特斯拉生产制造革命：一体化压铸

（报告出品方/分析师：国海证券研究所 刘虹辰）

汽车产业约每四十年出现一次生产制造革命，特斯拉引领当前新革命。从福特流水线生产到丰田精益生产，再到大众平台化模块化生产，每一次汽车生产革命的领导者均将在之后的市场竞争中占据明显优势。凭借4680 CTC 和一体化压铸两项重要技术创新，特斯拉正在引领汽车产业新一轮的生产制造革命。

1 . 颠覆冲压&焊接工艺，特斯拉引领一体化压铸革命

1.1、汽车制造四大传统工艺：冲压-焊接-涂装-总装

在汽车制造业中，冲压、焊装、涂装、总装合为四大核心技术（即四大工艺），主机厂通过四大工艺实现从原材料、零部件到整车的制造过程。

传统汽车白车身制造流程采用钣金冲压+焊接工艺。在冲压工艺中，先将钢材通过开卷线开卷，再冲压线冲压成车身单体零件（侧围、翼子板等），然后进入到焊接工艺，完成零件焊装。

以特斯拉为例，其冲压车间共有两条生产线，自动化程度高达100%。

在特斯拉焊装车间，Model 3和Model Y不共线生产，一期工厂生产Model 3。

1.2、特斯拉引领新一轮生产制造革命：4680 CTC + 一体化压铸

汽车百年工业史，每四十年左右出现一次生产制造革命。从20世纪10年代福特流水线生产，到50年代丰田“多品种，小批量”的精益生产，再到80年代大众的平台化、模块化生产，每一次汽车生产革命的领导者均将在之后的市场竞争中占据明显优势。

特斯拉生产制造革命：4680 CTC +一体化压铸。特斯拉4680 CTC方案（CTV），将电池包集成到车体，并直接与座椅连接，大幅减少零部件数量，提高总装生产效率。一体化压铸的Model Y车身前&后地板，颠覆传统冲压&焊接工艺，相比传统冲压&焊接工艺零部件减少169个，成本大幅下降。据特斯拉电池日公布信息显示，依托两项革命性技术，整车可减重10%，续航里程增加14%，零件减少370个。

1.2.1、4680 CTC：特斯拉电池技术始终作为行业创新的标杆

特斯拉引领动力电池创新趋势。Model S/X上市时，电池包搭载18650电芯，共14/16个模组；Model 3上市时，电池包搭载2170电芯，共4个模组，引领了行业的大模组CTP方案；目前，搭载4680电芯的CTC方案的Model Y开启交付。过往十年，特斯拉无论在电芯还是pack上都在持续引领行业的发展。

特斯拉在2021年6月公开了一份名为INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM的专利，专利中详细阐述了4680 Structural Battery（CTC）电池系统集成技术。根据专利中公开披露的内容，可以对特斯拉CTC有整体的方向性认知：①电池包上盖与车辆结构如座椅直接连接在一起，成为乘员座舱地板的结构；②电芯之间填充树脂材料，特斯拉认为这一方面可以提供热保护，另一方面可以为电芯提供结构性支撑；③在与“大模组”方案的对比中，CTC方案具有减少支撑件、减轻整车质量、提升整体电池容量。

特斯拉的CTC方案，能够使车辆续航里程增加14%，单位成本下降7%，单位投资下降8%。

在特斯拉2021年Q4财报中，可以看到在德州超级工厂中工人将Model Y座椅与4680 CTC电池包直接连接，CTC的落地将显著提高其总装生产效率。

1.2.2、一体化压铸：以Y为始，持续推动车身轻量化进阶

特斯拉是汽车大型部件一体化压铸的创始者，其在一体化压铸上的布局可分为三个阶段：

特斯拉在其四大汽车工厂均部署了6000吨级大型压铸机-GigaPress。目前，上海工厂已装配5个大型压铸机，用于Model Y后地板的生产。德州工厂3月刚刚开启量产，在Model Y后地板的基础上，增加了前地板（前纵梁）的一体化压铸。

