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?     讓灌裝設備可用性高、檢修時間短
?     3D 金屬打印改變了飲料灌裝設備的備件物流
 
       利希滕費爾斯（德國），2016 年 12 月19 日——如今，越來越多的3D 金屬打印用戶通過采用增材制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制造和物流理念帶來了全新的概念。來自德國的不銹鋼部件生產專家Jung & Co. Gerätebau 公司，因采用增材制造技術應用于飲料灌裝生產，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 Thomas Lehmann先生，就 3D 金屬打印的應用領域和優勢展開了深入對話。
 
        據了解，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專家。擁有材料學方面最專業的技術知識、最先進的 CNC 機床以及最專業的顧問團隊。其業務范圍覆蓋飲料和食品行業、醫藥和化工技術、設備制造、航空以及化石燃料提取行業等。該公司的核心業務之一就是為飲料灌裝設備制造不銹鋼備件。
 
 
         專業知識傳承確保真正的協同效應
 
         Jung & Co.公司主要是對不銹鋼、鋁和鈦等金屬材料進行加工生產。40 多年來，公司運用自己的專業知識已將這些金屬產品應用于多個行業?，F在，Jung & Co.除了采用傳統的切屑工藝進行生產之外，又擴展采用了最具創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一臺來自 Concept Laser 的 M2 cusing Multiaser 實現。
 
       Thomas Lehmann先生介紹說:“我們開發了一種跨工藝的、始終面向實際應用的不銹鋼解決方案。我們通過傳統的切削法、混合制造法或完全的增材制造法生產零件或組件。客戶可以從我們一站式的全方位服務中快速得到精密的最終產品。”
 
 
        例如飲料行業
 
       在第一次體驗增材制造法之后，Jung & Co. 就邁出了第一步——“按需備件”一詞成為可能。對此，Thomas Lehmann介紹說： “剛開始我們的客戶認為：這個想法太瘋狂了！太貴了！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”這一理念恰恰是因為不可否認的經濟因素才出現的。
 
         連續使用中的飲料灌裝設備
 
         具備高可用性和靈活性對于飲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。灌裝設備的任務包括：對瓶或罐進行灌裝、封口，最后輸送到后處理站點。根據食品法，灌裝設備最重要的要求就是要保證清潔和衛生。因此，不銹鋼是這個行業優先選擇的材料。
 
         對于飲料業的灌裝設備來說，每小時高達 40,000 – 80,000 瓶或罐的生產速度并不是什么罕見的事。這個行業以速度“為生”。一旦停機，經濟性就將大打折扣。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，交易中還可能出現交貨延遲。根據整條灌裝線的規模和灌裝能力，每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。這些對于生產經理和所有員工來說，都是極力想要避免的緊急狀況。
 
         對此，“我們總是對客戶說：其實完全可以不必如此的。采用增材制造的不銹鋼部件可以做到按需打印生產，并且還可進行設計優化。”Thomas Lehmann先生接著說道：“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就表示懷疑。”事實上，Jung & Co. 已經讓長期合作的飲料行業客戶迅速轉向了增材制造。
 
 
         減少組件中的部件并提高可用性
 
         很早就和3D打印技術先驅 Concept Laser 合作，進行不銹鋼激光熔融的 Thomas Lehmann先生非常清楚3D金屬打印的優勢：增材制造解決方案意味著在保證 CAD 設計符合工藝要求的同時，還留有很高的幾何自由度。此外，部件或整個組件都可采用一步到位的方案出現。 如果灌裝商需要新的罐灌裝閥，完全可以根據 CAD 數據盡快制造出該部件供客戶安裝，從而大幅縮短停機時間。
 
         為飲料灌裝機制造備件是Jung & Co.公司的核心業務之一。如剛才所述的罐灌裝閥，組件中很多都不是標準部件，而是客戶定制的解決方案。采用傳統方法制造時，因該組件由七個采用了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。生產過程中，首先必須在 CNC 機床上通過銑削或車削精密切削出這些不銹鋼部件，然后手動進行裝配。接著將組件放入倉庫，以便 – 為了以防萬一 – 能夠快速反應并讓灌裝設備重新起動。
 
         “現在，該罐灌裝閥經過了重新設計，可以在 M2 cusing Multilaser 上僅通過一道工序即可制造完成。因此，無需再考慮因組件接合產生的密封件和接口。裝配的取消不僅降低了成本，還帶來了時間優勢。采用傳統方式制造該部件，包括采購必要的精密鑄造件在內總共需要約 8 - 10 周時間，而采用增材制造法僅需約 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，我們就可以這樣制造和準時交付按需備件。對于作為制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，那么這種可生產精密零件的工藝所帶來的優勢必定是非常誘人的。”此外，不必提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復性
 
