Cómo Tesla Giga Nevada entrega piezas de gran tamaño en menos de 24 horas con la Fuse X1

Tesla tiene tres equipos de fabricación aditiva repartidos por Estados Unidos, en Nevada, California y Texas, y para estos departamentos, la velocidad es fundamental. Hay piezas que se deben entregar en menos de 24 horas y el equipo de fabricación aditiva de tres personas de Tesla Giga en Nevada produce entre 10 000 y 30 000 piezas a la semana. Las impresoras deben ser rápidas, los tiempos de cambio mínimos y es fundamental que no haya parones en la producción. 

Para poder entregar piezas impresas en 3D mediante sinterizado selectivo por láser (SLS) en menos de 24 horas, el técnico de ingeniería Cody Jepsen solo puede utilizar sus impresoras SLS de gran formato tradicionales a la mitad de su altura, dividiendo las piezas de gran tamaño para que la impresión se complete en el tiempo asignado. Es algo que implica dedicar más tiempo y trabajo manual a preparar los archivos para la impresión, pegar las piezas y lijarlas. 

Todo eso ha cambiado con la Fuse X1. Ahora, Jepsen puede imprimir en 3D piezas grandes (más del doble de altas) en 24 horas sin dividirlas, lo que le ahorra tiempo y trabajo y le permite producir prototipos más fuertes y resilientes, así como sujeciones con guía, fijaciones y herramientas para las cadenas de producción.

Tesla Giga ya contaba con múltiples impresoras SLS de gran formato tradicionales. Aunque tienen grandes volúmenes de impresión, Jepsen nos cuenta: "Intentamos que nuestras impresiones duren menos de 24 horas. Aprovechamos al máximo el volumen de impresión para que quepan tantos pedidos como sea posible, pero siempre asegurándonos de que la impresión termine a tiempo para poder empezar otra al día siguiente". Debido a estas limitaciones de tiempo, Tesla Giga solo imprime en sus impresoras de gran formato tradicionales a alturas de aproximadamente 230 mm, lo que significa que en la práctica solo utiliza la mitad de su volumen de impresión.

Aquí es donde entra en juego la Fuse X1. El volumen de impresión de la Fuse X1 es de 330 × 330 × 565 mm, 7,5 veces mayor que el de la Fuse 1+ 30W, y es capaz de producir la mayoría de las impresiones en menos de 24 horas. Con la Fuse X1, Jepsen puede imprimir con una altura de 565 mm en 24 horas, que es más del doble que lo que ofrecen sus impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales. 

Las limitaciones de la altura de impresión a 230 mm en sus impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales obligaba a dividir las piezas en secciones y añadirles elementos de ensamblaje, lo que prolongaba el proceso de preparación. Una vez impresas, las piezas tienen que pegarse y lijarse, lo que añade todavía más tiempo y trabajo manual al proceso. Con la Fuse X1, Jepsen puede imprimir estas piezas en su totalidad, ahorrándose el tiempo y el trabajo de seccionarlas, añadir colas de milano para el ensamblaje, pegarlas y lijarlas. El volumen de impresión real, que es más de dos veces mayor, también permite incluir más piezas en una misma impresión, lo que ofrece un mayor rendimiento y permite a Jepsen reducir tanto su lista de tareas como sus tiempos de entrega. Reducir el número de tareas o proyectos pendientes también reduce la necesidad de externalizar las piezas, que es más lento y puede resultar hasta cuatro veces más caro que producirlas de forma interna. 

Debido al límite de 24 horas en sus tiempos de impresión, Jepsen solía dividir las piezas grandes en secciones de menos de 230 mm de altura para poder imprimirlas en ese plazo. Aunque esto le ahorraba tiempo de impresión, incrementaba el número de horas que había que dedicar al trabajo manual.

En primer lugar, era necesario dividir las piezas en el programa de CAD, lo que incluía dedicar tiempo a crear uniones de cola de milano. Después de la impresión, había que ensamblar las piezas, lo que requería entre 5 y 10 minutos para pegar cada unión y entre 15 y 20 minutos para lijarlas. En el caso de la sujeción con guía para reajustes que fabrican, esto suponía entre 20 y 25 minutos adicionales por cada pieza. 