布局一体化压铸铝合金专利，专利名为“用于结构部件的压铸铝合金”，其中描述了一种既坚固又具有出色延展性的铝合金，该铝合金无需进一步加工，可以显著降低生产成本。

特斯拉一体化压铸技术持续突破。2019年7月，特斯拉发布新专利，计划通过一套固定在中心的模具以及四套可以移动的模具，压铸成型大型的一体式结构零件。

特斯拉吸能系统将与支撑系统集成。2021年7月5日，特斯拉申请了“集成吸能铸件”专利，这种能量吸收系统广泛应用于汽车碰撞结构。通过单一铸造工艺可将该吸能系统与部分或全部支撑结构集成，从而减少对包括点焊、缝焊、铆接、螺栓连接、粘合等工艺的需要。

部件拓展至前地板，整体焊点减少1 6 0 0 +个

特斯拉一体化压铸拓展至前地板。根据特斯拉公告显示，2020年特斯拉公布Model Y一体化压铸后地板方案，可将零件个数由70个减少至1~2个；2022年Q1财报公布德州奥斯汀工厂生产的一体化压铸车身方案，可将前&后地板零部件数量从171个减少至2个，焊接点数量减少超1600个。

特斯拉使用的压铸机Giga Press由力劲科技生产，占地面积相比于传统冲压焊接工艺的生产设备能够节省35%。根据特斯拉财报信息，上海超级工厂已有5台大型压铸设备用于生产，德州奥斯汀超级工厂Model Y车身前地板（前纵梁）一体化压铸也将实现量产。

造车新势力抢先跟进一体化压铸

蔚来与文灿合作ET5一体化压铸车身后地板。蔚来ET5采用一体化压铸后地板，一体铸造工艺使车身后地板重量降低30%，同时后备箱空间增加11L。2021年11月，文灿6000T超大型压铸岛成功试模，一体化压铸的汽车后地板产品成功下线。

小鹏汽车携手广东鸿图布局一体化压铸。1、目前广东鸿图已进入小鹏汽车的配套体系，双方同步开发一体化压铸零部件。2022年1月，广东鸿图6800T底盘一体化结构件正式下线。2、武汉基地将建设一体化压铸车间，2021年7月该项目正式启动，占地约1500亩，规划产能10万辆，将引进一套以上超大型压铸岛及自动化生产线。

2022年2月高合汽车与拓普合作的一体化超大压铸车身后舱下线。本次7200T压铸机生产的超大型结构件长宽分别近1700mm和1500mm，实现15~20%的减重，整个开发周期缩短1/3。材料方面，合作方TechCast?高强韧性免热处理铝合金材料可以避免因热处理带来的零件尺寸变形及表面缺陷等问题，流动性高于同级别材料15%以上、强塑积高出30%以上，保证了整车碰撞等性能达到更高维度。

国际传统主机厂跟进一体化压铸

奔驰发布一体化压铸成果，性能提升显著。奔驰全球首发最新科研成果—VISION EQXX，其中最大的创新在于车身的后部及前部塔顶应用了仿生工程结构部件，整个车身后部是由一块独立完整的铝合金铸件形成。与传统工艺相比，车身后部的刚性得以大幅提高，并有望减轻15-20%的重量。

沃尔沃将引入一体化压铸。沃尔沃将对其瑞典工厂投资100亿瑞典克朗，将在该工厂引进一些新的、更具可持续性的技术和制造工艺，其中包括一体化压铸工艺。

1.3、滑板底盘成为推动CTC和一体化压铸中长期发展的重要推动力

滑板底盘是当前汽车行业最重要的革命性技术之一，其最大的特点是上下车体解耦，从而大幅缩短整车研发周期。因此，滑板需要搭载非承载式车身结构和线控底盘；为了便于上装，底盘不能占据过多纵向空间，“三合一”等集成式电驱系统成为必需；高度集成智能化模块，需要以集中式EEA为基础，并实现软硬件解耦；在有限空间内提升动力电池的质量/体积能量密度，与CTC电池系统集成方案高度契合；高度集成后，底盘的结构更加复杂，一体化压铸能够更好匹配底盘工艺提升的需求。

