Seit über 30 Jahren entwirft und beliefert die Farason Corporation kundenspezifische Automatisierungs- und Robotersysteme an Hersteller und lieferte über 900 Anlagen nach Nordamerika, Asien, Südamerika und Europa. Farason ergänzte seine Produktion mit Markforged 3D-Druckern, um die Design- und Produktionsmöglichkeiten zu erweitern, um sein Versprechen gegenüber Kunden einzuhalten, einzigartige Lösungen bereitzustellen, die exakt auf die individuellen Herausforderungen der Kunden zugeschnitten sind. Mitarbeiter der Farason Corporation entwickelten einen mechanischen Greifer mit einer kundenspezifischen Manschette für eine robotergesteuerte Automatisierungslösung im Verpackungsprozess.

Dixie Iron Works wurde 1933 gegründet und fertigt Ventile, Armaturen, Prozesspumpen und andere Geräte für die Durchflussregulierung für die Öl- und Gasindustrie. Ziel des Unternehmens ist es, die hochwertigsten und sichersten Durchflussregler bereitzustellen. Dixie Iron Works ist auch unter dem Namen seiner Hauptproduktlinie MSI bekannt.

In den letzten beiden Jahrzehnten hat das enorme Wachstum in der Öl- und Gasindustrie neue Wettbewerber angezogen. Infolgedessen wurden die von Dixie hergestellten Produkte zur Massenware. Der intensive Wettbewerb drückte die Preise so weit, dass Konkurrenten ihre Produktion ins Ausland verlagerten, um von niedrigeren Löhnen zu profitieren. Mit seinen beiden Werken in Texas setzte Dixie weiterhin auf die Produktion in den USA. 

Der jetzige Eigentümer Gerard Danos ist Ingenieur. Er ist fest davon überzeugt, dass Innovation die Zukunft von Dixie Iron Works sichert. Er vertraut seinen Ingenieuren und fordert sie auf, kreative Lösungen für die Herausforderungen des Unternehmens zu entwickeln. Außerdem hat er seine Belegschaft mit jungen Ingenieuren diversifiziert, die bereits in der Additiven Fertigung geschult sind und neue Ideen ins Spiel bringen. Diese Kombination bietet eine einzigartige Möglichkeit, ein Produktionsunternehmen zu führen.

Danos erkannte die Notwendigkeit von Innovationen, um auch zukünftig für den Markt relevant zu sein. Dies sollte insbesondere durch die Entwicklung neuer Produktdesigns erfolgen, die Premiumpreise rechtfertigen würden. Er war davon überzeugt, dass die Additive Fertigung eine Lösung sein könnte, um schnellere Iterationen von Entwürfen und eine vollständige Produktion von Teilen zu ermöglichen, ohne die ausgelasteten CNC-Produktionspläne des Unternehmens zu unterbrechen.

Deshalb investierte er in einen Markforged X7, einen Industriedrucker, der mit Endloscarbonfaser verstärkte Kompositmaterialien herstellen kann. Außerdem ermutigte er seine Ingenieure, die Möglichkeiten des Drucks mit Onyx, einem von Markforged entwickelten haltbaren Thermoplast, sowie den Druck von Metallteilen zu erkunden.

„Der größte Vorteil der Additiven Fertigung besteht darin, dass sie der Kreativität und der Fähigkeit, schnell Lösungen für die Probleme der Kunden zu finden, keine Grenzen setzt. Traditionelle Fertigungsmethoden bieten nicht die Möglichkeit, Innovationen so schnell voranzutreiben.“

– Gerard Danos, Geschäftsführer, Dixie Iron Works

Als ein Lieferant Dixie eine hohe Summe für technische Änderungen an einem O-Ring-Träger aus Nylon für 4,50 $ in Rechnung stellen wollte, ergab sich die Gelegenheit, den „Learning-by-doing“-Ansatz von Danos zu validieren. Die Ingenieure von Dixie verbesserten das Design der Stützringe, fertigten sie auf ihrem X7 und testeten sie. Sie waren von der Leistung der 3D-gedruckten Teile bei den erforderlichen Betriebsdrücken positiv überrascht. Dieser Erfolg inspirierte sie dazu, die Teile zu einem Stückpreis von nur 47 Cent selbst herzustellen.

Dixie stellt nun wöchentlich 400 O-Ringe mit einer Flotte von zehn Onyx One-Druckern her. Diese Erfahrung überzeugte Danos und seine Ingenieure davon der Additiven Fertigung eine Schlüsselrolle bei der Herstellung von Produktionsteilen einzuräumen. 

Als sie ihr Wissen über die Additive Fertigung erweiterten, stießen die Ingenieure von Dixie schließlich an die Leistungsgrenzen von 3D-gedruckten Teilen aus Kompositmaterial. Sie fragten sich, was alles mit Metall möglich sein könnte und ob sie mit dieser hochmodernen Technologie sogar Teile für die Produktion herstellen könnten.

