Comment Tesla Giga Nevada produit de grandes pièces en moins de 24 h avec la Fuse X1
« Chez Tesla, nous fixons des délais impossibles et nous les respectons d'une manière ou d'une autre. Le délai de production de l'impression 3D est donc un énorme avantage par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles. »
Cody Jepsen, technicien en ingénierie, fabrication additive chez Tesla Giga NV
Tesla dispose de trois équipes de fabrication additive réparties dans le Nevada, la Californie et le Texas. Pour ces départements, la vitesse est essentielle. Les pièces doivent être livrées en moins de 24 heures, et l'équipe de fabrication additive de trois personnes de Tesla Giga Nevada livre entre 10 000 et 30 000 pièces par semaine. Les imprimantes doivent être rapides, réduire les temps de transition au strict minimum et garantir une disponibilité maximale.
Pour livrer des pièces imprimées en 3D par frittage sélectif par laser (SLS) en moins de 24 heures, le technicien en ingénierie Cody Jepsen ne peut faire fonctionner ses imprimantes SLS grand format traditionnelles qu'à mi-hauteur, en découpant les grandes pièces afin que l’impression soit terminée dans le temps imparti . Mais cela implique un temps et un travail supplémentaires pour préparer les fichiers pour l'impression, coller les pièces et les poncer.
Tout cela a changé avec la Fuse X1. Désormais, M. Jepsen peut imprimer en 3D des pièces de grande taille — plus de deux fois plus hautes qu'auparavant — en 24 heures, sans avoir à les diviser en plusieurs parties, ce qui permet de gagner du temps et de la main-d'œuvre et de fournir des prototypes plus solides et plus résistants, ainsi que des gabarits, des fixations et des outils pour les lignes de production.
Production de grandes pièces en moins de 24 heures
Tesla Giga possède plusieurs imprimantes SLS traditionnelles grand format. Bien qu'elles aient de grands volumes d'impression, M. Jepsen déclare : « Nous essayons de garder nos impressions en dessous de 24 heures. Nous acceptons autant de commandes que possible dans ce volume de fabrication, tout en veillant à ce qu'elles soient terminées à temps pour que nous puissions lancer une autre impression le lendemain. » En raison de ces contraintes de temps, Tesla Giga n'imprime sur ses imprimantes traditionnelles grand format qu'à des hauteurs d'environ 230 mm, ce qui signifie que l'entreprise n'utilise effectivement que la moitié de son volume de fabrication.
« Avec la nouvelle Fuse X1, nous pouvons utiliser toute la hauteur Z dans un délai de 24 à 26 heures, en fonction de la densité d'agencement dans la machine. Pouvoir utiliser tout le volume d'impression au cours d'une seule journée est vraiment l'avantage de cette machine dans notre flux de travail. »
Cody Jepsen, technicien en ingénierie, fabrication additive chez Tesla Giga NV
Voici la Fuse X1. Le volume d'impression de la Fuse X1 est de 330 x 330 x 565 mm, soit 7,5 fois celui de la Fuse 1+ 30W, tout en achevant la plupart des impressions en moins de 24 heures. Avec la Fuse X1, M. Jepsen peut offrir une hauteur d'impression de 565 mm en 24 heures, soit plus du double de celle des imprimantes 3D SLS grand format traditionnelles.
La hauteur d’impression limitée à 230 mm des imprimantes 3D SLS grand format traditionnelles oblige à sectionner les pièces et à ajouter des queues d’aronde, ce qui prolonge le processus de préparation. Une fois imprimées, les pièces doivent ensuite être collées et poncées, ce qui ajoute du temps et de la main-d'œuvre au processus. Avec la Fuse X1, Jepsen peut imprimer ces pièces dans leur intégralité, ce qui permet d'économiser le temps et la main-d'œuvre nécessaires à la découpe, à l'ajout de queues d'aronde, au collage et au ponçage. Le volume d'impression effectif, plus de deux fois supérieur, permet également d'intégrer davantage de pièces dans une seule impression, ce qui permet d'augmenter le rendement et de réduire le retard et les délais de livraison. La réduction des retards fait diminuer le besoin de sous-traiter des pièces, solution à la fois plus lente et jusqu'à 4 fois plus coûteuse que la production en interne.
