"Tesla에서는 불가능한 마감 기한을 설정하고 어떻게든 그 기한을 맞춥니다. 따라서 3D 프린팅 작업 시간은 기존 제조 방식에 비해 정말 큰 이점입니다."
Cody Jepsen, 테슬라 Giga NV의 엔지니어링 기술자, 적층 제조 담당
Tesla는 미국 네바다, 캘리포니아, 텍사스에 3개의 적층 제조 팀을 두고 있으며, 이 부서에서는 속도가 가장 중요합니다. 파트는 24시간 이내에 납품해야 하며, 네바다 주 Tesla Giga의 3인조 적층 제조 팀은 주당 10,000~30,000개의 파트를 납품합니다. 프린터는 속도가 빨라야 하고, 전환 시간이 최소화되어야 하며, 가동 시간이 핵심입니다.
24시간 이내에 선택적 레이저 소결(SLS) 3D 프린팅 파트를 제공하려면 엔지니어링 기술자인 코디 젭슨 씨가 레거시 대형 SLS 프린터를 절반 높이로만 실행하여 대형 파트를 분할하여 할당된 시간 내에 빌드를 프린팅할 수 있도록 해야 합니다. 하지만 그만큼 프린팅을 위한 파일을 준비하고, 파트를 접착하고, 샌딩하는 데 추가적인 시간과 노동력이 필요합니다.
Fuse X1으로 모든 것이 달라졌습니다. 이제 젭슨 씨는 24시간 이내에 대형 파트를 3D 프린팅할 수 있습니다. 이전보다 두 배 이상 높아졌으며 섹션으로 나누지 않아도 되므로 시간과 노동력을 절약할 수 있고 더 강하고 탄력적인 프로토타입과 생산 라인을 위한 지그, 고정구, 툴링을 제공할 수 있습니다.
24시간 이내에 대형 파트 생산
Tesla Giga에는 여러 대의 전통적인 대형 SLS 프린터가 있습니다. 빌드 볼륨은 크지만 젭슨 씨는 "빌드 시간을 24시간 이내로 유지하려고 노력합니다. 빌드 볼륨에 맞는 주문을 최대한 많이 받아 내일 또 다른 프린트를 시작할 수 있을 때까지 마칠 수 있습니다." 이러한 시간 제약으로 인해 Tesla Giga는 기존 대형 포맷 프린터에서 높이 ~230mm로만 프린팅하여 실질적으로 빌드 볼륨의 절반만 사용합니다.
“새로운 Fuse X1을 사용하면 기계의 밀도에 따라 24~26시간 이내에 Z 높이를 모두 다 사용할 수 있습니다. 따라서 하루 만에 전체 빌드 볼륨을 사용할 수 있다는 점이 바로 이 기계가 당사의 워크플로에서 빛을 발하는 부분입니다."
Cody Jepsen, 테슬라 Giga NV의 엔지니어링 기술자, 적층 제조 담당
Fuse X1을 소개합니다. Fuse X1의 빌드 볼륨은 330 x 330 x 565mm로 Fuse 1+ 30W의 7.5배에 달하지만 대부분의 빌드는 여전히 24시간 이내에 완료됩니다. Fuse X1을 사용하면 Jepsen은 24시간 만에 565mm의 빌드 높이를 제공할 수 있습니다. 이는 기존 대형 SLS 3D 프린터의 두 배가 넘는 수치입니다.
전통적인 대형 SLS 3D 프린터의 230mm 빌드 높이 제한으로 인해 파트를 분할하고 도브테일을 추가해야 하므로 프린트 전 과정이 길어집니다. 프린트가 완료된 후에는 파트를 접착하고 샌딩해야 하므로 프로세스에 시간과 노동력이 추가로 소요됩니다. Fuse X1을 사용하면 이러한 파트를 전체적으로 프린팅할 수 있으므로 섹션화, 도브테일 추가, 접착 및 샌딩에 드는 시간과 노동력을 절약할 수 있습니다. 2배 이상 커진 유효 빌드 볼륨으로 한 번에 더 많은 제품을 제작할 수 있어 생산성이 향상되고 백로그와 납기 시간을 단축할 수 있습니다. 백로그를 줄이면 파트를 외주 제작할 필요성이 줄어듭니다. 외주 제작은 사내 생산보다 느리고 비용도 4배까지 비쌀 수 있습니다.
대형 지그, 후처리 불필요
젭슨 씨는 24시간 프린트 시간 제한으로 인해 230mm 미만의 높이로 대형 파트를 분할하여 24시간 이내에 프린트할 수 있도록 했습니다. 이렇게 하면 프린트 시간은 단축되지만 작업 시간은 늘어납니다.
