特斯拉内华达超级工厂如何借助 Fuse X1 在 24 小时内交付大型部件

特斯拉在美国内华达州、加利福尼亚州和德克萨斯州共设有三个增材制造团队，对他们而言，速度就是一切。部件需要在 24 小时内交付，仅特斯拉内华达超级工厂的三人增材制造团队，每周就要交付 1 万至 3 万个部件。打印机需要速度快、转换时间最短，正常运行时间更是重中之重。

为了能在 24 小时内交付选择性激光烧结 (SLS) 3D 打印部件，工程技术员 Cody Jepsen 不得不将传统大幅面 SLS 打印机的成型高度限制在一半运行，将大型部件分段处理，确保在规定时间内完成打印。但这同时也意味着需要额外的时间和人力去准备打印文件，以及后续的部件粘合和打磨工作。

Fuse X1 的出现，打破了这一局面。如今，Jepsen 可以在 24 小时内 3D 打印出高度翻倍的大型部件，无需再进行分段处理。不仅节省了打印时间、减少了人工操作，产出的原型以及生产线所需的夹具、固定装置和工具也更加坚固耐用。

特斯拉超级工厂拥有多台传统大幅面 SLS 打印机。虽然打印机的成型体积大，但正如 Jepsen 所言，“我们要尽量把打印时间控制在 24 小时以内。在此期间，我们会在成型体积允许的范围内尽可能多地承接订单，同时保证打印准时结束，以便次日如期开始新一轮打印。” 由于这一时间限制，特斯拉超级工厂的传统大幅面打印机只能以约 230mm 的高度进行打印，这意味着实际上只利用了机器一半的成型体积。

Fuse X1 旋即登场。其成型体积为 330 × 330 × 565mm，是 Fuse 1+ 30W 的 7.5 倍，同时大多数打印任务仍能在 24 小时内完成。有了 Fuse X1，Jepsen 可在 24 小时内实现 565mm 的成型高度－比传统大幅面 SLS 3D 打印机高出一倍以上。

传统大幅面 SLS 3D 打印机 230mm 的成型高度限制，迫使工程师必须将部件进行分段处理并添加燕尾榫，这大大延长了打印前的准备时间。打印完成后，还需要对部件进行粘合和打磨，进一步增加了时间与人工成本。而使用 Fuse X1，Jepsen 可以直接打印出完整的一体件，省去了分段、加榫、粘合和打磨的繁琐工序。有效成型体积扩大两倍有余也意味着单次打印可容纳更多部件，从而提高产量，帮助 Jepsen 减少积压订单数量并缩短交付时间。积压订单的减少，意味着对外包部件的需求也随之降低。外包不仅耗时更长，成本更是内部生产的 4 倍之多。

由于打印时间需控制在 24 小时以内，Jepsen 过去会将大型部件分段处理，使其高度低于 230mm，以确保能在规定时间内完成打印。虽然这样做节省了打印时间，但却增加了人工工时。

此前，部件需要先在 CAD 软件中进行分段设计，并创建燕尾榫接头。在打印完成后，还需对部件进行组装，每个接头需要 5 到 10 分钟的粘合和 15 到 20 分钟的打磨。对于返工夹具，每生产一套就需要额外耗费 20 到 25 分钟的后处理时间。

由于 Fuse X1 可在 24 小时内打印出完整部件，Jepsen 无需再对夹具进行分段处理。此外，一体成型打印还能让他在单次构建中排布更多夹具。打印完成后，只需对夹具进行除粉和介质喷砂处理即可，这一过程可通过 Fuse Blast 实现自动化。

这款返工夹具能让技术人员以可控且可重复的方式调整部件，使其符合规格要求。最初，每台传统大幅面 SLS 3D 打印机可打印两个夹具，打印时间和冷却时间均为 72 小时。之后，返工夹具还需进行粘合和打磨。而在 Fuse X1 上，Jepsen 仅需 24 小时就能一次性打印出五个完整的返工夹具，且无需分段。一体成型打印不仅提升了夹具的冲击强度和尺寸精度，还增强了耐用性，从而降低更换频率。

此外，传统大幅面 SLS 3D 打印机要求部件在机器内部冷却，以获得最佳打印质量。外部冷却解决方案的隔热性能较差，导致打印件冷却速度过快，增加翘曲风险，薄壁部件尤为如此。Fuse X1 则通过配备集成隔热结构的模块化 Build Unit（成型单元）解决了这一难题。打印件在成型单元内部即可完成冷却，既能维持理想的热环境条件，又可使打印机在上一个打印件尚未冷却完毕时便开始执行下一项打印任务。

