使用 Onyx?? 和連續(xù)碳纖維打印

用于 CNC 養(yǎng)護(hù)協(xié)作機(jī)器人的機(jī)械臂夾爪

客戶簡介

Dixie Iron Works 成立于 1933 年，主要為石油和天然氣行業(yè)提供閥門、接頭、油井檢修泵和其他流量控制設(shè)備。公司的使命是提供更優(yōu)質(zhì)、更安全的流量控制設(shè)備。Dixie Iron Works 因其名為 MSI 的主要產(chǎn)品系列而聞名。

在過去二十年里，石油和天然氣行業(yè)的蓬勃發(fā)展吸引來許多新的競爭對(duì)手。這導(dǎo)致 Dixie 生產(chǎn)的產(chǎn)品變得商品化。激烈的競爭使價(jià)格急劇下降，競爭對(duì)手們不得不將生產(chǎn)基地遷往海外，以獲取低價(jià)的勞動(dòng)力。而 Dixie 始終堅(jiān)持美國制造，并在德克薩斯州設(shè)有兩個(gè)工廠。

現(xiàn)任企業(yè)主 Gerard Danos 擁有工程學(xué)背景。他堅(jiān)信創(chuàng)新才是 Dixie Iron Works 的未來。他信任內(nèi)部工程師，并鼓勵(lì)他們針對(duì)公司面臨的挑戰(zhàn)，開發(fā)創(chuàng)造性的解決方案。此外，他還提倡員工隊(duì)伍多元化，通過聘用接受過增材制造培訓(xùn)的年輕工程師，為創(chuàng)新帶來新的思路。這些方法共同構(gòu)成了這家制造企業(yè)的獨(dú)特管理方式。

Metal X?? 打印的協(xié)作機(jī)器人夾爪底座

夾爪部分采用 Onyx?? 打印材料

挑戰(zhàn)

Danos 意識(shí)到，公司要想與時(shí)俱進(jìn)，就必須進(jìn)行創(chuàng)新，特別是新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。他認(rèn)為采用增材制造技術(shù)是一種方案，它可以在不干擾公司數(shù)控生產(chǎn)計(jì)劃的情況下，更快實(shí)現(xiàn)零件的設(shè)計(jì)迭代和全面生產(chǎn)。為此，他投資購買了一臺(tái) Markforged X7 打印機(jī)，這是一臺(tái)工業(yè)級(jí)打印機(jī)，能夠生產(chǎn)以連續(xù)碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料零件。他還鼓勵(lì)工程師使用 Markforged 開發(fā)的耐用熱塑性塑料 Onyx 以及金屬零件探索更多創(chuàng)新可能性。

采用 Onyx?? 材料打印的原材料夾爪

帶有采用 Onyx?? 和連續(xù)碳纖維材料打印的側(cè)裝延長工具

解決方案

當(dāng) Dixie 公司希望對(duì)價(jià)值 4.50 美元的尼龍 O 形圈支撐件進(jìn)行工程改造，而一家供應(yīng)商給出了高額報(bào)價(jià)后，Dixie 決定驗(yàn)證 Danos 的“在實(shí)踐中學(xué)習(xí)”的方法自行完成改造。Dixie 工程團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了支撐圈的設(shè)計(jì)，并在使用 X7 生產(chǎn)后進(jìn)行了測試。3D 打印零件在所需工作壓力下的性能表現(xiàn)令他們喜出望外。此次成功讓他們開始嘗試在內(nèi)部生產(chǎn)零件，這使得每個(gè)零件的成本僅為 47 美分。

現(xiàn)在，Dixie 每周需要使用十臺(tái) Onyx One 打印機(jī)生產(chǎn) 400 個(gè) O 形圈。這些經(jīng)驗(yàn)讓 Danos 和他的工程團(tuán)隊(duì)相信，增材制造技術(shù)可以在制造生產(chǎn)零件方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

隨著對(duì)增材制造技術(shù)的不斷學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)積累，Dixie 的工程師們最終遇到了 3D 打印復(fù)合材料零件的性能限制。他們想知道在金屬方面還有多大的發(fā)展空間，甚至考慮利用這種先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)零件。

對(duì) Danos 來說，投資購買 Markforged Metal X 打印機(jī)是一個(gè)順理成章的決定。Metal X 能夠生產(chǎn)工業(yè)級(jí)金屬零件，對(duì)于需要不斷擴(kuò)大的 Dixie Iron Works 而言，是一個(gè)理想的解決方案。它比激光粉末床熔融 (L-PBF) 金屬打印機(jī)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。而且，它使用的金屬粉末依靠聚合物粘合，因此，無需使用個(gè)人防護(hù)裝備來避免接觸到具有潛在危險(xiǎn)的松散粉末。

