Dixie Iron Works社/MSI

1933年に創業したDixie Iron Works社は、石油・ガス業界にバルブ、継手、井戸サービスポンプや、その他のフロー制御機器を供給しています。同社は、最高品質で最も安全なフロー制御機器を提供することを使命としています。また同社は、同社の一次製品ライン名であるMSIでも知られています。

石油・ガス業界は過去20年間にわたって急成長を遂げてきましたが、それによって新たな競合他社が引き寄せられました。その結果、Dixie Iron Works社が製造した製品はコモディティ化しました。激しい競争により価格が大きく引き下げられたため、競合他社は安価な労働力を活用するべく、製造拠点を海外に移しました。同社は米国から拠点を移さず、テキサス州にある2つの工場で製造を継続しました。 

現オーナーのGerard Danos氏には、エンジニアリングのバックグラウンドがあります。イノベーションは同社の未来を形成すると同氏は考えています。エンジニアたちを信頼し、同社が直面する課題に対して創意工夫に富んだ解決策を生み出すよう発破をかけています。また、アディティブ製造のトレーニングをすでに受けた、仕事に新しい発想をもたらす若いエンジニアを採用し、従業員の多様性を図っています。こうしたアプローチは、独自の管理方法で製造業を営む姿勢につながっています。

Danos氏は、変化し続ける市場で生き残り成功するには、特にプレミアム価格を成り立たせる新しい製品設計の開発によるイノベーションが必要であると気づきました。アディティブ製造の導入は、Dixie Iron Works社の多忙なCNC生産スケジュールを中断させることなく、より迅速な設計の反復とパーツの完全生産を実現する解決先になりうると同氏は考えました。この目的を達成するために、連続カーボンファイバーで強化した複合パーツを造形できる産業グレードのプリンターであるMarkforged X7に投資しました。さらに同氏は、Markforgedが開発した高耐久性熱可塑性プラスチックであるOnyxと、金属パーツの可能性を模索するよう、エンジニアを促しました。

サプライヤーが、4.5ドルのナイロン製サポートOリングの設計変更に対し、Dixie Iron Works社に高額の請求を行おうとした際、実行を通じて学ぶというDanos氏のアプローチを立証する機会が到来しました。同社のエンジニアリングチームは、サポートリング設計を改善してX7で造形し、テストしました。チームは、必要な動作圧力で発揮された3Dプリントパーツの性能に、うれしい驚きを覚えました。この成功により、1個あたりわずか47セントでパーツを社内生産することに意欲的になりました。

Dixie Iron Works社は現在、10台のOnyx Oneプリンターを使用して、毎週400個のOリングを製造しています。この体験により、Danos氏とエンジニアリングチームは、生産パーツの製造においてアディティブ製造が重要な役割を担うことができると確信しました。 

同社のエンジニアがアディティブ製造の知識ベースを広げるにつれ、3Dプリントされた複合パーツの性能の限界にやがて直面することになりました。この最先端技術を使用して生産パーツを製造する可能性も含め、金属をどの程度まで活用できるのかについて思いをめぐらしました。

Danos氏は、Markforged Metal Xプリンターへの投資を難なく決断することができました。Metal Xは産業グレードの金属パーツを製造できる機能を備えており、製造要件を広げていた同社にとって、最適なソリューションでした。Metal Xは、レーザーパウダーベッド方式（L-PBF）金属プリンターよりも経済的です。また、Metal Xで使用する金属パウダーはポリマーと結合するため、潜在的に危険な遊離したパウダーへのばく露から保護するための個人保護具が不要です。

しかもMetal Xでは、同社が所有するOnyx OneプリンターとX7プリンターで使用するEigerソフトウェアを使用できるため、エンジニアリングチームは新しいプリント管理ソフトウェアを習得せずに済みます。この互換性により、Metal Xを既存のプロセスに効率的に統合できました。

Danos氏は、Metal Xの導入によるいくつかのビジネス上の成果については想定していませんでした。3Dプリントされた金属パーツの性能を確認した工場の機械工は、Metal Xを使用して少量生産の金属パーツをプリントする時間を予定に入れることができるかどうか尋ねました。この金属パーツを生産するには、少量生産に合わせて複雑なセットアップをCNCマシンで行う必要があり、かなりの時間がかかっていました。 

これらのパーツ用のツールを準備したり、セットアップを行ったりする必要がなくなり、コストを大幅に削減できました。同社のチームは、同社のCNC生産機能を酷使することなく、必要に応じて少量生産パーツをコスト効率よく製造できることを認識しました。アディティブ製造を最大限に活用するためにパーツを再設計すると、さらにコストを削減できました。 

同社がMetal Xで造作しているパーツの1つに、ダート逆止弁があります。Danos氏は、次のとおり振り返ります。「このパーツのフロー特性は独特であるため、固いステンレス鋼から機械加工で製造するには非常に多くの時間とコストがかかっていました。このパーツの鋳造も行っていましたが、必要とする数量よりもはるかに多くの数量を製造しなければならず、コスト効率のよいアプローチとは言えませんでした」。チームは現在、このパーツが必要になったときにMetal Xでプリントしています。

生産コストが大幅に削減されただけでなく、Dixie Iron Works社は、少量生産パーツの在庫にかかるコストを確保する必要がなくなりました。

別の事例として、同社のチームは、CNC加工用に以前設計された複雑な小型パーツを、Metal Xのプロセスに合うように再設計しました。チームは、アセンブリを単一のコンポーネントに統合してマテリアルの使用量を75%削減し、1台のプリンターで製造できるようにしました。また、腐食して、性能の劣化を引き起こす傾向のあるカーボンスチールから、SUS630ステンレス鋼に切り替えました。「人件費を含め、20～30ドルかかっていた生産コストを、マテリアルにかかる5ドルのみに抑えることができました」と、Danos氏は強調します。

同社のチームは、Metal Xを使用して、耐摩耗性に優れた産業オートメーション用アームエンドツールも製造しています。「ある事例では、必要な耐久性を確保するために、金属で作る必要があった細長いグリッパーを設計してプリントしました」と、同氏は説明します。

3Dプリントされた金属パーツは、CNC加工されたパーツよりもマテリアルコストが高くなりますが、CNCマシンのプログラミング、セットアップ、ツールの準備、高度なトレーニングを受けたオペレーターの人件費を計算に入れると、コストは低くなります。そのため、3Dプリントに合わせて設計することが、同社における製品開発と継続的改善の基本原則の1つとなりました。

Metal Xによって金属パーツを設計および製造する能力が格段に向上し、Danos氏が思い描いたレベルのイノベーションの実現を可能にしました。同社の成功の大きな要因は、同氏がアディティブ製造ツールに積極的に投資したことと、チームが自分たちの可能性を最大限に発揮できると同氏が信頼したことにあります。

同氏は、MarkforgedのPX100と同様に、金属バインダージェッティングプリンターの可能性を模索しています。このテクノロジーにより、同社は、Metal Xで実現したプロセスの効率性とコスト削減を維持しつつ、アディティブ製造を活用して最終用途コンポーネントを製造する能力をさらに強化し、生産量を増やすことができます。