利希（xī）滕費（fèi）爾斯（德國），2016 年 12 月19 日——如今，越（yuè）來越多的金屬3D打印用戶通過（guò）采用（yòng）增（zēng）材製造技術開辟出了更（gèng）多新的應用可能。3D設計創造的（de）全新產品（pǐn）解決方案為生產製造和物流理（lǐ）念帶（dài）來了全新的概念。來自德國（guó）的不鏽鋼部（bù）件（jiàn）生產（chǎn）專家Jung & Co. Gertebau 公司，因采用增（zēng）材製造技術應用於飲料灌裝生產，從而可以更快速度地為其提供產品備件。為此，我們專門采訪了Jung & Co. 的總經理（lǐ） Thomas Lehmann先生（shēng），就金屬3D打（dǎ）印的應用領域和優勢（shì）展開了深入對（duì）話。

 

　　據了解，Jung & Co.公司是加工不鏽鋼/合金、各種鋁合金（jīn）或鈦等金屬材料的生產專家。擁有材料學方麵最專業的技術知（zhī）識、最先進的 CNC 機床以及最專業的顧問團隊。其業務範圍覆蓋飲料（liào）和食品行業、醫藥和化工技術、設備製造、航（háng）空（kōng）以及化石燃料提取行業等。該公司的核（hé）心業務之（zhī）一（yī）就是為飲料灌裝設備製造不鏽鋼備件。

 

　　專業知識傳承確保真（zhēn）正的協同效應

 

　　Jung & Co.公司主要是對不鏽鋼、鋁和鈦等金屬材料進行加（jiā）工生（shēng）產。40 多年來，公司運用自己的專業知識已將這些金屬（shǔ）產品（pǐn）應用於多個行業。現在，Jung & Co.除了采用傳統的（de）切屑工（gōng）藝進行（háng）生（shēng）產之外，又擴展采用了最具創新概念的（de）金屬激光熔融工藝——增材（cái）製造法。該製造法主要是（shì）通過一台來自 Concept Laser 的 M2 cusing Multiaser 實（shí）現。

 

　　Thomas Lehmann先生介紹說:“我（wǒ）們開發（fā）了一種跨（kuà）工藝的、始終麵向實（shí）際應用的不鏽鋼解決方案。我們通過（guò）傳統的切（qiē）削法、混合製造法或（huò）完全的增材（cái）製造法生產零件或組件。客戶可（kě）以（yǐ）從我們一站式的全方（fāng）位服務中快（kuài）速得到精密的最終產品。”

 

　　在第一次體驗增材製（zhì）造法之後（hòu），Jung & Co. 就邁（mài）出了第（dì）一步（bù）——“按需備件”一詞成為可能。對此，Thomas Lehmann介紹說（shuō）：“剛開始我們的客戶認為：這個想法太（tài）瘋狂了！太（tài）貴了！完全不現實！因此，我們的工作首先是要讓人信服。”因“按需備件”這一理念（niàn）恰恰是因為不可否認（rèn）的經濟因素才出現（xiàn）的。

 

　　連續使用中的飲料灌裝設備

 

　　具備高可用性（xìng）和靈活性對於飲（yǐn）料行業的灌裝設備來說非常重要，因為它必須能夠灌裝各種大小的瓶或罐。灌裝設備的任務包（bāo）括：對瓶或罐（guàn）進行灌裝、封口，最後輸送到後處理站點。根據食品法，灌裝設備（bèi）最重要（yào）的要求就是要保證清潔和衛生（shēng）。因此，不鏽鋼是這個行業優先選擇的材料。

 

　　

 

　　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）速地完成。根據整條灌（guàn）裝線的規模和灌裝能力，每小時的生產損失可達到約 4,000.- ? 至約 30,000.- ?。

 

　　對於飲料業的灌裝設備來說，每（měi）小時高達 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，經濟性就將（jiāng）大打折扣（kòu）。查找故（gù）障、申購備件（jiàn）、發貨和安裝——最壞情況下這（zhè）些可能需要（yào）好幾天，交易中還可能出現交貨延遲。根（gēn）據整條（tiáo）灌裝線的規模和灌裝能力，每小（xiǎo）時的生產損失可達到約 4,000 歐元至約 30,000歐元。而有時，灌裝商不得已將生產轉向其（qí）它灌裝線時，還必（bì）須根據容器對其生產線進行調整。這些（xiē）對於生產經理和所有員（yuán）工來說，都是（shì）極力想要避免的緊急狀況。

 

　　對此，“我們總是對客（kè）戶（hù）說（shuō）：其實完全可以不必如此的。采用（yòng）增材製造的不鏽鋼部件可以做到按需打印生產，並且還可（kě）進行設計優化。”Thomas Lehmann先生接著說道：“但正是這個（gè）具（jù）有革命性（xìng）的想法，導致（zhì）了大部分客戶從一開始就表示懷疑（yí）。”事實上，Jung & Co. 已經讓長期合作的飲料行業客戶（hù）迅速轉向了增材製（zhì）造。

 

　　減少組件中的部件並提高可用性

 

　　很早就和Concept Laser 合作，進行不鏽鋼（gāng）激光熔融的 Thomas Lehmann先生非常清楚金屬3D打印的優勢：增材製造解決方（fāng）案意味著在（zài）保證 CAD 設計符合工藝要求的同時（shí），還留（liú）有很高的幾何自（zì）由度。此外，部件或整個組件都可采用一步到位（wèi）的方案出現。 如果灌（guàn）裝商需要新的罐灌裝閥，完全（quán）可以根據（jù） CAD 數據盡快製造出（chū）該部件供客戶安裝，從而大幅縮短停機時間。