Für Danos war die Investition in einen Markforged Metal X-Drucker eine einfache Entscheidung. Der Metal X bietet die Möglichkeit, industrietaugliche Teile aus Metall zu produzieren, und stellte eine ideale Lösung für die wachsenden Produktionsanforderungen von Dixie Iron Works dar. Er ist wirtschaftlicher als Metalldrucker, die auf die Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) zurückgreifen. Außerdem ist das verwendete Metallpulver durch ein Polymer gebunden, sodass keine persönliche Schutzausrüstung zum Schutz vor dem potenziell gefährlichen losen Pulver erforderlich ist.

Darüber hinaus greift der Metal X auf dieselbe Eiger Software wie die von Dixie verwendeten Onyx One- und X7-Drucker zu, wodurch die Ingenieure keine neue Druckmanagementsoftware erlernen mussten. Diese Kompatibilität erleichterte die Integration des Metal X in die bestehenden Prozesse.

Danos war nicht auf die weitere Entwicklung vorbereitet. Die Maschinenbediener in der Produktion sahen die Qualität der 3D-gedruckten Metallteile und fragten, ob sie den Drucker nutzen konnten, um Metallteile in geringeren Stückzahlen für die Produktion zu drucken – Teile, deren Einrichtung auf einer CNC-Maschine kompliziert und langwierig war, um eine kleine Anzahl von Teilen herzustellen. 

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Der Wegfall von erforderlichen Werkzeugen und von Rüstzeiten für diese Teile führte zu erheblichen Einsparungen. Das Team von Dixie erkannte, dass es kostengünstig Teile für die Kleinserienfertigung nach Bedarf herstellen konnte, ohne die CNC-Produktionskapazitäten des Unternehmens zu belasten. Die Überarbeitung von Teilen, um die Vorteile der Additiven Fertigung voll auszuschöpfen, führte zu zusätzlichen Einsparungen. 

Ein Teil, das Dixie Iron Works auf dem Metal X fertigt, ist ein Anschlag für ein Rückschlagventil. „Aufgrund seiner einzigartigen Fließeigenschaften war die Herstellung aus massivem Edelstahl sehr zeitaufwändig und teuer“, erinnert sich Danos. „Wir fertigten es auch im Gießverfahren. Um dieses Verfahren rentabel zu nutzen, mussten wir jedoch deutlich höhere Stückzahlen produzieren, als wir benötigten.“ Das Team druckt dieses Bauteil nun bei Bedarf auf dem Metal X.

Die Produktionskosten sind wesentlich geringer und Dixie Iron Works spart sich Geld für die Lagerhaltung zahlreicher Teile, die selten benötigt werden.

In einem anderen Fall hat das Team ein kleines komplexes Teil, das zuvor für die CNC-Bearbeitung vorgesehen war, so umgestaltet, dass es besser für das Metal X-Verfahren geeignet war. Eine gesamte Baugruppe wurde zu einer einzigen Komponente zusammengefasst, die 75 Prozent weniger Material verbraucht und mit einem einzigen Drucker hergestellt werden kann. Darüber hinaus wurde Kohlenstoffstahl, der zu Korrosion und Leistungsproblemen neigte, durch 17-4 PH Edelstahl ersetzt. „Wir waren in der Lage, die Produktionskosten (einschließlich der Arbeitskosten) von 20 bis 30 $ auf 5 $ für das Material zu senken“, betont Danos.

Das Team von Dixie Iron Works nutzt den Metal X auch zur Herstellung von verschleißfesten Greiferwerkzeugen für die industrielle Automatisierung. „In einem Fall haben wir lange, dünne Greifer entworfen und gedruckt, die aus Metall hergestellt werden mussten, um die erforderliche Haltbarkeit zu erreichen“, erklärte er.

Trotz der höheren Materialkosten von 3D-gedruckten Metallteilen im Vergleich zu ähnlichen CNC-gefrästen Teilen werden sie günstiger, wenn man die Programmierung der CNC-Maschine, die Einrichtung, die Werkzeuge und die Arbeitskosten für qualifizierte Bediener berücksichtigt. Aus diesem Grund ist das Design für den 3D-Druck zu einer der wichtigsten Grundlagen der Produktentwicklung und der kontinuierlichen Verbesserung bei Dixie Iron Works g

„Der Metall-3D-Druck vereinfacht einen sehr komplexen, arbeitsintensiven und kostspieligen Prozess.“

– Gerard Danos, Geschäftsführer, Dixie Iron Works

Der Metal X hat die Fähigkeit von Dixie Iron Works, Metallteile zu entwerfen und zu produzieren und das von Danos angestrebte Innovationsniveau zu erreichen, drastisch erweitert. Ein wichtiger Faktor für den Erfolg des Unternehmens ist die Bereitschaft von Danos, in Werkzeuge für die Additive Fertigung zu investieren. Eine große Rolle spielt auch sein Vertrauen in sein Team, deren Potenzial optimal auszuschöpfen.

Danos untersucht auch die Möglichkeiten von Metall Binder Jetting-Druckern wie dem PX100 von Markforged. Diese Technologie würde die Fähigkeiten von Dixie bei der Herstellung von Komponenten für die Endanwendung mithilfe der Additiven Fertigung weiter verbessern und eine Produktion in höheren Stückzahlen ermöglichen, während die mit dem Metal X erreichte Prozesseffizienz und Kosteneinsparungen beibehalten werden.