이제 Fuse X1에서 이 지그를 한 번에 프린팅할 수 있게 되어 지그 1개당 거의 1시간에 달하는 작업 시간을 절약할 수 있습니다.
우선 CAD에서 파트를 분할해야 하며, 이때 도브 테일 조인트를 만드는 시간도 포함됩니다. 그런 다음 프린팅 후에는 각 조인트를 접착하는 데 5~10분, 샌딩하는 데 15~20분이 걸리는 조립이 필요했습니다. 재작업 지그의 경우 지그당 20~25분이 추가로 소요되었습니다.
Fuse X1은 24시간 이내에 완성품을 프린팅할 수 있으므로 지그를 분할할 필요가 없습니다. 또한 한 번에 프린팅하면 빌드 한 번에 더 많은 지그를 만들 수 있습니다. 프린팅 후에는 지그를 탈분말하고 미디어 블라스팅만 하면 되는데, 이 작업은 Fuse Blast로 자동화할 수 있습니다.
"빌드 볼륨이 더 크고 프린트 속도가 더 빨라서 추가적인 CAD 작업, 조립 시간, 후처리 작업 없이 단일 파트를 프린트할 수 있을 뿐만 아니라 동일한 시간 내에 단일 빌드로 여러 개의 파트를 프린트할 수 있습니다. 이런 파트를 한 번에 프린팅하면 수작업 시간을 거의 1시간이나 절약할 수 있습니다."
Cody Jepsen, 테슬라 Giga NV의 엔지니어링 기술자, 적층 제조 담당
재작업 지그를 사용하면 기술자가 제어 가능하고 반복 가능한 방식으로 파트를 조정하여 사양에 맞출 수 있습니다. 원래는 전통적인 대형 SLS 3D 프린터마다 2개씩 프린팅하는 데 빌드 시간 72시간과 쿨링 시간 72시간이 소요되었습니다. 그 후, 재작업 지그를 접착하고 샌딩해야 했습니다. 젭슨 씨는 Fuse X1로 24시간 이내에 재작업 지그 5개를 한 번에 프린팅할 수 있습니다. 섹션을 나누지 않고도 말이죠. 한 번에 프린팅하면 충격 강도와 치수 정확도가 향상되어 내구성이 강화되고 교체율이 감소합니다.
| 기존 대형 SLS 3D 프린터 1대 | Fuse X1 1대 | |
|---|---|---|
| 재작업 지그 수 | 2 | 5 |
| 프린터 설정 시간 | 45분 | 5분 |
| 프린트 시간 + 냉각 시간: | 144시간 | 48시간 |
| 조립 시간 | 지그 1개당 약 25분, 총 약 50분 | 0분(한 번에 프린팅) |
| 총 파트 프린팅 시간 | 145시간 35분 | 24시간 5분 |
또한 기존의 대형 SLS 3D 프린터는 최고의 프린트 품질을 달성하려면 프린터 내부에서 파트를 냉각해야 합니다. 외부 냉각 솔루션은 단열성이 떨어져 빌드가 더 빨리 냉각되고 특히 얇은 파트의 경우 휨 위험이 증가합니다. Fuse X1은 통합 단열 기능이 있는 모듈식 빌드 유닛으로 이러한 문제를 해결합니다. 프린트물이 장비 내부에서 냉각되어 최적의 열 조건을 유지하면서 프린터는 이전 빌드가 냉각을 마치기 전에 다음 작업을 시작할 수 있습니다.
윈도우 던니지 랙의 처리량 2배로 늘리기
젭슨 씨의 부서는 한 공장에서 다른 공장으로 파트를 배송하기 위한 포장 엔지니어링 프로젝트를 많이 프린팅합니다. 한 가지 예는 윈도우 던니지 랙으로, 배송 중에 하나의 팔레트에 여러 개의 윈도우를 보관할 수 있습니다. 기존의 대형 SLS 3D 프린터로 24시간 안에 윈도우 더니지 랙을 제조하려면 각 랙을 두 개의 조각으로 분할한 다음 한 번의 빌드로 4개의 전체 파트를 프린팅해야 합니다. Fuse X1을 사용하면 Jepsen은 24시간 만에 8개의 윈도우 던니지 랙을 한 번에 프린팅할 수 있습니다. 이는 기존의 대형 SLS 3D 프린터의 처리량을 두 배로 늘리는 동시에 파트 섹션을 접착하는 데 필요한 작업을 없애줍니다.
Fuse X1은 기존 대형 SLS 3D 프린터로 파트를 분할하지 않고도 윈도우 던니지 랙을 2배로 프린팅할 수 있어 시간과 인력을 절약할 수 있습니다. 이전에는 흰색으로 프린팅된 파트를 절단하고 접착했습니다.