 

　　為飲料灌裝機製（zhì）造備件（jiàn）是Jung & Co.公司（sī）的（de）核心業務之（zhī）一。如剛才所述的罐灌裝閥，組件中（zhōng）很（hěn）多（duō）都（dōu）不是標準部件，而（ér）是客戶定製的解決方案。采用傳統方法製造時，因該組件由七個采用了（le）1.4404 不鏽鋼製（zhì）成的部件（jiàn）組成（chéng），因此還需要增添必要的密（mì）封件。生產過程中（zhōng），首先必須在 CNC 機床上通（tōng）過銑削或車削精密切削出（chū）這些不鏽鋼部件，然後手動進行裝（zhuāng）配（pèi）。接著將組件放入倉庫，以便（biàn） – 為了以防萬一 – 能夠快速（sù）反應並讓灌裝設備重新起動。

 

　　“現在，該罐灌裝閥經過了重新（xīn）設計（jì），可以在 M2 cusing Multilaser 上僅通過一道工序即（jí）可製（zhì）造完（wán）成。因此，無需再考慮因組（zǔ）件（jiàn）接合產生的（de）密封件和接口。裝配的取消不僅降低（dī）了成本，還帶來了時間優勢。采用傳統（tǒng）方式製造該部件，包括采（cǎi）購必（bì）要（yào）的精密（mì）鑄造件在（zài）內總共需要約 8 – 10 周時間，而采用增材製造法僅需約 1 周。” Thomas Lehmann先生詳細地介（jiè）紹說，“原則上，當（dāng）出現突如其來的需求時，我們就可以這樣製造（zào）和準時交付按需（xū）備件。對於作為（wéi）製造商的我們和作為用戶的客戶來說，如果需要讓（ràng）檢修（xiū）或（huò）停機時間盡可能短，那（nà）麽這種可生產精密零件的工藝（yì）所帶來的優勢必定是非常（cháng）誘人的（de）。”此外，不必提前采購和存放備（bèi）件（jiàn）也降低了資金投入。

 

　　新（xīn）的部件解決方案和高可（kě）重複性

 

　　盡管如此，在增材製造生產的過程中，組件開發仍是一（yī）項小（xiǎo）壯舉（jǔ）。高動態性灌裝（zhuāng）機（jī）的負載要求是很高的，因此罐灌裝閥（fá）需要經過密集的負載（zǎi）測試。此外，還需要進行拓撲優化和設計調整以及精（jīng）加工成本和零件（jiàn）應力消除調查。

 

　　Thomas Lehmann先生說：“部件開發是一個激動人心的過程。在開發過程中，會開辟（pì）出一條新的（de）、有（yǒu）針對（duì）性的路徑。成品 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，重量減輕可能（néng）比這一比例還（hái）要多（duō）。”

 

　　

 

　　圖2：采用傳統方式製造的（de）罐灌裝閥由七個部件、密封件（jiàn）和螺栓組成，需要進行裝配。采用傳統方式製造（zào）該部件時，包括采購必要的精密鑄造件在內需要約 8-10 周時間。

 

　　根據 Jung & Co. 提供的信（xìn）息，采用增（zēng）材（cái）製造法所創造的可能性是多層次（cì）的（de）：可（kě）以引入輕量化方法或進行功能集成，例如冷卻、回火或傳感器（qì）；可以進行混合製造，這一方法具有非常重要的意（yì）義；高度的可重複性，一旦過程參（cān）數確定，即可確保（bǎo）質量水平（píng）（包括隨附文檔）始終如一（yī）。Thomas Lehmann先（xiān）生介紹（shào）說：“金屬3D 打印的許多方麵（miàn）都（dōu）需要在與客戶洽談（tán）時，進（jìn）行準確的性能要求分析。隻有通過對話才能獲得符合工藝（yì）要求的解決辦法，形成能夠讓部件性能比以前更強大的新解決方案。成本方麵則最終（zhōng）決定了零件的性（xìng）能和供（gòng）貨的速度。”

 

　　Jung & Co. 對 金屬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，該（gāi）公司已采用 Concept Laser 帶有（yǒu） 2 x 400 W 激光源的 M2 cusing Multilaser 進行增（zēng）材製造生產。因（yīn）為需（xū）求不斷增（zēng）長，擴大（dà）製造規模已（yǐ）勢在必行。“我（wǒ）們對金屬3D 打印部件的需（xū）求預計將保持（chí）穩步的增（zēng）長。因此，能夠讓我們的員（yuán）工，尤其是實習生們熟悉這項新技術，是一件讓我非（fēi）常高興的（de）事情（qíng）。”Thomas Lehmann表示：“作為一家中型企業，獲取的專（zhuān）業知識在（zài）客戶洽談中始（shǐ）終都是重（chóng）要的論據。”

 

　　此外，Jung & Co. 還計劃在今年采購一台（tái）移動式（shì）激光掃描儀，借此將在為客（kè）戶快速供應備件方（fāng）麵踏上一條全新的道路。Jung & Co.通過激光測量可以現場對客（kè）戶設備中需要替換的相關部件進行數字描繪。特別是在緊急（jí）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（róng）設備上開始（shǐ）生產。“為了實現過程鏈的完全（quán）數字（zì）化，激光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（shè）備備（bèi）件（jiàn）開啟了一係（xì）列的美好前景。”