Grands gabarits, sans post-traitement
En raison de la limite de 24 heures pour les temps d'impression, M. Jepsen avait l'habitude de diviser les grandes pièces afin qu'elles mesurent moins de 230 mm de haut, ce qui lui permettait de les imprimer en moins de 24 heures. Si cela permettait de gagner du temps d'impression, cela augmentait les heures de travail.
Ce gabarit peut désormais être imprimé en une seule pièce sur la Fuse X1, ce qui permet d'économiser près d'une heure de travail par gabarit.
Tout d'abord, les pièces doivent être divisées dans le logiciel de CAO, ce qui comprend le temps nécessaire pour créer des assemblages à queue d'aronde. Ensuite, après l'impression, les pièces doivent être assemblées, chaque assemblage prenant 5 à 10 minutes à coller et 15 à 20 minutes à poncer. Pour le gabarit de retouche, cela représentait 20 à 25 minutes supplémentaires par gabarit.
Comme la Fuse X1 peut imprimer la pièce complète en moins de 24 heures, Jepsen n'a pas besoin de sectionner le gabarit. En outre, le fait de l'imprimer en une seule pièce lui permet également de faire tenir plus de gabarits dans une seule impression. Après l'impression, le gabarit n'a besoin que d'être dépoudré et sablé, ce qui peut être automatisé avec la Fuse Blast.
« Grâce à son volume d’impression accru et à sa vitesse d’impression supérieure, nous pouvons produire cette pièce en une seule fois, sans CAO supplémentaire, sans assemblage ni finition additionnels, tout en intégrant plusieurs pièces dans une même impression, sans allonger le temps de production. Nous pouvons économiser près d'une heure de travail manuel en les imprimant en une seule pièce. »
Cody Jepsen, technicien en ingénierie, fabrication additive chez Tesla Giga NV
Le gabarit de retouche permet aux techniciens d'ajuster les pièces de manière contrôlable et répétable afin de les rendre conformes aux spécifications. À l'origine, deux pièces étaient imprimées sur chaque imprimante 3D SLS grand format traditionnelle, ce qui nécessitait 72 heures de temps d'impression et 72 heures de refroidissement par imprimante. Après cela, le gabarit de retouche devait être collé et poncé. Sur la Fuse X1, M. Jepsen peut imprimer cinq gabarits de retouche en une seule impression en 24 heures, sans avoir à les sectionner. L'impression en une seule pièce permet d'améliorer la résistance aux chocs et la précision dimensionnelle, pour une meilleure durabilité et un taux de remplacement réduit.
| Une imprimante 3D SLS traditionnelle grand format | Une Fuse X1 | |
|---|---|---|
| Nombre de gabarits de retouche | 2 | 5 |
| Temps de configuration de l'imprimante | 45 min | 5 min |
| Temps d'impression + refroidissement | 144 h | 48 h |
| Temps d'assemblage | ~25 min par gabarit, soit ~50 min au total | 0 min (imprimé en une seule pièce) |
| Durée totale jusqu’à la pièce | 145 h 35 min | 24 h 5 min |
En outre, les imprimantes 3D SLS grand format traditionnelles nécessitent que les pièces refroidissent à l'intérieur de la machine pour obtenir la meilleure qualité d'impression possible. Les solutions de refroidissement externes offrent moins d'isolation, ce qui entraîne un refroidissement plus rapide des pièces et augmente le risque de déformation, en particulier pour les pièces fines. La Fuse X1 résout ce problème grâce à des unités de fabrication modulaires dotées d'une isolation intégrée. Le refroidissement s'effectue dans l'unité elle-même, ce qui permet de maintenir des conditions thermiques optimales tout en permettant à l'imprimante de commencer la tâche suivante avant que l'impression précédente n'ait fini de refroidir.
Capacité de production doublée pour le support de calage des fenêtres
Le service de M. Jepsen réalise de nombreux projets d’ingénierie d’emballage destinés au transport de pièces entre différentes usines. Un exemple est le support de calage pour fenêtres, qui permet de transporter plusieurs fenêtres sur une seule palette. La fabrication du support de calage des fenêtres sur les imprimantes 3D SLS traditionnelles grand format en 24 heures nécessitait la division de chaque pièce en deux parties, puis d'imprimer quatre pièces complètes en une seule fois. Avec la Fuse X1, Jepsen peut imprimer huit supports de calage des fenêtres en une seule fois, en 24 heures, ce qui double le rendement des imprimantes 3D SLS traditionnelles grand format tout en éliminant le travail manuel nécessaire pour coller les différentes parties des supports.