近几年众多国内外厂商陆续推出自研的滑板底盘，技术正在逐步走向成熟。

02【设备、材料、模具、工艺】筑就四大壁垒

2.1、新能源汽车续航提升倒逼车身轻量化发展

新能源乘用车销量持续高增，2022年预计将超540万辆。2018年~2021年，新能源乘用车销量分别为：105、106、120、332万辆；2021年新能源乘用车渗透率为15.5%。2022年3月新能源乘用车渗透率已达24.7%，再创新高。我们认为，2022年新能源乘用车销量将超540万辆。

新能源汽车三电系统增重较大。相比燃油车，新能源汽车虽减少发动机、变速箱系统，但因电池能量密度（约0.1-0.3KWH/KG）低于燃油（12KWH/KG以上），三电系统增重较大。我们选取若干品牌下几款车型的不同动力版本进行整备质量的对比测算 ， 相比于燃油版车型 ， 纯电版重量增加约 19%~32% ， 插 混 版 增 加 约12~18%。

续航里程提升诉求倒逼汽车轻量化发展。相比传统燃油汽车，新能源汽车重量大导致续航里程受到严重影响。2019（第十三届）汽车轻量化大会中有数据显示，纯电动汽车整车重量每降低10%，平均续航里程将增加5%-8%。

汽车轻量化可显著改善新能源汽车各项性能，主要体现在环保性、效用性、动力性、安全性、制动性方面。

2.2、铝合金是当前性价比最高的车身轻量化材料

汽车轻量化的实现主要通过轻质材料的运用。汽车轻量化的主要途径有结构优化设计、轻量化材料应用、轻量化加工制造技术。其中，当前的主要汽车轻量化措施主要是采用轻质材料。

各类轻量化材料中，铝合金性价比最高。对比多种金属合金和复合材料，铝合金在性能、密度以及价格等多方面综合优势明显，是最具性价比的轻量化材料。

连接工艺、结构件性能及尺寸制约铝合金材料在汽车中的应用

铝合金车身的制造工艺复杂度远超钢制车身。若采用铝合金替代钢材，白车身通常可降重1/3左右。以奥迪A8为例，因采用全铝车身，白车身重量仅为215kg。但铝金属导热系数大，易造成焊缝性能下降、合金表面氧化层污染电极的问题，并且铝的热膨胀系数高易导致零件变形大。仍以奥迪 A8 为例，其车身制造需要包括MIG焊、远程激光焊等在内的14种连接工艺，工艺复杂度远高于以电阻焊为主的钢制白车身。

车身结构件对性能要求高，铝合金材料渗透率受限。通常，车身结构件尺寸大、结构复杂，且壁厚通常只有2-3mm，并需要具有高延伸率及较高强度，以满足安全性能（碰撞测试）要求和零件连接要求。随着工艺/材料/设备等重点技术突破，铝合金车身结构件渗透率有望持续提升。

压铸工艺起源于1885年，于1904年以压铸连杆轴承的形势最先应用于汽车工业中。压铸机经历气压压铸、冷室压铸、双冲头压铸等技术突破，目前压铸设备已发展为以压铸机/模具为核心、其他外围设备辅助的压铸岛。

2.3、高压压铸是适用于铝合金材料的高效加工工艺

高压压铸是适用于铝合金材料的高效加工工艺。压力铸造主要分为高压铸造、低压铸造、差压铸造等。其中，低压铸造与差压铸造多用于发动机、底盘区域，而高压铸造因效率高、加工零件壁厚小等特点，在汽车车身中的运用越来越多，是未来的重要方向。

压铸分为冷室压铸和热室压铸：冷室压铸主要应用于大型零部件的制造，如汽车零部件、通讯基站冷却部件等；热室压铸则广泛应用于小型电子或3C产品的生产，比如USB接头、笔记本壳体等。

