利希滕費爾（ěr）斯（德國），2016 年 12 月19 日——如（rú）今，越來（lái）越多的金屬3D打印用戶通過采用增材製造技（jì）術開辟出了（le）更多新的應（yīng）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（dài）來了全新的（de）概念。來自德國的不鏽鋼部件（jiàn）生產專家Jung & Co. Gertebau 公司，因采用增材製造技（jì）術應用於（yú）飲料灌（guàn）裝生產，從而可以更（gèng）快（kuài）速度地為其提供（gòng）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（shǔ）3D打印的應用領（lǐng）域和優勢展開了深入對話。

 

　　據了解，Jung & Co.公司是加工不鏽鋼/合金、各種鋁合金或鈦等金屬材料的生產專家。擁有材料學（xué）方麵最專業的技術知識、最先進的（de） CNC 機床以及最專業的顧問團隊。其（qí）業務範圍覆蓋飲料和食品行業、醫藥（yào）和化工技術、設備製造、航空以及化石燃料提取行業等。該（gāi）公（gōng）司的核心業務之一就是為飲料灌裝設備製造不鏽鋼備件。

 

　　專業知識傳承確（què）保真正的協同效應

 

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

 

　　Thomas Lehmann先生（shēng）介紹說:“我們（men）開發了（le）一種跨工藝的、始終麵向實際應用的不鏽鋼解（jiě）決方案。我們通過傳統的切削法、混合製造法或完全的增材製造法生產零件或組件。客戶可以從我們一站式的全方（fāng）位服（fú）務中快速得到精密的最終產品。”

 

　　在（zài）第一次體驗增材製（zhì）造法之後，Jung & Co. 就邁出了第一步——“按需備（bèi）件”一詞成為可能。對此（cǐ），Thomas Lehmann介紹說：“剛開始我們的客（kè）戶認為：這個想法太瘋狂了！太貴了！完全（quán）不現實！因此，我們的工（gōng）作首先是要讓人信服。”因“按需備（bèi）件”這一理念恰恰是因為不可否認的經濟因素才出現的。

 

　　連（lián）續使用（yòng）中的飲料灌裝設備

 

　　具（jù）備高可用性和靈活性對於飲料行業的（de）灌裝設備來說非常重要，因為它必須能夠灌裝各種大小的（de）瓶或罐（guàn）。灌裝設（shè）備的任務包括：對瓶或罐進行（háng）灌裝、封（fēng）口，最後輸（shū）送到後處理站點。根據（jù）食品法，灌裝設備最重要的（de）要（yào）求就是要保證清潔和衛生。因此，不鏽鋼（gāng）是這個行業優（yōu）先（xiān）選擇的材料。

 

　　

 

　　圖1：時間就是金（jīn）錢：現代化高性能灌裝設備的檢修必須非常快速地完成。根據整條灌裝線的規（guī）模和灌裝能力，每小時的生（shēng）產損（sǔn）失可達到約 4,000.- ? 至約 30,000.- ?。

 

　　對於飲料（liào）業的灌裝設備來說，每小時高達 40,000 – 80,000 瓶或罐的生產（chǎn）速度並不是什麽罕（hǎn）見的事。這個行業以速度“為生”。一旦停機（jī），經濟性（xìng）就將大（dà）打（dǎ）折扣。查找（zhǎo）故障、申購備件、發貨（huò）和安（ān）裝——最壞情況下這（zhè）些可（kě）能（néng）需要好幾天，交易中還可能出現交貨延遲。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（xiàng）其它（tā）灌裝線時，還必須（xū）根據容器對其生產線進行調整。這些對於生產經理和所有（yǒu）員工來（lái）說，都是（shì）極力想要避免（miǎn）的緊急狀（zhuàng）況。

 

　　對此，“我們總是對客戶說：其實完全可以不必如此的。采用增材製（zhì）造的不鏽鋼部件可以做到按需打印（yìn）生產，並且還可進行設計優化。”Thomas Lehmann先（xiān）生接著說道：“但正是這個具有革命性的想法，導致了大部分客戶從一開始（shǐ）就表示懷疑。”事實上，Jung & Co. 已經讓長期合作的（de）飲（yǐn）料行業客戶迅速轉向（xiàng）了（le）增材製造。

 

　　減少組件中的部（bù）件並提（tí）高可用性

 

　　很早（zǎo）就和Concept Laser 合作，進行不鏽鋼激光熔融的 Thomas Lehmann先生非常清楚金屬3D打印（yìn）的優勢：增材製造解決方案意味著（zhe）在保證 CAD 設計符（fú）合工藝要求的同時，還留有（yǒu）很（hěn）高的幾何自由度。此外，部件或整個（gè）組件都（dōu）可采用一（yī）步到位的方（fāng）案（àn）出現。 如果灌裝商需要新的罐灌裝閥，完全可以根據 CAD 數據（jù）盡快製造出該部件供客戶安裝，從而大幅縮短停機時間。

 

