테슬라 기가프레스/기가캐스팅 분석 및 장단점

 

1.기가프레스란 무엇인가

 

 기가케스팅 기가프레스 공정 아마 전기차에 대해 관심을 가지 는 사람들은 테슬라 공법이라는 이름으로 한번쯤 들어봤을 만한 공법이다. 하지만  기가프레스라는 용어차체는 테슬라가 개발한 용어라 말하는것보다 도입한 설비의 이름이라고 보는것이 정확하다.  

 

 뭐 사실 일종의 마켓팅 포인트처럼 굳어져 테슬라 고유의 제조공정으로 사람들이 인식하고있고 그러한 사회적인 인식을 만든것 또한 최신의 이미지를 가져가기 위한 한가지 마케팅으로 보고 이야기할수있지만 오늘은 이부분이 아닌 기가케스팅에 집중해보자 결론만 단순하게 놓고말하면 500~1000톤수준의  거대한 금속판을 틀에 넣고 높은 압력으로 하나의 형태를 만다는 다이캐스팅 공법으로 3개로 나누어찍는 방법이다.

 

 

2.다이캐스팅은 무엇일까?

 

 

 우선적으로 기가프레스를 이해하기전에 Die Casting 에대해 논해보고자한다 사실 이것을 초거대화 한것으이므로 이에대한 기본적인 이해를 기반으로 하는데 단어를 분석해보자면

 

DIE 철사 따위 선재(線材)의 바깥지름을 마무리할 때 쓰는 금형(金型)이고

CASTING 공학에서 주로 주조라는 뜻을 가진다

 

결론저적으로 다이캐스팅 공법이란 금형에 고열로넣은 제품을 넣어 주조를하는 공법이라고 생각하면 편할것이다.

물론 초거대화로인해 난이도가 엄청올라가고 만들기 힘들뿐이지만 말이다.

3.기가프레스를 왜 도입하는 것일까?

 

  그렇다면 저런 거대한 프레스기계의 제작비용부터 도입까지 엄청난 시간과 고장으로 인한 라 엄청난 리스크를 지게 되는건데 왜굳이 저런기계를 도입하는걸까?

 

사실 기가프레스라곤하지만 다이캐스팅이라는 공정을 초거대화해서 찍어는 방식을 기가프레스라 칭하며 일론머스크의 생각을 따라가보자면  생산설비 자체가 고가고 만드는데 비용자체를 최소화 하기위해 나온 고민이라고 여겨진다. 사실 재료비용을 낮추는데는 한계가있고 희토류자석을 사용안할수도없고 합금을약한걸고 바꾸거나 배터리를 싼걸로 사용할수는없다. 그렇다면 가장 쉬운방법 생산공정에 들어가는 비용을 낮춰 최대한 싼가격으로 전기차를 만들겠다는 고민의 결과물로 보여진다.  

 

출처: 최원석의 디코드

 

 실제로 테슬라는  2021년 기가프레스를 최초로 도입하였으며, 모델Y에 기가캐스팅을 최초로 적용하였다.

 

 

기존에는 모델3의 리어 언더바디를 70여 개의 부품으로 접합하였고 머스크는 이거 자체가 굉장히 돈이 많이들어가고 불필요한 과정으로 생각하였나보다

[리어바디-후미가있는 프론트부분]

 

 기가프레스를 통해 처음에는 좌우 2piece로 생산 후 접합하였고, 최종적으로는 1piece로 일체형 주조에 성공하였다는 이야기는뭐  워낙 유명한 이야기고 그이후 테슬라는 프리몬트 공장, 베를린 기가팩토리, 텍사스 오스틴 기가팩토리 상하이 기가팩토리 등에 기가 프레스 도입을 한상황이다

 

아래는 실제로 베들린 공장에대한 촬영영상으로 한번 확인해보면 필자의 말에대해 잘 이해할수 있을것이다.

실제로 머스크가 독일에 공장을 세우기위해 집착한이야기또한 흥미로운 이야기지만 이는 다른글에서 한번 다뤄보도록하겠다.

4.기가프레스를 위한 합금??

 

사실여기서 스페이스 X에대한 이야기를 잠깐하고가자면 테슬라의 재료공학기술자체가 압도적이고 우주에서 사용되는 재료들을 연구하는만큼 자동차를 위한 합금을 제작하는데 필요한 기술력을 가지고있을꺼라 어렵지않게 유추할수있다.

 

테슬라의 소재팀은 그러한 기술력을 바탕으로 AA386을 개발했는데, 알루미늄 89.5%, 실리콘 8.5%, 기타 2.0% 구성된 합금이라 알려져있다 특히 AA386은 SPACE X의 우주선용 소재 기술을 응용하여 테슬라 소재 개발팀에서 개발했다는 인터뷰는 꽤나 흥미로운 내용이다.사실 전문가들의 분석에따르면 차체무가게 기존에 대비 대략 30%정도 감소했다고 말하지만 여기서 강도를 조금희생했다는 의견또한 흥미롭다. 

