采用3D金屬打印技術(shù)按需為飲料行業(yè)提供備件

利希滕費(fèi)爾斯（德國(guó)），2016 年 12 月19 日——如今，越來(lái)越多的3D金屬打印用戶通過(guò)采用增材制造技術(shù)開辟出了更多新的應(yīng)用可能。3D 設(shè)計(jì)創(chuàng)造的全新產(chǎn)品解決方案為生產(chǎn)制造和物流理念帶來(lái)了全新的概念。來(lái)自德國(guó)的不銹鋼部件生產(chǎn)專家Jung & Co. Ger?tebau 公司，因采用增材制造技術(shù)應(yīng)用于飲料灌裝生產(chǎn)，從而可以更快速度地為其提供產(chǎn)品備件。為此，我們專門采訪了Jung & Co. 的總經(jīng)理 Thomas Lehmann先生，就3D金屬打印的應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)勢(shì)展開了深入對(duì)話。

據(jù)了解，Jung & Co.公司是加工不銹鋼/合金、各種鋁合金或鈦等金屬材料的生產(chǎn)專家。擁有材料學(xué)方面最專業(yè)的技術(shù)知識(shí)、最先進(jìn)的CNC機(jī)床以及最專業(yè)的顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)。其業(yè)務(wù)范圍覆蓋飲料和食品行業(yè)、醫(yī)藥和化工技術(shù)、設(shè)備制造、航空以及化石燃料提取行業(yè)等。該公司的核心業(yè)務(wù)之一就是為飲料灌裝設(shè)備制造不銹鋼備件。

專業(yè)知識(shí)傳承確保真正的協(xié)同效應(yīng)

Jung & Co.公司主要是對(duì)不銹鋼、鋁和鈦等金屬材料進(jìn)行加工生產(chǎn)。40多年來(lái)，公司運(yùn)用自己的專業(yè)知識(shí)已將這些金屬產(chǎn)品應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)。現(xiàn)在，Jung & Co.除了采用傳統(tǒng)的切屑工藝進(jìn)行生產(chǎn)之外，又?jǐn)U展采用了最具創(chuàng)新概念的金屬激光熔融工藝——增材制造法。該制造法主要是通過(guò)一臺(tái)來(lái)自Concept Laser的M2 cusing Multiaser 實(shí)現(xiàn)。

Thomas Lehmann先生介紹說(shuō):“我們開發(fā)了一種跨工藝的、始終面向?qū)嶋H應(yīng)用的不銹鋼解決方案。我們通過(guò)傳統(tǒng)的切削法、混合制造法或完全的增材制造法生產(chǎn)零件或組件?？蛻艨梢詮奈覀円徽臼降娜轿环?wù)中快速得到精密的最終產(chǎn)品?！?/p>

在第一次體驗(yàn)增材制造法之后，Jung & Co.就邁出了第一步——“按需備件”一詞成為可能。對(duì)此，Thomas Lehmann介紹說(shuō)： “剛開始我們的客戶認(rèn)為：這個(gè)想法太瘋狂了！太貴了！完全不現(xiàn)實(shí)！因此，我們的工作首先是要讓人信服。”因“按需備件”這一理念恰恰是因?yàn)椴豢煞裾J(rèn)的經(jīng)濟(jì)因素才出現(xiàn)的。

連續(xù)使用中的飲料灌裝設(shè)備

具備高可用性和靈活性對(duì)于飲料行業(yè)的灌裝設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)樗仨毮軌蚬嘌b各種大小的瓶或罐。灌裝設(shè)備的任務(wù)包括：對(duì)瓶或罐進(jìn)行灌裝、封口，最后輸送到后處理站點(diǎn)。根據(jù)食品法，灌裝設(shè)備最重要的要求就是要保證清潔和衛(wèi)生。因此，不銹鋼是這個(gè)行業(yè)優(yōu)先選擇的材料。

對(duì)于飲料業(yè)的灌裝設(shè)備來(lái)說(shuō)，每小時(shí)高達(dá) 40,000 – 80,000 瓶或罐的生產(chǎn)速度并不是什么罕見(jiàn)的事。這個(gè)行業(yè)以速度“為生”。一旦停機(jī)，經(jīng)濟(jì)性就將大打折扣。查找故障、申購(gòu)備件、發(fā)貨和安裝——最壞情況下這些可能需要好幾天，交易中還可能出現(xiàn)交貨延遲。根據(jù)整條灌裝線的規(guī)模和灌裝能力，每小時(shí)的生產(chǎn)損失可達(dá)到約 4,000 歐元至約 30,000歐元。而有時(shí)，灌裝商不得已將生產(chǎn)轉(zhuǎn)向其它灌裝線時(shí)，還必須根據(jù)容器對(duì)其生產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)整。這些對(duì)于生產(chǎn)經(jīng)理和所有員工來(lái)說(shuō)，都是極力想要避免的緊急狀況。

