使用 Onyx®️ 和连续碳纤维打印 用于 CNC 养护协作机器人的机械臂夹爪
客户简介
Dixie Iron Works 成立于 1933 年，主要为石油和天然气行业提供阀门、接头、油井检修泵和其他流量控制设备。公司的使命是提供更优质、更安全的流量控制设备。Dixie Iron Works 因其名为 MSI 的主要产品系列而闻名。
在过去二十年里，石油和天然气行业的蓬勃发展吸引来许多新的竞争对手。这导致 Dixie 生产的产品变得商品化。激烈的竞争使价格急剧下降，竞争对手们不得不将生产基地迁往海外，以获取低价的劳动力。而 Dixie 始终坚持美国制造，并在德克萨斯州设有两个工厂。
现任企业主 Gerard Danos 拥有工程学背景。他坚信创新才是 Dixie Iron Works 的未来。他信任内部工程师，并鼓励他们针对公司面临的挑战，开发创造性的解决方案。此外，他还提倡员工队伍多元化，通过聘用接受过增材制造培训的年轻工程师，为创新带来新的思路。这些方法共同构成了这家制造企业的独特管理方式。
Metal X™️ 打印的协作机器人夹爪底座 夹爪部分采用 Onyx®️ 打印材料
挑战
Danos 意识到，公司要想与时俱进，就必须进行创新，特别是新产品设计。他认为采用增材制造技术是一种方案，它可以在不干扰公司数控生产计划的情况下，更快实现零件的设计迭代和全面生产。为此，他投资购买了一台 Markforged X7 打印机，这是一台工业级打印机，能够生产以连续碳纤维增强的复合材料零件。他还鼓励工程师使用 Markforged 开发的耐用热塑性塑料 Onyx 以及金属零件探索更多创新可能性。
采用 Onyx®️ 材料打印的原材料夹爪 带有采用 Onyx®️ 和连续碳纤维材料打印的侧装延长工具
解决方案
当 Dixie 公司希望对价值 4.50 美元的尼龙 O 形圈支撑件进行工程改造，而一家供应商给出了高额报价后，Dixie 决定验证 Danos 的“在实践中学习”的方法自行完成改造。Dixie 工程团队改进了支撑圈的设计，并在使用 X7 生产后进行了测试。3D 打印零件在所需工作压力下的性能表现令他们喜出望外。此次成功让他们开始尝试在内部生产零件，这使得每个零件的成本仅为 47 美分。
现在，Dixie 每周需要使用十台 Onyx One 打印机生产 400 个 O 形圈。这些经验让 Danos 和他的工程团队相信，增材制造技术可以在制造生产零件方面发挥关键作用。
随着对增材制造技术的不断学习和经验积累，Dixie 的工程师们最终遇到了 3D 打印复合材料零件的性能限制。他们想知道在金属方面还有多大的发展空间，甚至考虑利用这种先进技术生产零件。
对 Danos 来说，投资购买 Markforged Metal X 打印机是一个顺理成章的决定。Metal X 能够生产工业级金属零件，对于需要不断扩大的 Dixie Iron Works 而言，是一个理想的解决方案。它比激光粉末床熔融 (L-PBF) 金属打印机更加经济实惠。而且，它使用的金属粉末依靠聚合物粘合，因此，无需使用个人防护装备来避免接触到具有潜在危险的松散粉末。
此外，Metal X 使用的 Eiger 软件与 Dixie 的 Onyx One 和 X7 打印机相同，这意味着工程团队无需学习新的打印管理软件。这种兼容性简化了 Metal X 与现有流程的整合。
但接下来发生的事情却出乎 Danos 的预料。工厂机械师看到 3D 打印金属零件的质量后，询问他们是否可以预约利用其来打印小批量的金属零件，这些零件如果利用数控机床生产，则需要花费大量的时间进行复杂的机器设置。
在省去工具准备和设置时间之后，生产这些零件最终节省了大量成本。Dixie 团队发现，他们可以经济高效地按需生产小批量零件，而且不会对公司的数控生产能力造成压力。重新设计零件以充分利用增材制造技术，还能节省更多成本。
Dixie Iron Works 在 Metal X 上生产过一个零件：飞镖形止回阀限制装置。“由于具有独特的流动特性，因此用实心不锈钢加工非常耗时和昂贵”，Danos 回忆道，“我们也尝试了铸造技术，但是我们的产量必须远远超过实际需要，才能使该方法具有成本效益。”现在，团队会根据需要在 Metal X 上打印这个组件。
生产成本大大降低，Dixie Iron Works 无需再为小批量零件库存而耗费资金。
在另一个案例中，团队重新设计了一个之前为数控加工而设计的复杂小零件，使其更适合 Metal X 流程。他们将装配合并成单个组件，材料用量节省 75%，而且只需一台打印机就能生产。此外，还将因易生锈而出现性能问题的碳钢更换为 17-4PH 不锈钢。“我们成功将生产成本从 20-30 美元（含人工费）降到材料费 5 美元”，Danos 强调到。
Dixie Iron Works 团队还使用 Metal X 生产耐磨的臂端工具，用于工业自动化。他指出：“在一个案例中，我们设计并打印了细长型夹爪，需要使用金属材料才能达到所需的耐用性。”
尽管 3D 打印金属零件的材料成本高于数控加工的同类产品，但如果考虑到数控机床编程、设置、工具准备和雇佣训练有素的操作员的人工成本，其整体成本低于后者。正因如此，3D 打印设计已成为 Dixie Iron Works 产品开发和持续改进的核心原则之一。
采用 Onyx®️ 材料打印的简单空气吹扫工具
未来展望
Metal X 大大提高了 Dixie Iron Works 设计和生产金属零件的能力，并达到了 Danos 所设想的创新水平。公司成功的一个重要因素在于，Danos 愿意投资采购增材制造工具，并相信他的团队能够最大限度地发挥各自的潜力。
Danos 如今正在研究金属粘结剂喷射技术打印机，如 Markforged 公司的 PX100。这项技术将进一步增强 Dixie 公司通过增材制造技术生产终端组件的能力，在保持 Metal X 所实现的过程效率和成本节约的同时，实现更大批量的生产。