表：铝合金加工工艺对比

2.4、压铸革新传统冲压&焊接工艺

压铸工艺革新传统冲压&焊接工序。较传统的冲压+焊接工序而言，一体化压铸部件一次成型，内部不需要额外连接，因此焊接、铆接、涂胶工艺的使用大幅减少，从而降低生产线上的人工成本，及焊接、涂胶机器人的成本。

压铸工艺材料利用率高达90%。压铸工艺主要包含前期的模具设计、中期的压射加压、后期的产品修剪和废品回收。据中国有色网等相关数据显示，相对于传统钢质车身中冲压&焊接工序中约60%-70%的材料利用率，而压铸工艺的材料利用率高达90%，这也从一定程度上降低了制造成本。

汽车行业对压铸工艺应用广泛，占国内压铸产量70%

压铸技术已广泛应于汽车零部件。据中铸产业网等数据显示，目前铸造铝合金约占汽车用铝量的80%，车身结构件中的副车架横梁、后纵梁、A柱等均可采用压铸铝合金制作，动力总成、智能系统等方面也开始应用压铸工艺。

汽车压铸零部件产量增长迅速。据中国铸造协会数据显示，2020年中国压铸件总产量为462万吨，同比增长3%，主要应用于汽车、机械、电子、照明等领域，其中汽车零部件占比最大，约70%。

通过调整强度、拉伸率，压铸工艺将应用于更多结构件及覆盖件。不同零部件对强度、拉伸率要求不同，车身结构件需具备良好的强度和抗冲击性能，车身覆盖件需具备更高延展率。我们认为，电机和电池包外壳等更多车身之外的零部件将来均可采用压铸工艺制造。

2.5.1、一体化压铸技术的壁垒：大型压铸机

大型压铸机行业进入门槛高。大型压铸机需要对复杂的系统进行协调控制，并对各部分的稳定性和结构进行优化，对理论、经验以及制造工艺都有很高的要求。同时，大型压铸机的“设计—试验—设计”周期非常长，前期需投入大量时间成本；大型压铸成形装备造价高昂，一旦样机试验失败将带来严重经济损失。

一体化压铸要求压铸机锁模力至少大于6000吨，目前掌握此类重型压铸机的产商国内只有以力劲、伊之密，国外以布勒为代表的为数不多的压铸机生产商。

2.5.2、一体化压铸技术的壁垒：材料配方

材料配方是一体化压铸技术的核心竞争点。一体化压铸对铝合金材料的性能提出更高要求，压射的合金熔液需具备良好的流变性能、较小的线收缩率和较小的凝固温度区间。复杂的材料配方大幅提升了一体化压铸的技术门槛，成熟掌握合金原料配方的企业在一体化压铸市场具备明显优势。

2.5.3、一体化压铸技术的壁垒：压铸模具

一体化压铸对模具的强度及韧性要求更高。与其他铸造工艺相比，压铸工艺特性主要体现在“高速充型与高压凝固”上，在温度、真空、成型方案、工艺参数、后处理等方面都比传统铸造工艺存在更高要求。相比普通压铸的模具，一体化压铸模具更复杂，对强度和韧性要求更高。

2.5.4、一体化压铸技术的壁垒：压铸工艺

高速充型特征易导致铸件失效。压力铸造的高速充型，易导致压室或型腔中的气体无法完全排出，这些气体卷入金属液，常以气孔的形式存在于铸件中，使铸件失去焊接的可能性。此外，如果工艺控制不当，还会造成铸件其他缺陷，影响铸件的本体品质，降低力学性能。

一体化压铸工艺复杂，全工艺要素均有较高要求。压铸工艺对生产合格的汽车结构件十分重要，正确地选择压射模式、压射参数等有利于减少压铸件中的缺陷。压铸件中的气体有相当一部分来自金属液在压室中的预充填阶段，所以应充分注意优化慢压射阶段的压射模式，避免金属液在压室中卷入气体。

来源：远瞻智库知识号