對(duì)此，“我們總是對(duì)客戶說(shuō)：其實(shí)完全可以不必如此的。采用增材制造的不銹鋼部件可以做到按需打印生產(chǎn)，并且還可進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化?！盩homas Lehmann先生接著說(shuō)道：“但正是這個(gè)具有革命性的想法，導(dǎo)致了大部分客戶從一開始就表示懷疑?！笔聦?shí)上，Jung & Co. 已經(jīng)讓長(zhǎng)期合作的飲料行業(yè)客戶迅速轉(zhuǎn)向了增材制造。

減少組件中的部件并提高可用性

很早就和Concept Laser 合作，進(jìn)行不銹鋼激光熔融的 Thomas Lehmann先生非常清楚3D金屬打印的優(yōu)勢(shì)：增材制造解決方案意味著在保證 CAD 設(shè)計(jì)符合工藝要求的同時(shí)，還留有很高的幾何自由度。此外，部件或整個(gè)組件都可采用一步到位的方案出現(xiàn)。 如果灌裝商需要新的罐灌裝閥，完全可以根據(jù)CAD數(shù)據(jù)盡快制造出該部件供客戶安裝，從而大幅縮短停機(jī)時(shí)間。

為飲料灌裝機(jī)制造備件是Jung & Co.公司的核心業(yè)務(wù)之一。如剛才所述的罐灌裝閥，組件中很多都不是標(biāo)準(zhǔn)部件，而是客戶定制的解決方案。采用傳統(tǒng)方法制造時(shí)，因該組件由七個(gè)采用了1.4404 不銹鋼制成的部件組成，因此還需要增添必要的密封件。生產(chǎn)過(guò)程中，首先必須在 CNC 機(jī)床上通過(guò)銑削或車削精密切削出這些不銹鋼部件，然后手動(dòng)進(jìn)行裝配。接著將組件放入倉(cāng)庫(kù)，以便–為了以防萬(wàn)一–能夠快速反應(yīng)并讓灌裝設(shè)備重新起動(dòng)。

“現(xiàn)在，該罐灌裝閥經(jīng)過(guò)了重新設(shè)計(jì)，可以在 M2 cusing Multilaser 上僅通過(guò)一道工序即可制造完成。因此，無(wú)需再考慮因組件接合產(chǎn)生的密封件和接口。裝配的取消不僅降低了成本，還帶來(lái)了時(shí)間優(yōu)勢(shì)。采用傳統(tǒng)方式制造該部件，包括采購(gòu)必要的精密鑄造件在內(nèi)總共需要約 8 – 10 周時(shí)間，而采用增材制造法僅需約 1 周?！?Thomas Lehmann先生詳細(xì)地介紹說(shuō)，“原則上，當(dāng)出現(xiàn)突如其來(lái)的需求時(shí)，我們就可以這樣制造和準(zhǔn)時(shí)交付按需備件。對(duì)于作為制造商的我們和作為用戶的客戶來(lái)說(shuō)，如果需要讓檢修或停機(jī)時(shí)間盡可能短，那么這種可生產(chǎn)精密零件的工藝所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)必定是非常誘人的?！贝送?，不必提前采購(gòu)和存放備件也降低了資金投入。

新的部件解決方案和高可重復(fù)性

盡管如此，在增材制造生產(chǎn)的過(guò)程中，組件開發(fā)仍是一項(xiàng)小壯舉。高動(dòng)態(tài)性灌裝機(jī)的負(fù)載要求是很高的，因此罐灌裝閥需要經(jīng)過(guò)密集的負(fù)載測(cè)試。此外，還需要進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化和設(shè)計(jì)調(diào)整以及精加工成本和零件應(yīng)力消除調(diào)查。

Thomas Lehmann先生說(shuō)：“部件開發(fā)是一個(gè)激動(dòng)人心的過(guò)程。在開發(fā)過(guò)程中，會(huì)開辟出一條新的、有針對(duì)性的路徑。成品 3D 部件不僅看起來(lái)與傳統(tǒng)的不同，還會(huì)輕約 35 %。大多數(shù)情況下，重量減輕可能比這一比例還要多?！?/p>

根據(jù) Jung & Co. 提供的信息，采用增材制造法所創(chuàng)造的可能性是多層次的：可以引入輕量化方法或進(jìn)行功能集成，例如冷卻、回火或傳感器；可以進(jìn)行混合制造，這一方法具有非常重要的意義；高度的可重復(fù)性，一旦過(guò)程參數(shù)確定，即可確保質(zhì)量水平（包括隨附文檔）始終如一。Thomas Lehmann先生介紹說(shuō)：“3D 金屬打印的許多方面都需要在與客戶洽談時(shí)，進(jìn)行準(zhǔn)確的性能要求分析。只有通過(guò)對(duì)話才能獲得符合工藝要求的解決辦法，形成能夠讓部件性能比以前更強(qiáng)大的新解決方案。成本方面則最終決定了零件的性能和供貨的速度?！?/p>