윈도우 던니지 랙은 납기일이 중요한데, Fuse X1 빌드 1회로 모든 랙을 제작할 수 있으므로 기존 대형 SLS 3D 프린터로는 2일이 걸릴 작업을 하루 만에 완료할 수 있습니다.
회전도 쉽고 프린팅도 쉽고
"기존의 대형 SLS 시스템에서는 누군가가 제대로 작동하도록 하려면 빌드를 설정하고 해당 기계를 독립적으로 작동하는 데 완전히 자신감을 갖기까지 3~4개월이 걸립니다. Fuse X1을 사용하면 기술자 누구나 하루 만에 장비를 작동하는 데 익숙해질 수 있다고 확신합니다."
Cody Jepsen, 테슬라 Giga NV의 엔지니어링 기술자, 적층 제조 담당
기존의 대형 SLS 3D 프린터는 분말을 문지르는 것부터 레이저 윈도우와 에어 배플을 제거하고 청소하는 데까지 45분에서 1시간의 수작업 청소가 필요합니다. 그런 다음 기계를 수동으로 시작해야 합니다. 축을 홈으로 이동하고, 분말을 추가하고, 예열 사이클을 시작해야 합니다. 또한, 이러한 기계의 파일 설정은 정확해야 하며, 열 관리로 인해 대형 파트를 신중하게 배치해야 합니다.
젭슨 씨는 전통적인 대형 SLS 3D 프린터를 운용할 수 있는 유일한 인력입니다. 그는 "제가 없으면," "기계가 작동하지 않습니다."라고 합니다. 반면에 Fuse X1의 경우 젭슨 씨가 하루 만에 기술자를 교육할 수 있습니다.
“Fuse X1을 사용하면 프린트 간 전환 시간이 5~10분에 불과하지만 기존의 대형 SLS 3D 프린터는 45분에서 1시간이 걸렸습니다.”
Cody Jepsen, 테슬라 Giga NV의 엔지니어링 기술자, 적층 제조 담당
Fuse X1의 빌드 챔버를 교체하는 데에는 15분이 채 걸리지 않습니다. 빌드 챔버를 꺼내어 남은 분말을 진공 청소기로 빨아들인 후 새 빌드 챔버를 넣기만 하면 됩니다. PreForm 프린트 준비 소프트웨어를 사용하면 프린트 설정이 쉽고 직관적입니다. 기존의 대형 SLS 3D 프린터는 가변적인 열 관리로 인해 파트 배치와 패킹 밀도가 제한됩니다. Fuse X1에는 13개의 독립형 열 구역을 구동하여 분말을 매우 정밀하고 안정적인 온도로 전달, 유지 및 소결하는 적응형 열 제어 기능이 있습니다. 이 기능은 열 데이터를 수집하고 처리합니다. 이렇게 하면 패킹의 자유도가 높아져 빌드 내에서 방향이 덜 중요해지고 PreForm에서 파트를 쉽게 설정할 수 있으며 단일 빌드에 더 많은 파트를 패킹할 수 있습니다.
성형 대신 월 20,000개의 파트 프린팅: 마모 방지 심
Tesla는 현재 SLS 3D 프린팅으로 한 달에 10,000~20,000개의 마모 방지 심을 프린트합니다. Fuse X1에서는 이러한 심을 다른 파트 주변에 포장하여 파트당 비용을 절감합니다.
Tesla 팀은 유리 표면에 흠집이나 자국을 남기지 않고 고정하기 위해 마모 방지 심을 사용합니다. 6개월간 필요한 임시 파트입니다.젭슨 씨는 처음에 비마모 심을 사출 성형하는 방법을 알아보았지만 SLS 3D 프린팅의 부품당 비용이 경쟁력이 있다는 사실을 알게 되었습니다. Fuse X1 이전에는 전용 빌드에서 한 달에 10,000~20,000개의 비마모성 시임을 프린팅했지만, 기존 대형 SLS 3D 프린터에서는 열 제어가 열악하여 큰 파트 하나를 중심으로 작은 파트를 포장하면 파트의 치수 정확도에 영향을 미쳤습니다. 그러나 Fuse X1의 Adaptive Thermal Control로 높은 적재 밀도를 달성할 수 있게 된 젭슨 씨는 "X1을 사용하면 다른 파트 주변에 이러한 파트를 패킹하고 그렇지 않으면 비어 있었을 공간을 활용하여 파트 단가를 더욱 낮출 수 있습니다."라고 합니다.