La Fuse X1 peut imprimer deux fois plus de supports de calage pour fenêtres que les imprimantes 3D SLS grand format traditionnelles sans découper la pièce, ce qui permet de gagner du temps et de réduire la main-d'œuvre. Les pièces précédemment imprimées (en blanc) ont été découpées et collées.
Le délai de fabrication des supports de calage pour fenêtres est important, donc la possibilité de faire tenir tous les supports nécessaires dans un seul volume d'impression sur la Fuse X1 permet de terminer la commande en une journée, contre deux sur les imprimantes 3D SLS grand format traditionnelles.
Prise en main rapide, impression simplifiée
« Avec les systèmes SLS grand format traditionnels , il faut trois à quatre mois pour qu'une personne soit vraiment opérationnelle et qu'elle se sente pleinement en confiance pour configurer une impression et faire fonctionner ces machines de manière autonome. Avec la Fuse X1, je suis convaincu que nous pouvons former n'importe lequel de nos techniciens en une journée et qu'il sera à l'aise avec la machine. »
Cody Jepsen, technicien en ingénierie, fabrication additive chez Tesla Giga NV
Les imprimantes 3D SLS grand format traditionnelles nécessitent 45 minutes à une heure de nettoyage manuel, du brossage de la poudre au retrait et au nettoyage des fenêtres laser et des déflecteurs d'air. Ensuite, la machine doit être démarrée manuellement : axes mis à zéro, poudre ajoutée et cycle de préchauffage lancé. En outre, la configuration des fichiers pour ces machines est très exigeante : en raison de la gestion thermique, les grandes pièces doivent être placées avec soin.
M. Jepsen est la seule personne sur le site capable de faire fonctionner les imprimantes 3D SLS traditionnelles grand format. « Si je ne suis pas là », dit-il, « ces machines ne fonctionnent pas. » En revanche, M. Jepsen peut former des techniciens sur la Fuse X1 en une journée.
« Avec la Fuse X1, le temps de remise en production entre deux impressions n’est que de cinq à dix minutes, contre 45 minutes à une heure avec nos imprimantes 3D SLS grand format traditionnelles. »
Cody Jepsen, technicien en ingénierie, fabrication additive chez Tesla Giga NV
Il faut moins de 15 minutes pour remplacer une chambre de fabrication sur une Fuse X1 : il suffit de retirer la chambre de fabrication, d'aspirer l'excès de poudre et d'installer la nouvelle chambre de fabrication. La configuration de l'impression est facile et intuitive avec le logiciel de préparation d'impression PreForm. La gestion thermique variable des imprimantes 3D SLS traditionnelles de grand format limite le placement des pièces et la densité d'agencement. La Fuse X1 est équipée d'un système de contrôle thermique adaptatif qui collecte et traite les données thermiques afin de contrôler 13 zones thermiques indépendantes qui chauffent, maintiennent et frittent la poudre à une température incroyablement précise et stable. Cela offre une plus grande liberté d'agencement, car l'orientation des pièces dans le logiciel PreForm est moins importante et il est possible de placer plus de pièces dans un seul lot.
Produire 20 000 cales non marquantes par mois par impression 3D plutôt que par moulage
Tesla imprime actuellement de 10 000 à 20 000 cales non marquantes par mois grâce à l'impression 3D SLS. Avec la Fuse X1, ces cales sont placées autour d’autres pièces dans le volume d’impression, ce qui réduit le coût par pièce.