　　為飲料灌裝（zhuāng）機製造（zào）備件是Jung & Co.公司的核心業務之一。如剛（gāng）才所（suǒ）述的罐（guàn）灌裝閥，組件中很（hěn）多都（dōu）不是標準部件，而是客戶（hù）定製的（de）解決方案。采用傳統方法製造時（shí），因該組件由七個采用了1.4404 不鏽鋼製（zhì）成的部件組成，因此還需要增添必要的密封件。生產（chǎn）過程中，首先（xiān）必須在 CNC 機床上通過銑削或車削精密切（qiē）削出這些不鏽鋼部件，然後手動進行裝配。接著將組件放入倉庫，以便 – 為了以防萬一 – 能夠快速（sù）反應並（bìng）讓灌裝設備重新起動。

 

　　“現在，該罐灌裝閥經過了重新設（shè）計，可以在 M2 cusing Multilaser 上僅通過一道工序即可製造完成。因此，無需再考慮因組件接合產生的密封件和（hé）接口。裝配的取消不僅降低了成本，還帶來（lái）了時間（jiān）優勢。采用傳統方式製造該（gāi）部（bù）件，包括采購必要的精密鑄造件（jiàn）在內總共需（xū）要約 8 – 10 周時間，而采用增材製造法（fǎ）僅需（xū）約（yuē） 1 周。” Thomas Lehmann先生詳細地介紹說，“原則上，當出現突如其來的需求時，我們就可以這樣（yàng）製造和準時交付按需備件。對於作為製造商的我們和作為用戶的客戶來說，如果需要讓檢修或停機時間盡可能短，那麽這種可生產精密零件的（de）工藝所帶來的優勢必定是非常誘人的。”此外，不必提（tí）前采購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複性

 

　　盡管如此，在增（zēng）材製造生（shēng）產的過程中，組件開發仍是一（yī）項小壯舉。高動態（tài）性灌裝機的負載要（yào）求是很高的，因此罐灌裝閥需（xū）要經過密集的（de）負載測試。此外，還需要進行拓撲優化和設計調整以及精加工成本和零件應力（lì）消除調查。

 

　　Thomas Lehmann先生說：“部件開發是一個激動人（rén）心的過程。在開發過程中，會開辟（pì）出一條新的、有針對性的路徑。成品（pǐn） 3D 部件不（bú）僅看起來與傳統的不同，還會輕約 35 %。大多數情況（kuàng）下，重（chóng）量減輕可能（néng）比這一比例還要多。”

 

　　

 

　　圖2：采用傳（chuán）統方式製造的罐灌裝閥由七個部（bù）件、密封件和螺栓組成，需要進行裝配。采用傳統方式製造該部件時，包括采購（gòu）必要的精密（mì）鑄造件在（zài）內需要約 8-10 周時間。

 

　　根（gēn）據 Jung & Co. 提供的（de）信息，采用（yòng）增材製造法所創（chuàng）造的可能性是多層次（cì）的：可以引（yǐn）入輕量化方法或進行功能集成，例如冷卻、回火或傳感器；可以進行混合製造，這一（yī）方（fāng）法具（jù）有非常重要（yào）的意義；高（gāo）度（dù）的可重複（fù）性，一旦過程參數確定，即可確保質（zhì）量水平（包括隨附文檔）始終（zhōng）如（rú）一。Thomas Lehmann先生介紹說：“金屬3D 打印的許多方（fāng）麵都需要在與客戶洽談時，進行準確的性能要求分析。隻有（yǒu）通過對話才（cái）能獲得符合工藝要求的解決辦法，形成能（néng）夠讓部件性能比以前更強大的新解（jiě）決（jué）方案。成本方麵則最終決定（dìng）了零件的性能和供貨的速（sù）度。”

 

　　Jung & Co. 對 金屬3D 打印的展望

 

　　從 2015 年起，增材製造法就對 Jung & Co. 的 CNC 製造業務進行了補充。目前，該公司已采用 Concept Laser 帶有 2 x 400 W 激（jī）光源的 M2 cusing Multilaser 進行增材製造生產。因為需求不斷增（zēng）長，擴大製造規模已勢在必行（háng）。“我們對金屬3D 打印部件的需（xū）求預計將保持穩步的增長。因此，能夠讓我們的員工，尤其是（shì）實習生們熟悉這項新技術，是一件讓我非常高興的事（shì）情。”Thomas Lehmann表示：“作（zuò）為一家中（zhōng）型企業，獲取的專業（yè）知識在客（kè）戶洽談中始（shǐ）終都（dōu）是重要的論據。”

 

　　此外，Jung & Co. 還計劃在今（jīn）年采購一（yī）台移動（dòng）式激光掃（sǎo）描儀，借此將在為（wéi）客戶快速（sù）供應備件方麵踏上一條全新的道路。Jung & Co.通過激光測量可以現場對客戶設備中需（xū）要替換的相關部件進行（háng）數字描繪。特（tè）別是在緊急情況（kuàng）下，客戶將相關（guān）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。“為了實現過程鏈的完全數字化，激光掃描儀是符合邏輯的下一步。”Thomas Lehmann表示：“增（zēng）材製（zhì）造已為飲料行業灌裝設備備件開啟了一係（xì）列（liè）的美好前景。”