Jung & Co.對(duì)3D金屬打印的展望

從2015年起，增材制造法就對(duì)Jung & Co.的CNC制造業(yè)務(wù)進(jìn)行了補(bǔ)充。目前，該公司已采用 Concept Laser帶有2x400W激光源的 M2 cusing Multilaser進(jìn)行增材制造生產(chǎn)。因?yàn)樾枨蟛粩嘣鲩L(zhǎng)，擴(kuò)大制造規(guī)模已勢(shì)在必行?！拔覀儗?duì) 3D 打印金屬部件的需求預(yù)計(jì)將保持穩(wěn)步的增長(zhǎng)。因此，能夠讓我們的員工，尤其是實(shí)習(xí)生們熟悉這項(xiàng)新技術(shù)，是一件讓我非常高興的事情?！盩homas Lehmann表示：“作為一家中型企業(yè)，獲取的專業(yè)知識(shí)在客戶洽談中始終都是重要的論據(jù)?！?/p>

此外，Jung & Co. 還計(jì)劃在今年采購(gòu)一臺(tái)移動(dòng)式激光掃描儀，借此將在為客戶快速供應(yīng)備件方面踏上一條全新的道路。Jung & Co.通過(guò)激光測(cè)量可以現(xiàn)場(chǎng)對(duì)客戶設(shè)備中需要替換的相關(guān)部件進(jìn)行數(shù)字描繪。特別是在緊急情況下，客戶將相關(guān)的 3D 文件在線發(fā)送給 Jung & Co. 后，就可立即在激光熔融設(shè)備上開始生產(chǎn)?！盀榱藢?shí)現(xiàn)過(guò)程鏈的完全數(shù)字化，激光掃描儀是符合邏輯的下一步?！盩homas Lehmann表示：“增材制造已為飲料行業(yè)灌裝設(shè)備備件開啟了一系列的美好前景?！?/p>

—采訪Jung & Co.總經(jīng)理ThomasLehmann先生—

編輯：Lehmann 先生，按需生產(chǎn)備件的想法是如何產(chǎn)生的？

Thomas Lehmann：實(shí)際上，這一直是Jung & Co.的夢(mèng)想。當(dāng)我們需要向客戶提供例如罐灌裝閥等產(chǎn)品時(shí)，采用傳統(tǒng)切削工藝，勢(shì)必需要一定的供貨時(shí)間。包括采購(gòu)必要的精密鑄造件的時(shí)間在內(nèi)，前后需要約12–15周時(shí)間。當(dāng)時(shí)的問(wèn)題是，如何才能做得更快。 在我們開始采用增材制造法之后，我們對(duì)產(chǎn)品的視角發(fā)生了改變。這一制造方法讓生產(chǎn)其他的幾何形狀成為可能，解決方案也可以更快、組件可以更少。此前由七個(gè)組件構(gòu)成的罐灌裝閥，現(xiàn)在可以在一道工序中制造完成，而且還削減掉了用于裝配連接的接口和密封件，重量也減輕了約35%?，F(xiàn)在，制造經(jīng)過(guò)優(yōu)化的增材部件僅一周時(shí)間就夠了

編輯：飲料行業(yè)的客戶反應(yīng)如何？

Thomas Lehmann：和其他行業(yè)一樣：剛開始他們都很保守和冷淡。 接下來(lái)馬上就會(huì)問(wèn)究竟會(huì)不會(huì)更便宜。實(shí)際上，增材制造法更多地是縮短了停機(jī)時(shí)間，并讓設(shè)備在檢修后可以快速投入運(yùn)行。在這方面以及在功能或質(zhì)量方面，3D解決方案都具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。然而，我們必須先對(duì)增材制造法進(jìn)行解釋，有時(shí)候這很艱難。因?yàn)樵霾闹圃旆ㄗ裱厥峭耆煌囊?guī)律，我們得淡化許多從傳統(tǒng)切削中獲得的認(rèn)知。

編輯：您是怎樣找到第一位證明人的呢？

Thomas Lehmann：在各項(xiàng)業(yè)務(wù)中總有客戶與我們保持著密集的對(duì)話，我們可以很好地互相傾聽(tīng)。最終，我們?yōu)檫@個(gè)項(xiàng)目爭(zhēng)取到了幾個(gè)試點(diǎn)客戶。這些客戶對(duì)該生產(chǎn)工藝都感到驚訝，竟然能夠如此快地實(shí)際交付罐灌裝機(jī)組件，并且還能保證以往的精度和密封性。在計(jì)算出高性能灌裝設(shè)備停機(jī)一小時(shí)所需付出的代價(jià)之后，客戶就能很快明白3D金屬打印解決方案的成本比傳統(tǒng)解決方案明顯更低。這既經(jīng)濟(jì)又輕松。此外，客戶還獲得了質(zhì)量和功能可靠、符合工藝要求的設(shè)計(jì)解決方案。