Como la Fuse X1 puede imprimir la pieza completa en menos de 24 horas, Jepsen no necesita dividir la herramienta. Además, imprimirla en una sola pieza también le permite encajar más unidades de ella en una misma impresión. Después de la impresión, solo hace falta retirar el polvo y someter la pieza a un granallado, lo que se puede automatizar con la Fuse Blast. 

La sujeción con guía para reajuste permite a los técnicos ajustar las piezas de forma controlable y repetible para que se mantengan dentro de las especificaciones. En un principio, se imprimieron dos de ellas en cada una de las impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales que tenían, lo que llevó 72 horas de impresión más 72 horas de enfriamiento en cada impresora. Después de esto, hubo que pegar y lijar las piezas. En la Fuse X1, Jepsen puede imprimir cinco sujeciones con guía para reajuste en una sola impresión, en 24 horas y sin tener que dividirlas en secciones. Imprimirlas en una sola pieza mejora su resistencia a los impactos y su precisión dimensional, para que sean más duraderas y haya que reemplazarlas menos. 

Además, las impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales requieren que las piezas se enfríen dentro de la máquina para obtener una calidad de impresión óptima. Las soluciones de refrigeración externas aportan menos aislamiento, haciendo que las impresiones se enfríen más rápidamente y que el riesgo de deformación sea mayor, especialmente en el caso de las piezas delgadas. La Fuse X1 resuelve este problema con unidades de impresión modulares que cuentan con aislamiento integrado. Las impresiones se enfrían dentro de la propia unidad, manteniendo unas condiciones térmicas óptimas y permitiendo que la impresora comience el siguiente trabajo antes de que la impresión anterior haya terminado de enfriarse.

El departamento de Jepsen imprime muchos proyectos de ingeniería de embalaje para enviar piezas de una fábrica a otra. Un ejemplo es la parrilla portaventanas, que sujeta varias ventanas sobre un palé durante el transporte. Fabricar la parrilla portaventanas en 24 horas en sus impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales implicaba dividir cada una en dos piezas y luego imprimir cuatro piezas completas en una sola impresión. Con la Fuse X1, Jepsen puede imprimir ocho parrillas portaventanas en una sola impresión en 24 horas, duplicando la productividad de las impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales y eliminando el trabajo manual necesario para pegar las secciones de las piezas.

El tiempo que tardan en producirse las parrillas portaventanas es importante, así que poder incluir todas las parrillas en una sola impresión con la Fuse X1 significa que el pedido se puede completar en un día, en vez de los dos días que harían falta con las impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales.

Las impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales requieren entre 45 minutos y una hora de limpieza manual, que incluye tareas como frotar para quitar el polvo o retirar y limpiar las ventanas del láser y los deflectores de aire. A continuación, la máquina se debe poner en marcha de forma manual: hay que poner los ejes en su posición inicial, añadir el polvo de impresión e iniciar un ciclo de precalentamiento. Además, la preparación de los archivos para estas máquinas es muy exigente: a causa de la gestión de la temperatura las piezas de gran tamaño se deben colocar con cuidado. 

 Jepsen es la única persona en el taller que sabe utilizar las impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales. “Si yo no estoy aquí”, dice, “esas máquinas no funcionan”. En cambio, Jepsen puede formar a técnicos en el uso de la Fuse X1 en un solo día.