         盡管如此，在增材制造生產的過程中，組件開發仍是一項小壯舉。高動態性灌裝機的負載要求是很高的，因此罐灌裝閥需要經過密集的負載測試。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，會開辟出一條新的、有針對性的路徑。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，重量減輕可能比這一比例還要多。”
 
         根據 Jung & Co. 提供的信息，采用增材制造法所創造的可能性是多層次的：可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；可以進行混合制造，這一方法具有非常重要的意義；高度的可重復性，一旦過程參數確定，即可確保質量水平（包括隨附文檔）始終如一。Thomas Lehmann先生介紹說：“3D 金屬打印的許多方面都需要在與客戶洽談時，進行準確的性能要求分析。只有通過對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。”
 
 
         Jung & Co. 對 3D 金屬打印的展望
 
         從 2015 年起，增材制造法就對 Jung & Co. 的 CNC 制造業務進行了補充。目前，該公司已采用 Concept Laser 帶有 2 x 400 W 激光源的 M2 cusing Multilaser 進行增材制造生產。因為需求不斷增長，擴大制造規模已勢在必行。“我們對 3D 打印金屬部件的需求預計將保持穩步的增長。因此，能夠讓我們的員工，尤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是重要的論據。”
 
         此外，Jung & Co. 還計劃在今年采購一臺移動式激光掃描儀，借此將在為客戶快速供應備件方面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要替換的相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. 后，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：“增材制造已為飲料行業灌裝設備備件開啟了一系列的美好前景。”

        采訪 Jung & Co. 總經理 Thomas Lehmann先生

        編輯：Lehmann 先生，按需生產備件的想法是如何產生的？

        Thomas Lehmann：實際上，這一直是 Jung & Co. 的夢想。當我們需要向客戶提供例如罐灌裝閥等產品時，采用傳統切削工藝，勢必需要一定的供貨時間。包括采購必要的精密鑄造件的時間在內，前后需要約 12 – 15 周時間。當時的問題是，如何才能做得更快。 在我們開始采用增材制造法之后，我們對產品的視角發生了改變。這一制造方法讓生產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。此前由七個組件構成的罐灌裝閥，現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在，制造經過優化的增材部件僅一周時間就夠了

        編輯：飲料行業的客戶反應如何？
 
        Thomas Lehmann：和其他行業一樣：剛開始他們都很保守和冷淡。 接下來馬上就會問究竟會不會更便宜。實際上，增材制造法更多地是縮短了停機時間，并讓設備在檢修后可以快速投入運行。在這方面以及在功能或質量方面，3D 解決方案都具有經濟優勢。然而，我們必須先對增材制造法進行解釋，有時候這很艱難。因為增材制造法遵循地是完全不同的規律，我們得淡化許多從傳統切削中獲得的認知。
 

        編輯：您是怎樣找到第一位證明人的呢？
 
        Thomas Lehmann：在各項業務中總有客戶與我們保持著密集的對話，我們可以很好地互相傾聽。最終，我們為這個項目爭取到了幾個試點客戶。這些客戶對該生產工藝都感到驚訝，竟然能夠如此快地實際交付罐灌裝機組件，并且還能保證以往的精度和密封性。在計算出高性能灌裝設備停機一小時所需付出的代價之后，客戶就能很快明白 3D 金屬打印解決方案的成本比傳統解決方案明顯更低。這既經濟又輕松。此外，客戶還獲得了質量和功能可靠、符合工藝要求的設計解決方案。
 
        編輯：您為何選擇了 Concept Laser 作為設備和機器制造商？
 
        Thomas Lehmann：我們的動機來自于許多不同的層面。在選擇合作伙伴時，我們采用了完全開放的方式。在與另一位德國供應商進行的試驗中我們發現，激光軌跡很容易重疊，這對我們來說是無法接受的。使用 Concept Laser 的 M2 cusing Multilaser 設備就不會出現這個問題。除了因為我們還需要加工鈦之外，Concept Laser 的安全理念以及進一步提高了機器操作舒適性的處理室與操作室空間分離對我們來說也至關重要。不僅是技術和安全，總包也打動了我們。基本上，我們兩家企業都屬于“匠人”。就這點而言，Concept Laser 和我們的企業理念非常契合：完美的解決方案，以價值為導向，基于伙伴關系的相互配合，高度可信的結論和確保長期合作的強大軟因素讓我們最終選擇了Concept Laser。

        圖1：時間就是金錢：現代化高性能灌裝設備的檢修必須非?？焖俚赝瓿?。根據整條灌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.- €。

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