기존의 대형 SLS 3D 프린터로 비마모성 심을 프린팅하는 데는 전용 빌드가 필요했기 때문에 비용이 더 많이 들었고, 이는 프로젝트가 시작된 지 2~3개월 후에 사출 성형으로 전환하는 것이 합리적이라는 의미였습니다. 하지만 젭슨 씨는 “이제 Fuse X1으로 파트 비용이 절감되면서 계산이 완전히 달라졌고, 사출 성형으로 전환하지 않을 수도 있습니다.”라고 말합니다.
"생산량은 늘고 비용은 줄어들면서 Fuse X1 덕분에 저희 연구실이 지원할 수 있는 프로젝트의 범위가 완전히 달라졌습니다. 전통적으로는 사출 성형으로 넘어갔을 프로젝트도 이제는 연구실에서 처리할 수 있게 되었죠."
Cody Jepsen, 테슬라 Giga NV의 엔지니어링 기술자, 적층 제조 담당
더 많은 파트, 더 적은 골칫거리
Formlabs 3D 프린터는 Form 2 때부터 Tesla Giga Nevada의 적층 제조 부서에서 일꾼 역할을 해왔습니다. 이제 Form 4와 Form 4L SLA 3D 프린터와 Fuse 1+ 30W SLS 프린터를 함께 운용하여 내열성 Rigid 10K Resin에서 전자 파트용 ESD Resin까지, 생산 라인에서 살아남아야 하는 파트용 Tough Family of Resins까지 다양한 소재로 파트를 제작합니다. 물론 속도도 항상 중요합니다.
"Form 4의 프린트 속도 덕분에 같은 날에 파트를 납품할 수 있습니다. 현재 Form 4 세대 프린터로 7가지의 다양한 엔지니어링 소재를 사용하고 있습니다. 소재를 쉽게 교체할 수 있기 때문에 어떤 응용 분야든 적합한 소재를 사용할 수 있습니다. 따라서 지금 바로 파트를 반복 제작해야 하는 엔지니어가 있다면 Form 4에 파트를 올려 프린팅을 시작하고, 프린팅이 끝나면 후처리까지 마쳐서 같은 근무조가 끝나기 전에 엔지니어에게 파트를 전달할 수 있습니다."
Cody Jepsen, 테슬라 Giga NV의 엔지니어링 기술자, 적층 제조 담당
젭슨 씨의 부서에서 매주 10,000~30,000개의 파트를 생산하고 있다는 점을 고려하면 프린터 가동 시간이 중요합니다. 장비를 사내에서 유지 관리 및 수리할 수 있으면 궁극적으로 많은 가동 중지 시간을 절약할 수 있습니다. 기존의 대형 SLS 3D 프린터의 경우, 문제가 발생하면 서비스 기술자를 기다려야 하는 경우가 많습니다. 하지만 Formlabs 프린터를 사용하면 교체 부품을 당일에 받을 수 있습니다.
"저희에게 기계 가동 시간은 매우 중요합니다. Formlabs의 고객 지원은 산업용 3D 프린팅의 황금률을 확실히 제시합니다. Formlabs의 장비를 계속해서 사용하게 되는 이유는 바로 응답성, 소통, 그리고 고객과 협력하는 능력입니다.”
Cody Jepsen, 테슬라 Giga NV의 엔지니어링 기술자, 적층 제조 담당
젭슨 씨는 적층 제조 부서를 확장하는 것이 항상 의도였지만 프린터가 빨라지면서 확장이 덜 필요해졌다고 합니다.
“저는 기존의 대형 SLS 시스템 두세 대로 얻을 수 있는 것과 동일한 양의 파트를 한 대의 프린터로 얻고 있습니다. 즉, 기계를 뒤집는 횟수도 줄고, 유지 관리해야 할 기계도 줄고, 한 대의 기계에서 동일한 수의 파트를 얻을 수 있으니 골치 아픈 일이 훨씬 줄어들었습니다."
Cody Jepsen, 테슬라 Giga NV의 엔지니어링 기술자, 적층 제조 담당
신뢰할 수 있고 빠른 프린터가 제공하는 처리량 증가 외에도 Fuse X1의 12.5 ft2(1.3 m2)이라는 작은 설치 공간 덕분에 동일한 공간에 더 많은 프린터를 설치할 수 있어 공간 확장의 필요성이 줄어듭니다.젭슨 씨는 프린터의 속도가 빨라지면서 더 많은 공간을 차지하지 않고도 회사 전체의 더 큰 수요를 충족할 수 있었다고 합니다.
프린터 기술 전반에 걸쳐 Tesla Giga의 적층 제조 부서는 최신 기술을 활용하여 24시간 이내에 대량의 파트를 생산하여 생산량을 확장하고 있습니다.
Formlabs 3D 프린터와 Fuse X1을 살펴보며 안정적이고 고생산성인 3D 프린터에 대해 자세히 알아보거나, 영업팀에 문의하여 견적을 요청해 보세요.