利希滕費爾斯（德國），2016 年 12 月19 日——如今，越來越多的金屬3D打（dǎ）印用戶（hù）通過采用增材製造技術開辟出了更多新的應用可能。3D設計創造的全新產品解決方案為生產製造和物流理念帶來了全新的概念。來自德國的（de）不鏽鋼部件生產專家Jung & Co. Gertebau 公司，因（yīn）采用增材製造技術應用於飲（yǐn）料（liào）灌裝生產，從而可以更（gèng）快（kuài）速度地為其提供產品備件。為此（cǐ），我們專門采訪了Jung & Co. 的總經理 Thomas Lehmann先生，就金屬3D打印的應用領域（yù）和優勢展開了深入對話。

 

　　據了解，Jung & Co.公司是（shì）加工不鏽鋼（gāng）/合金、各（gè）種鋁合金或鈦等金屬材料的生產專家。擁有材料學方麵最（zuì）專業（yè）的技術（shù）知識、最先進的 CNC 機床以（yǐ）及最專業（yè）的顧問團（tuán）隊。其業務（wù）範圍覆蓋飲料和食品行業、醫藥和化工技術、設備（bèi）製造、航空以及化石燃料提取行業等。該公司的核（hé）心業務之一就（jiù）是為飲料灌（guàn）裝設備（bèi）製（zhì）造不鏽鋼備件。

 

　　專業知識傳承確保真正的（de）協同效應

 

　　Jung & Co.公司主要是對不鏽鋼、鋁和鈦等金屬材料進行加工生產。40 多年來，公（gōng）司運用自己的專業（yè）知（zhī）識已（yǐ）將這些金屬產品應用（yòng）於多（duō）個行業（yè）。現在，Jung & Co.除了采用傳統的切屑工藝進（jìn）行生產之外，又擴展采用了（le）最具創新概念的金（jīn）屬激光熔融工藝（yì）——增材製造法。該製造（zào）法主要是通過一台來自 Concept Laser 的 M2 cusing Multiaser 實現。

 

　　Thomas Lehmann先生介紹說:“我們開（kāi）發了一種跨工藝的、始終麵向實際應用的不（bú）鏽鋼解決方案。我們（men）通（tōng）過傳統的切削法、混合製造法或完全的增（zēng）材（cái）製造法生產零件或組件。客戶可以從（cóng）我們一站式的全方位服務中快速得到（dào）精密的（de）最終產（chǎn）品。”

 

　　在第（dì）一次體驗增材製造法之（zhī）後，Jung & Co. 就邁出了第（dì）一步——“按需備件”一詞成為（wéi）可能。對此，Thomas Lehmann介紹說：“剛開始我們（men）的客戶認為：這（zhè）個想法太瘋狂了！太貴了！完全不現實！因此（cǐ），我（wǒ）們（men）的工作首先是要讓人信（xìn）服。”因“按需備件”這一（yī）理念恰恰是因為（wéi）不（bú）可否認的經濟（jì）因素才出現的。

 

　　連續使用（yòng）中（zhōng）的飲料（liào）灌裝設備

 

　　具備高可用性和靈活性對（duì）於飲料行（háng）業的灌裝設備來說非常重要（yào），因為它必須能（néng）夠灌裝各種大小的瓶或罐。灌裝設備的（de）任務包括：對瓶或罐進行灌裝、封（fēng）口，最後輸送到後處理站點（diǎn）。根據食品法，灌裝設備最重要的要求就是要保證清潔（jié）和衛生。因此，不（bú）鏽（xiù）鋼是這個行業優（yōu）先選擇的材料。

 

　　

 

　　圖1：時間就是金錢：現代化高性能灌裝設備的檢修必須非常快（kuài）速（sù）地完成。根據（jù）整（zhěng）條灌裝線的規模和灌裝能力，每小時的生產損失（shī）可達到約 4,000.- ? 至約 30,000.- ?。

 

　　對於飲料業的灌裝（zhuāng）設備來說，每小時高（gāo）達 40,000 – 80,000 瓶或罐的生產速度並不是什麽罕見的事。這個行業以速度“為生”。一旦停機（jī），經濟性就將大打（dǎ）折扣。查找故障、申購備件、發貨和安裝——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。根據整條灌裝線的規模和灌裝能力，每（měi）小時的生產（chǎn）損失可達到約 4,000 歐元至約 30,000歐元。而有時（shí），灌裝商不得已將生產轉向其它灌裝線時，還必須根據容器對其生產線進行調整。這些對於生產經理和所有員工來說，都是極力想要避免的（de）緊急狀（zhuàng）況。

 

　　對此，“我（wǒ）們總是對客戶說：其實完全（quán）可（kě）以不必如（rú）此的。采用增材製造（zào）的不鏽鋼（gāng）部件可以做到按需打印生產（chǎn），並且還可進行設計（jì）優化。”Thomas Lehmann先生接著說道：“但正（zhèng）是這（zhè）個具有革命性的想法，導致了大部分客戶從（cóng）一開始就表示懷疑（yí）。”事（shì）實（shí）上，Jung & Co. 已經讓長期合作的飲料行（háng）業客戶迅速轉向了增（zēng）材製（zhì）造。

 

　　減少組件中的部件並提高（gāo）可用性

 

　　很（hěn）早就（jiù）和Concept Laser 合作，進行不鏽鋼激（jī）光熔融的 Thomas Lehmann先生非常清楚金屬（shǔ）3D打印的優勢：增材製造解（jiě）決（jué）方案意味著（zhe）在保證 CAD 設計符（fú）合（hé）工藝要求的同（tóng）時，還留有很高的幾何自由度。此外，部件或整個組件都可采用（yòng）一步到位的方案（àn）出現。 如果灌裝商需要新的罐灌裝閥，完全（quán）可以根據（jù） CAD 數據（jù）盡快製（zhì）造出該部件供客戶安裝，從而（ér）大幅縮短停機時間。

