automotriz, el Giga Casting podría ser una revolución, al integrar esta tecnología en las cadenas de producción de las grandes OEM que hoy ven en el territorio su oportunidad de desarrollo de mercado. Sin embargo, el impacto en la industria de autopartes podría ser significativo. La reducción del número de piezas necesarias en la fabricación de vehículos implicaría un menor volumen de producción para muchos fabricantes tradicionales. Esto podría llevar a la necesidad de una reestructuración en el sector, impulsando a las empresas a adaptarse mediante la diversificación de sus productos y la adopción de nuevas tecnologías así como la aparición en el mercado de empresas que puedan asumir esta inversión y entrar a colaborar con los OEMs en la apuesta tecnológica.