Jepsen 所在的部门为工厂间的部件运输承接了大量包装工程项目。窗框隔断架便是其中之一，该支架在运输过程中可将多扇窗框固定于单个托盘上。若使用传统大幅面 SLS 3D 打印机，要在 24 小时内制造窗框隔断架，必须将每个部件分成两半，且单次构建最多只能打印四个完整部件。而借助 Fuse X1，Jepsen 可在 24 小时内一次打印八个窗框隔断架，不仅将传统大幅面 SLS 3D 打印机的产量翻倍，还彻底省去了粘合分段部件所需的人工成本。

窗框隔断架的周转时间很重要，因此能够将所有所需的支架放入单个 Fuse X1 打印任务中，意味着可以在一天内完成订单，而传统大幅面 SLS 3D 打印机则需要两天时间。

传统大幅面 SLS 3D 打印机需要 45 分钟到 1 小时的人工清洁时间，包括刷扫粉末、拆卸和清洁激光窗口和空气挡板。随后，还需要手动启动机器：归零轴位、添加粉末并开启预热循环。此外，这些机器的文件设置极为严苛－由于热管理的限制，大型部件必须仔细放置。

Jepsen 是该工厂唯一能够操作传统大幅面 SLS 3D 打印机的人员。他说，“如果我不在，那些机器就得停摆。” 相比之下，Jepsen 可以在一天内完成 Fuse X1 的技术培训。

Fuse X1 的更换不到 15 分钟－只需将成型室推出，吸走多余的粉末，再放入新的成型室即可。PreForm 打印准备软件可轻松直观地进行打印设置。传统大幅面 SLS 3D 打印机的可变热管理限制了部件的放置和打包密度。Fuse X1 配备自适应热控技术，可收集和处理热数据，以驱动 13 个独立的热区，从而在极其精确且稳定的温度下实现粉末的输送、维护和烧结。同时解锁了打包自由度，使得在 PreForm 中设置部件变得更加轻松－部件定向在成型室的重要性降低，同时也能够在单次打印中打包更多部件。

特斯拉团队使用无损垫片来固定玻璃，避免损坏或留下痕迹。这是一个临时部件，需要使用六个月。Jepsen 最初考虑过注射成型无损垫片，但发现 SLS 3D 打印的单个部件成本更具竞争力。在使用 Fuse X1 之前，Jepsen 每月会在专用构建中打印 1 万至 2 万个无损垫片。与传统大幅面 SLS 3D 打印机一样，由于热控制能力较差，将小部件围绕一个大部件进行堆叠会影响部件的尺寸精度。不过，得益于 Fuse X1 的自适应热控制功能，可实现高打包密度，Jepsen 表示：“有了 Fuse X1，我们能够将这些部件与其他部件一起打包，并利用原本会闲置的空间，进一步降低单件成本。”

由于需要专用构建，使用传统大幅面 SLS 3D 打印机打印无损垫片的成本更高，这意味着在项目进行两到三个月后转向注射成型是明智之举。但 Jepsen 表示：“现在，Fuse X1 降低了部件成本，这完全改变了我们的计算方式，我们可能根本不会转而使用注射模具。”

自 Form 2 以来，Formlabs 3D 打印机一直是特斯拉内华达超级工厂增材制造部门的主力军。如今，他们同时运行着 Form 4 和 Form 4L SLA 3D 打印机以及 Fuse 1+ 30W SLS 打印机，用以生产各类材料的部件，其中涵盖耐高温的 Rigid 10K Resin、用于电子元件的 ESD Resin，以及需要经受生产线考验的 Tough 树脂系列。当然，速度始终至关重要。

考虑到 Jepsen 的部门每周生产 1 万至 3 万个部件，打印机的正常运行时间至关重要。如果能够在内部维护和修理设备，最终可以缩短大量的停机时间。对于传统大幅面 SLS 3D 打印机来说，出现问题通常意味着需要等待服务技术人员上门。但对于 Formlabs 打印机，Jepsen 当天就能收到寄来的替换件。

Jepsen 表示，部门原本计划进行扩张，但随着打印机速度的提升，扩张变得不再必要。

除了可靠性和速度带来的产能提升，Fuse X1 占地面积仅为 1.3m²，这意味着可以在同样的空间内容纳更多的打印机，进一步降低了对扩张空间的需求。Jepsen 表示，随着打印机速度的提升，他无需增加占地面积就能应对公司内部日益增长的需求。

结合不同的打印机技术，特斯拉超级工厂的增材制造部门正利用最新技术，实现 24 小时内交付大批量部件，不断扩大生产规模。

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