 

　　為飲（yǐn）料（liào）灌裝機製造備件是Jung & Co.公司的（de）核（hé）心（xīn）業務之一。如剛才所述的罐灌裝閥，組件中很多都不是標準部件，而是客戶（hù）定製的解決方案。采用傳統方法製造時，因該組（zǔ）件由七個采用了（le）1.4404 不鏽鋼製成的部件組成，因此還需（xū）要增添必要的密封件（jiàn）。生產過程中，首先必須在 CNC 機床上通過銑削或（huò）車削精密切削出這些不（bú）鏽鋼（gāng）部件，然後手動進行（háng）裝配。接著將組件放入倉庫，以便 – 為了以防萬（wàn）一 – 能夠快速反（fǎn）應並讓灌裝（zhuāng）設備重新起動。

 

　　“現在（zài），該罐灌裝閥經過了重新設計，可（kě）以在 M2 cusing Multilaser 上僅通過一道工序即可製造完成。因此（cǐ），無需再考慮因組件接合產生的密封件和接口。裝配（pèi）的取消不僅降（jiàng）低了成本，還帶來了時間優勢。采用傳統方式製造該（gāi）部件，包括采購必要的（de）精密鑄造件在內總共需要約 8 – 10 周時間，而采用增（zēng）材製造法僅需約 1 周（zhōu）。” Thomas Lehmann先（xiān）生詳細地介紹說，“原則上，當出現突如其來的需求時，我們（men）就可（kě）以這樣製造和準時交付按需備件（jiàn）。對於（yú）作為（wéi）製造商的我們（men）和作為用戶的客（kè）戶來說，如果需要讓檢修（xiū）或停機時間盡可能短，那麽這種可生產精密零件的工藝所帶來的優勢（shì）必定是非常誘人的。”此外，不必提前采購和存（cún）放備件也降低了資（zī）金投入。

 

　　新的部（bù）件解決方案和（hé）高（gāo）可重複性

 

　　盡管（guǎn）如此，在增材（cái）製（zhì）造生產（chǎn）的（de）過程中，組件開發仍是一項小壯（zhuàng）舉。高動態性灌裝機的負載要求是很高（gāo）的，因此罐灌裝（zhuāng）閥需要經（jīng）過密集的負載測試。此（cǐ）外（wài），還需要進行拓撲優化和設計調整以及精加工（gōng）成本（běn）和零件應（yīng）力消除調查。

 

　　Thomas Lehmann先生說（shuō）：“部件開發是一個激（jī）動人心的過程（chéng）。在開發過程中，會開辟出一條新的、有針對性的路徑（jìng）。成品（pǐn） 3D 部件不僅看起來與傳統的不同，還會輕約 35 %。大多數情況下，重量減（jiǎn）輕可（kě）能比這一比例還要多。”

 

　　

 

　　圖2：采用傳統方式製造的罐灌裝閥由七個部件、密封件和螺（luó）栓組成，需要進行裝配。采（cǎi）用（yòng）傳統方式製造該部件時，包（bāo）括采購必要（yào）的精密鑄造件在內（nèi）需（xū）要約 8-10 周時間。

 

　　根據 Jung & Co. 提供的信息，采（cǎi）用增材製造法所創造的可能性是多層次的（de）：可（kě）以引入輕量化方法（fǎ）或進行功能集成，例如冷卻、回火或（huò）傳（chuán）感器；可以進行混合製造，這一方法具有非常重要的意義；高度的可重複（fù）性，一旦過程參數（shù）確定，即可確保質量水（shuǐ）平（包括隨附文檔）始終如一。Thomas Lehmann先生（shēng）介紹說（shuō）：“金屬3D 打印的許多方麵都需要在與客戶洽談時（shí），進（jìn）行（háng）準確的性能要求分析。隻有通過對話才能（néng）獲得符合工藝要求（qiú）的解決辦法，形成能夠（gòu）讓部件性能比以前更強大的新解決方案。成本方麵則最終決定了零件的性（xìng）能和供貨的速度。”

 

　　Jung & Co. 對 金（jīn）屬3D 打印的展望

 

　　從 2015 年起，增（zēng）材製造法就對 Jung & Co. 的 CNC 製造業務進行了補充。目前（qián），該公司已采用 Concept Laser 帶有 2 x 400 W 激光源的 M2 cusing Multilaser 進（jìn）行增材製造生產（chǎn）。因為需（xū）求不斷增長，擴大製造規模已勢在必行。“我們對金（jīn）屬3D 打印部件的需求預計將保（bǎo）持（chí）穩步的增長。因此，能夠讓我們的（de）員工（gōng），尤（yóu）其是實習生們熟悉這項新技術，是一件讓我非常高興的事情。”Thomas Lehmann表示：“作為一家中型企業，獲取的專業知識在客戶洽談中始終都（dōu）是重要的論據。”

 

　　此外，Jung & Co. 還計劃在今年采購一台移動式激光掃描儀，借此將在為客（kè）戶快速供應備件方麵踏（tà）上一條全新的道路（lù）。Jung & Co.通過激光測量（liàng）可以現場對客戶設備中需要替換的相（xiàng）關部件進行數字描繪。特別是在緊急情況下，客戶將相關的 3D 文件在線發送給 Jung & Co. 後，就可立即在激光熔融設備上開始生產。“為了實（shí）現過程鏈的完全數字（zì）化，激光（guāng）掃描儀是符合邏輯的下一步。”Thomas Lehmann表示：“增材製造已為飲料行業灌裝設備備件開啟了一（yī）係列的美好前景。”