L'équipe de Tesla utilise une cale non marquante pour maintenir le verre sans l'abîmer ni le marquer. Il s’agit d’une pièce de rechange temporaire qui sera nécessaire pendant six mois.M. Jepsen avait initialement envisagé de mouler par injection la cale non marquante, mais a constaté que le coût par pièce de l'impression 3D SLS était compétitif. Avant la Fuse X1, Jepsen imprimait entre 10 000 et 20 000 cales non marquantes par mois dans des lots dédiés, les imprimantes 3D SLS grand format traditionnelles ne permettant pas d'agencer de petites pièces autour d'une grande pièce sans compromettre la précision dimensionnelle en raison d'un contrôle thermique insuffisant. Cependant, grâce à la densité d'agencement élevée rendue possible par le contrôle thermique adaptatif de la Fuse X1, M. Jepsen explique : « Avec la X1, nous pouvons placer ces pièces autour d'autres pièces et utiliser ce qui aurait autrement été un espace vide, ce qui réduit encore notre coût par pièce. »
L’impression de cette cale non marquante sur des imprimantes SLS 3D traditionnelles était plus coûteuse, car elle nécessitait des impressions dédiées, si bien qu’il aurait été pertinent de passer au moulage par injection après deux ou trois mois de production. Mais M. Jepsen déclare : « Désormais, avec le coût réduit des pièces sur la Fuse X1, cela change complètement la donne et nous ne passerons peut-être pas du tout au moulage par injection. »
« Grâce à l'augmentation du rendement et à la réduction des coûts, la Fuse X1 a complètement changé notre perspective sur les types de projets que notre laboratoire peut prendre en charge, par rapport à ceux que nous aurions traditionnellement confiés au moulage par injection. »
Cody Jepsen, technicien en ingénierie, fabrication additive chez Tesla Giga NV
Plus de pièces, moins de tracas
Depuis la Form 2, les imprimantes 3D de Formlabs sont des piliers du département de fabrication additive de Tesla Giga Nevada. Aujourd'hui, ils utilisent également les imprimantes 3D SLA Form 4 et Form 4L et les imprimantes SLS Fuse 1+ 30W pour fabriquer des pièces dans des matériaux allant de la Rigid 10K Resin résistante à la chaleur à l'ESD Resin pour les composants électroniques, en passant par la famille de résines Tough pour les pièces qui doivent survivre à la chaîne de production. Bien sûr, la rapidité est toujours essentielle.
« La vitesse d'impression de la Form 4 nous permet de livrer les pièces le jour même. Nous utilisons actuellement sept matériaux d'ingénierie différents avec les imprimantes de génération Form 4. La facilité de changement de matériaux nous permet d'utiliser le matériau approprié pour chaque application. Si un ingénieur a besoin de faire des itérations sur une pièce, nous la lançons sur la Form 4, nous l'imprimons, nous la post-traitons et nous la lui remettons avant la fin de son service. »
Cody Jepsen, technicien en ingénierie, fabrication additive chez Tesla Giga NV
Étant donné que le département de M. Jepsen produit entre 10 000 et 30 000 pièces par semaine, le temps de disponibilité des imprimantes est essentiel. La possibilité d'entretenir et de réparer les équipements en interne permet de réduire considérablement les temps d'arrêt. Pour les imprimantes 3D SLS grand format traditionnelles, le moindre problème implique souvent d’attendre l’intervention d’un technicien de maintenance. Avec les imprimantes Formlabs, en revanche, M. Jepsen peut recevoir les pièces de rechange dès le jour même.
« Pour nous, le temps de disponibilité des machines est essentiel. Le service client de Formlabs est la référence en matière d’impression 3D industrielle. La réactivité, la communication et la capacité à travailler avec le client nous incitent à revenir sans cesse à l'équipement Formlabs. »
Cody Jepsen, technicien en ingénierie, fabrication additive chez Tesla Giga NV
M. Jepsen explique que l'intention a toujours été d'étendre le département de fabrication additive, mais que, les imprimantes devenant plus rapides, cette extension devient moins nécessaire.
« J'obtiens le même nombre de pièces avec une seule imprimante qu'avec deux ou trois systèmes SLS traditionnels grand format. Moins de machines à faire tourner, moins de machines à entretenir, et bien moins de casse-tête pour produire le même nombre de pièces avec une seule machine.
Cody Jepsen, technicien en ingénierie, fabrication additive chez Tesla Giga NV
Outre les gains de productivité offerts par des imprimantes rapides et fiables, le faible encombrement de la Fuse X1 — seulement 1,3 m² — permet d’installer davantage de machines dans un même espace, réduisant ainsi le besoin d’agrandir les installations.Selon M. Jepsen, la vitesse croissante des imprimantes lui a permis de répondre à des demandes plus importantes dans toute l'entreprise, sans avoir besoin de plus d'espace.
Grâce à différentes technologies d'impression, le département de fabrication additive de Tesla Giga fournit un grand nombre de pièces en moins de 24 heures, en utilisant les dernières technologies pour augmenter sa production.
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