딕시 아이언 웍스(Dixie Iron Works)/MSI

딕시 아이언 웍스는 1933년 석유 및 가스 산업에서 밸브, 피팅, 유정 펌프와 기타 유량 제어 장비를 공급하기 위해 설립되었습니다. 이 회사는 최고 품질로 가장 안전한 유량 제어 장비 공급을 사명으로 합니다. 딕시 아이언 웍스는 주요 제품 라인 이름인 MSI로도 알려져 있습니다.

지난 20년 동안 석유 및 가스 산업의 엄청난 성장과 함께 새로운 경쟁자가 등장했습니다. 그 결과 딕시가 생산한 제품은 평범한 상품이 되었습니다. 경쟁이 치열해지면서 가격이 하락했고, 경쟁사들은 값 싼 노동력을 활용하기 위해 제조 공장을 해외로 이전했습니다. 딕시는 텍사스에 있는 미국 내 두 공장에서 제조에 전념하고 있습니다. 

현재 소유주인 제라드 다노스는 엔지니어링 경력을 갖고 있습니다. 그는 혁신을 해야 딕시 제철소의 미래가 있다고 굳게 믿고 있습니다. 그는 엔지니어들을 신뢰하고 회사가 당면한 과제에 대한 창의적인 솔루션을 개발하도록 독려합니다. 또한 적층 제조에 대한 교육을 받고 참신한 사고를 가진 젊은 엔지니어를 뽑아 인력을 다양화했습니다. 이 적층 제조 방식은 제조 비즈니스에 있어서 독특한 방식을 더했습니다.

다노스 사장은 회사의 중요성을 유지하려면 혁신이 필요하고, 특히 프리미엄 가격을 책정할 수 있는 새로운 제품 디자인을 개발해야 한다는 것을 깨달았습니다. 그는 적층 제조를 도입하면 회사 CNC 장비의 바쁜 생산 일정을 방해하지 않으면서도 설계를 더 빠르게 반복 수정하고 파트를 완벽하게 생산할 수 있는 솔루션이 될 수 있다고 믿었습니다. 이를 위해 연속 탄소 섬유 강화 복합재 파트를 생산할 수 있는 산업용 프린터인 Markforged X7를 구매했습니다. 그는 엔지니어들에게 금속 파트뿐만 아니라 Markforged에서 개발한 내구성이 뛰어난 열가소성 플라스틱인 Onyx로 제작할 수 있는 가능성을 탐색해 보라고 독려했습니다.

한 공급업체가 4.50달러짜리 나일론 오링 지지대의 엔지니어링 설계 변경에 대해 상당한 금액을 딕시에 청구하려 했을 때 다노스 사장의 '제작하며 배워보는' 접근을 해 볼 기회가 생겼습니다. 딕시 엔지니어링 팀은 서포트 링 디자인을 개선하여 X7에서 제작하고 테스트를 해봤습니다. 작동 압력에 필수로 견디는 3D 프린팅 파트의 성능이 좋아서 놀라움을 금치 못했습니다. 이 성공을 바탕으로 개당 47센트에 불과한 비용으로 파트를 자체 생산할 수 있게 되었습니다.

딕시는 현재 10대의 Onyx One 프린터를 사용하여 매주 400개의 오링을 제조하고 있습니다. 이 경험을 통해 다노스 사장과 엔지니어링 팀은 적층 제조가 생산 파트 빌드에 핵심적인 역할을 할 수 있다는 확신을 갖게 되었습니다. 

적층 제조 지식 기반을 확장해 나가던 딕시 엔지니어들은 결국 3D 프린팅 복합재 파트의 성능 한계에 부딪혔습니다. 하지만 그들은 금속으로 얼마나 더 멀리 나아갈 수 있을지, 나아가 이 최첨단 기술을 활용해 생산 파트까지 생산할 수 있을지 궁금해했습니다.

다노스 사장 입장에서는 Markforged Metal X 프린터에 투자하는 것은 쉬운 결정이었습니다. 산업용 금속 파트 생산 기능까지 제공하는 Metal X는 딕시 아이언 웍스의 제조 방식 확장 필요성에 이상적인 솔루션을 제시했습니다. 레이저 파우더 베드 소결(L-PBF) 금속 프린터보다 더 경제적입니다. 또한 금속 분말 재료는 폴리머로 결합되어 있어 잠재적으로 위험한 가루에 노출되는 것을 막는 개인 보호 장비가 필요하지 않습니다.