 

필자는 재료공학 전공이아니라 어느정도의 차이가 나는가에대한 개념자체는 없는데 실제 기존과 동일한 강도로 만들려면 2배이상의 두께가 필요하다가 주된 의견인것같다 대량생산을 위해 이것저것을 포기했구나 라는게 어느정도 보이는 항목이다.

 

다만 그래서 약한가 라는 질문에대답은 아래의 뉴스기사로 대신하자 양산을한 모델 Y가 75M 절벽에서 추락했는데 탑승자 전원이 살아남았다라 는것이 질문에대한 대답이 되지않을까 싶다. 사실 경량화를 선택하고 타협가능한 지점의 안전성을 잘계산한거고 사실 무게가 내려감에따라 효율또한 지속적으로 높아지고있다고 판단된다.

 

사실 테슬라를 욕할껀아닌게 과거에도 수많은 완성차업체들이 지속적으로 무게를 낮추기위한 연구를 해왔기에 이렇게 증명이되어 버리면 그냥 기술력에대한 고점을 보여줬다로 평가되어 버리는구나 정도로 이해하자

 

Tesla plunges 250 feet off a California cliff, all 4 occupants survive | CNN

 

5.기가프레스 장단점

 

 사실 이상하지않은가? 정말 효율적이라면 과거에 완성처업체들은 왜 이런 대형화 프레스를 제작을 안한것일까?

정말 생각을 하지못해서 테슬라가 천제적으로 개발한기술인가? 그런건아니다 사실 기존에도 시도는 있어왔지만 수리적와 관리적인 측면에서 큰문제가있어 지속적으로 시도자체가 불발되어왔다.

 

 기가프레스 자체가 제조공정자체에 특화된 공법이라 사고가 발생했을경우 부분수리는 불가능하다 무슨말이야? 수리비가 기하급수적으로 높아진다는거다 사실상 사고한번에 전손처리를 해야한다는거고 이는 곧 친환경차인 전기차자체가 오히려 환경을 더럽힐수있다는것다.

 

 단순그것뿐일까? 기계의크기를 키워서 한번에찍어낸다? 이것만 놓고봐도 생산하는데 들어가는 에너지가 압도적일거라는 예상을할수있는데 그만큼 크게찍어내야하니까 합금을 액체상태로 유지해야하는 시간도 길어질것이고 동일무게에 대비해 압도적인 에너지소모를 해야할꺼라 분석된다(대략 10배정도)

 

 실제로 테슬라또한 기가프레스를 적용하는 공장과 아닌공장을 구분하여짓고있고 그러한 공장에대한 환경규제나 전기사용에대한 규제인 RE100에대한 규제또한 고민하는 상황에 처해버린것이다.

 

 이거뿐일까?  사실 업그레이들하거나 새로운 방식으로 업그레이드나 만들어내는 비용자체가 너무 커진다는 단점또한 존재하지만 이에대한 투자대비 이득에대해 현대자동차나 도요타가 도전하고있는걸로 봐서는 나름 대로 더이득이 된다는 결론이 나온것 같기는하다. 어차피 내부구조나 이미 어느정도 정답이 정해진 분야라고 생각하고 외부형상이나 범퍼 디자인들을 바꾸는건 문제없으므로 이러한 선택자체가 굉장히 흥미롭다.

 

사실 이것보다 결국 기가팩토리와의 시너지로인해 마진율이 굉장히 높아진 점까지 이해를해야 아 이래서 테슬라가 이걸 택했구나를 이해할수있으니 기가팩토리에 대해 한번 다음글에서 확인해 보자

 

 특히 유지보수부터 초기 투자비용 호환 문제부터 부품크기의 문제부터 툴링까지 크게 고민을해야하는 문제지만 테슬라는 기가펙토리공법으로 어느정도 극복한 사례가 있어 이는 다음글에서 한번 이야기해보려고한다. 아래는 그냥 표로 편하게 보고싶고 과제에 제출하는 학생을위해 만들어논 표니 한번정도 참고하기 바란다.

 

 

장점	단점
복잡한 형상제작가능 생산비용 및 인건비 절감 부품비용 및 원가 저감 부품 감소 정밀도의 상승	초기투자비용이높다 에너지 사용량이 높아진다 재료가 제한된다 부품의 크기가 거대해진다 유지보수 비용이높아진다

 

테슬라의 기가팩토리 그들은 어떤방식으로 대당 순이익 1위가 되었는가