此外，Metal X 使用的 Eiger 軟件與 Dixie 的 Onyx One 和 X7 打印機(jī)相同，這意味著工程團(tuán)隊(duì)無需學(xué)習(xí)新的打印管理軟件。這種兼容性簡化了 Metal X 與現(xiàn)有流程的整合。

但接下來發(fā)生的事情卻出乎 Danos 的預(yù)料。工廠機(jī)械師看到 3D 打印金屬零件的質(zhì)量后，詢問他們是否可以預(yù)約利用其來打印小批量的金屬零件，這些零件如果利用數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)，則需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行復(fù)雜的機(jī)器設(shè)置。

在省去工具準(zhǔn)備和設(shè)置時(shí)間之后，生產(chǎn)這些零件最終節(jié)省了大量成本。Dixie 團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他們可以經(jīng)濟(jì)高效地按需生產(chǎn)小批量零件，而且不會(huì)對(duì)公司的數(shù)控生產(chǎn)能力造成壓力。重新設(shè)計(jì)零件以充分利用增材制造技術(shù)，還能節(jié)省更多成本。

Dixie Iron Works 在 Metal X 上生產(chǎn)過一個(gè)零件：飛鏢形止回閥限制裝置。“由于具有獨(dú)特的流動(dòng)特性，因此用實(shí)心不銹鋼加工非常耗時(shí)和昂貴”，Danos 回憶道，“我們也嘗試了鑄造技術(shù)，但是我們的產(chǎn)量必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際需要，才能使該方法具有成本效益?！爆F(xiàn)在，團(tuán)隊(duì)會(huì)根據(jù)需要在 Metal X 上打印這個(gè)組件。

生產(chǎn)成本大大降低，Dixie Iron Works 無需再為小批量零件庫存而耗費(fèi)資金。

在另一個(gè)案例中，團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了一個(gè)之前為數(shù)控加工而設(shè)計(jì)的復(fù)雜小零件，使其更適合 Metal X 流程。他們將裝配合并成單個(gè)組件，材料用量節(jié)省 75%，而且只需一臺(tái)打印機(jī)就能生產(chǎn)。此外，還將因易生銹而出現(xiàn)性能問題的碳鋼更換為 17-4PH 不銹鋼?！拔覀兂晒⑸a(chǎn)成本從 20-30 美元（含人工費(fèi)）降到材料費(fèi) 5 美元”，Danos 強(qiáng)調(diào)到。

Dixie Iron Works 團(tuán)隊(duì)還使用 Metal X 生產(chǎn)耐磨的臂端工具，用于工業(yè)自動(dòng)化。他指出：“在一個(gè)案例中，我們?cè)O(shè)計(jì)并打印了細(xì)長型夾爪，需要使用金屬材料才能達(dá)到所需的耐用性?！?/span>

盡管 3D 打印金屬零件的材料成本高于數(shù)控加工的同類產(chǎn)品，但如果考慮到數(shù)控機(jī)床編程、設(shè)置、工具準(zhǔn)備和雇傭訓(xùn)練有素的操作員的人工成本，其整體成本低于后者。正因如此，3D 打印設(shè)計(jì)已成為 Dixie Iron Works 產(chǎn)品開發(fā)和持續(xù)改進(jìn)的核心原則之一。

采用 Onyx?? 材料打印的簡單空氣吹掃工具

未來展望

Metal X 大大提高了 Dixie Iron Works 設(shè)計(jì)和生產(chǎn)金屬零件的能力，并達(dá)到了 Danos 所設(shè)想的創(chuàng)新水平。公司成功的一個(gè)重要因素在于，Danos 愿意投資采購增材制造工具，并相信他的團(tuán)隊(duì)能夠最大限度地發(fā)揮各自的潛力。

Danos 如今正在研究金屬粘結(jié)劑噴射技術(shù)打印機(jī)，如 Markforged 公司的 PX100。這項(xiàng)技術(shù)將進(jìn)一步增強(qiáng) Dixie 公司通過增材制造技術(shù)生產(chǎn)終端組件的能力，在保持 Metal X 所實(shí)現(xiàn)的過程效率和成本節(jié)約的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更大批量的生產(chǎn)。