또한 Metal X는 딕시의 Onyx One 및 X7 프린터와 동일한 Eiger 소프트웨어를 사용하므로 엔지니어링 팀은 새로운 프린트 관리 소프트웨어를 배울 필요가 없었습니다. 이러한 호환성 덕분에 Metal X를 기존 공정에 통합하는 작업이 간단했습니다.

다노스 사장은 다음에 일어날 일에 대비하지 못했습니다. 공장의 CNC엔지니어는 3D 프린팅된 금속 파트의 품질을 보더니 소량 생산 금속 부품, 즉 소량의 파트를 생산하려고 CNC 기계에서 복잡한 설정을 하느라 시간이 많이 소비하는 것 보다 3D 프린팅하도록 예약할 수 있는지 문의했습니다. 

이런 소량 파트 만들려고 CNC 기계에서 했던 툴링 및 설정 시간을 덜어줌으로써 상당한 비용을 절감할 수 있었습니다. 딕시 팀은 회사의 CNC 생산 능력에 부담을 주지 않으면서도 소량 생산 파트를 필요에 따라 비용 효율적으로 빌드할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 적층 제조를 최대한 활용하도록 파트를 재설계하여 추가 비용을 절감했습니다. 

딕시 아이언 웍스가 Metal X에서 제작 중인 파트 중 하나는 다트 체크 밸브 스톱입니다. "독특한 흐름 특성 때문에 단단한 스테인리스강으로 장비를 가공하는 것은 시간과 비용이 매우 많이 들었습니다."라고 다노스는 회상합니다. "사출성형도 해봤지만 개당 비용 효율적으로 접근하기 위해 필요한 것보다 훨씬 더 많이 제작해야 했습니다." 이제 팀은 필요에 따라 이 부품을 Metal X에서 프린트합니다.

생산 비용이 훨씬 적게 들고, 딕시 아이언 웍스는 더 이상 생산량이 적은 파트를 과다 생산해서 재고에 돈을 묶어둘 필요가 없습니다.

또 다른 사례로, 이전에 CNC 가공용으로 설계된 작고 복잡한 파트를 Metal X 공정에 더 적합하도록 재설계했습니다. 이들은 어셈블리를 단일 구성품으로 통합하였고, 따라서 재료 사용량을 75% 줄이고 프린터 한 대에서 생산할 수 있습니다. 또한 부식이 잘 일어나고 성능 문제가 발생하는 경향이 있는 탄소강에서 17-4PH Stainless Steel로 교체했습니다. "인건비를 포함해 20~30달러에 달하던 생산 비용을 재료비 5달러로 줄일 수 있었습니다."라고 다노스는 강조합니다.

딕시 아이언 웍스 팀은 또한 Metal X를 사용하여 산업 자동화를 위한 내마모성 로봇팔 종단 장치(EOAT, End-of-Arm) 공구를 생산합니다. "어떤 경우에는 필수 내구성을 갖추기 위해 금속으로 만들어야 하는 길고 얇은 그리퍼를 디자인하고 프린트한 적이 있습니다."라고 그는 지적했습니다.

3D 프린팅 금속 재료비는 CNC 기계 가공에 비해 높지만, CNC 기계 프로그래밍, 설정, 툴링 및 고도로 숙련된 작업자의 인건비를 고려하면 오히려 저렴해집니다. 이것이 바로 3D 프린팅용 설계가 딕시 아이언 웍스에서 제품 개발과 지속적인 개선의 핵심 원칙이 된 이유입니다.

Metal X로 딕시 아이언 웍스는 금속 파트 설계와 생산 능력을 획기적으로 확장하고 다노스가 상상했던 수준의 혁신을 달성할 수 있게 되었습니다. 이 회사의 성공 요인 중 하나는 적층 제조 공구에 대한 다노스 사장의 투자 의지와 잠재력을 극대화하려는 팀을 믿어 주는 신뢰에 있었습니다.

다노스는 Markforged의 PX100과 같은 금속 바인더 젯팅 프린터의 잠재력을 검토하고 있습니다. 이 기술은 적층 제조를 통해 최종 사용 구성품을 생산하는 딕시의 역량을 더욱 강화하여 Metal X를 통해 달성한 공정 효율성과 비용 절감 효과를 유지하면서 대량 생산을 가능하게 합니다.