Cambiar de una impresión a otra en la Fuse X1 lleva menos de 15 minutos: basta con sacar la cámara de impresión, aspirar el polvo sobrante e introducir la nueva cámara de impresión. Preparar las impresiones es fácil e intuitivo con el software de preparación de impresiones PreForm. La gestión térmica variable de las impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales pone trabas a la colocación de las piezas y la densidad de compactación. La Fuse X1 cuenta con un control térmico adaptable que recopila y procesa datos de temperatura para controlar 13 zonas térmicas independientes que calientan, mantienen y sinterizan el polvo a una temperatura increíblemente precisa y estable. Esto da una mayor libertad de colocación y compactación de las piezas dentro del volumen de impresión, con lo que preparar las piezas en PreForm es más sencillo, ya que la orientación dentro de la impresión es menos importante, y también permite incluir más piezas en una sola impresión. Esto permite una mayor libertad de colocación, ya que la orientación de las piezas en la impresión es menos importante y resulta más fácil colocarlas en PreForm, así como colocar más piezas en una sola impresión.

El equipo de Tesla utiliza una cuña antimarcas para sujetar el cristal sin dañarlo. Es una pieza provisional que se necesitará durante seis meses.Jepsen había considerado en un principio la posibilidad de moldear por inyección la cuña, pero descubrió que el coste de imprimirlas en 3D por SLS era competitivo. Antes de la Fuse X1, Jepsen imprimía de 10 000 a 20 000 cuñas antimarcas al mes en impresiones dedicadas exclusivamente a ellas, ya que con las impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales, compactar piezas pequeñas alrededor de una pieza grande afectaría a la precisión dimensional de las piezas, debido a la menor calidad de su control térmico. Sin embargo, con las altas densidades de compactación que permite el Control Térmico Adaptable de la Fuse X1, Jepsen dice: "Con la Fuse X1, podemos compactar estas piezas alrededor de otras y aprovechar lo que de otro modo habría sido un espacio vacío, reduciendo todavía más nuestro coste por pieza".   

Imprimir la cuña antimarcas con impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales era más caro porque no se podían imprimir otras piezas con las cuñas, con lo que para mantener la rentabilidad, habrían tenido que pasar a moldear por inyección en cuanto el proyecto alcanzase entre dos o tres meses de duración. Pero Jepsen dice: "Ahora, con la reducción en el coste de las piezas que ofrece la Fuse X1, la ecuación cambia por completo y puede que no pasemos a un molde de inyección en absoluto". 

Las impresoras 3D de Formlabs han sido una de las principales armas en el arsenal del departamento de fabricación aditiva de Tesla Giga Nevada desde que se lanzó la Form 2. Ahora, también utilizan las impresoras 3D SLA Form 4 y Form 4L y las impresoras SLS Fuse 1+ 30W para fabricar piezas con materiales que incluyen la Rigid 10K Resin resistente al calor, la ESD Resin para componentes electrónicos o la familia de resinas Tough para piezas que deben sobrevivir a la cadena de montaje. Por supuesto, la velocidad siempre es esencial. 

Dado que el departamento de Jepsen produce entre 10 000 y 30 000 piezas a la semana, es vital que las impresoras estén activas constantemente. Poder realizar el mantenimiento y las reparaciones del equipo dentro de la misma empresa les ahorra mucho tiempo de inactividad. En el caso de las impresoras 3D SLS de gran formato tradicionales que han estado usando, no es raro que los problemas obliguen a esperar a que llegue un técnico, mientras que con las impresoras de Formlabs, Jepsen puede recibir piezas de recambio el mismo día en que las pide.

Jepsen dice que la intención de Tesla Giga siempre fue ampliar el departamento de fabricación aditiva, pero que a medida que las impresoras se han vuelto más rápidas, esa expansión se ha vuelto menos necesaria. 

Además del aumento de la productividad que aporta disponer de impresoras fiables y rápidas, el tamaño reducido de la Fuse X1, con una superficie de 1,3 m², también significa que se pueden colocar más impresoras en el mismo espacio, haciendo que ampliar las instalaciones sea menos necesario.Según Jepsen, a medida que las impresoras se han vuelto más rápidas, ha podido satisfacer la mayor demanda que le llega de toda la empresa sin necesidad de usar más espacio de trabajo. 

El departamento de Fabricación Aditiva de Tesla Giga usa varias tecnologías de impresión produce un gran volumen de piezas en menos de 24 horas, incrementando su producción con la ayuda de tecnología punta.

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