如今，越來越多的3D金屬打印用戶通過采用增材制造技術(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了全新的概念。來自德國的不銹鋼部件生產(chǎn)專家Jung & Co. Gerätebau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)勢展開了深入對話。

    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。擁有材料學方面最專業(yè)的技術(shù)知識、最先進的CNC機床以及最專業(yè)的顧問團隊。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)知識傳承確保真正的協(xié)同效應(yīng)

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(chǎn)。40多年來，公司運用自己的專業(yè)知識已將這些金屬產(chǎn)品應(yīng)用于多個行業(yè)。現(xiàn)在，Jung & Co.除了采用傳統(tǒng)的切屑工藝進行生產(chǎn)之外，又擴展采用了最具創(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一臺來自Concept Laser的M2 cusing Multiaser實現(xiàn)。

Thomas Lehmann先生介紹說:“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。客戶可以從我們一站式的全方位服務(wù)中快速得到精密的最終產(chǎn)品。”

例如飲料行業(yè)

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(xiàn)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(jīng)濟因素才出現(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于飲料行業(yè)的灌裝設(shè)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(shè)備的任務(wù)包括：對瓶或罐進行灌裝、封口，最后輸送到后處理站點。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，不銹鋼是這個行業(yè)優(yōu)先選擇的材料。

對于飲料業(yè)的灌裝設(shè)備來說，每小時高達40,000–80,000瓶或罐的生產(chǎn)速度并不是什么罕見的事。這個行業(yè)以速度“為生”。一旦停機，經(jīng)濟性就將大打折扣。查找故障、申購備件、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，每小時的生產(chǎn)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(chǎn)轉(zhuǎn)向其它灌裝線時，還必須根據(jù)容器對其生產(chǎn)線進行調(diào)整。這些對于生產(chǎn)經(jīng)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(chǎn)，并且還可進行設(shè)計優(yōu)化。”Thomas Lehmann先生接著說道：“但正是這個具有革命性的想法，導(dǎo)致了大部分客戶從一開始就表示懷疑。”事實上，Jung & Co.已經(jīng)讓長期合作的飲料行業(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     3D打印技術(shù)先驅(qū)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(yōu)勢：增材制造解決方案意味著在保證CAD設(shè)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(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，從而大幅縮短停機時間。

為飲料灌裝機制造備件是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準部件，而是客戶定制的解決方案。采用傳統(tǒng)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(chǎn)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(yīng)并讓灌裝設(shè)備重新起動。

“現(xiàn)在，該罐灌裝閥經(jīng)過了重新設(shè)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(chǎn)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(yōu)勢。采用傳統(tǒng)方式制造該部件，包括采購必要的精密鑄造件在內(nèi)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(xiàn)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(chǎn)精密零件的工藝所帶來的優(yōu)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(fù)性

盡管如此，在增材制造生產(chǎn)的過程中，組件開發(fā)仍是一項小壯舉。高動態(tài)性灌裝機的負載要求是很高的，因此罐灌裝閥需要經(jīng)過密集的負載測試。此外，還需要進行拓撲優(yōu)化和設(shè)計調(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：“部件開發(fā)是一個激動人心的過程。在開發(fā)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(tǒng)的不同，還會輕約35 %。大多數(shù)情況下，重量減輕可能比這一比例還要多。”

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(fù)性，一旦過程參數(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：“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(yè)務(wù)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(chǎn)。因為需求不斷增長，擴大制造規(guī)模已勢在必行。“我們對3D打印金屬部件的需求預(yù)計將保持穩(wěn)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(shù)，是一件讓我非常高興的事情。”Thomas Lehmann表示：“作為一家中型企業(yè)，獲取的專業(yè)知識在客戶洽談中始終都是重要的論據(jù)。”

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(yīng)備件方面踏上一條全新的道路。Jung & Co.通過激光測量可以現(xiàn)場對客戶設(shè)備中需要替換的相關(guān)部件進行數(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)。“為了實現(xiàn)過程鏈的完全數(shù)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(yè)灌裝設(shè)備備件開啟了一系列的美好前景。”

參考資料  

采訪Jung & Co.總經(jīng)理Thomas Lehmann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(chǎn)品時，采用傳統(tǒng)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(nèi)，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(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 %。現(xiàn)在，制造經(jīng)過優(yōu)化的增材部件僅一周時間就夠了

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(shè)備在檢修后可以快速投入運行。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)濟優(yōu)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(guī)律，我們得淡化許多從傳統(tǒng)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(yè)務(wù)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?yōu)檫@個項目爭取到了幾個試點客戶。這些客戶對該生產(chǎn)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(shè)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(tǒng)解決方案明顯更低。這既經(jīng)濟又輕松。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)計解決方案。

編輯：您為何選擇了Concept Laser作為設(shè)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(yīng)商進行的試驗中我們發(fā)現(xiàn)，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(shè)備就不會出現(xiàn)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(guān)重要。不僅是技術(shù)和安全，總包也打動了我們。基本上，我們兩家企業(yè)都屬于“匠人”。就這點而言，Concept Laser和我們的企業(yè)理念非常契合：完美的解決方案，以價值為導(dǎo)向，基于伙伴關(guān)系的相互配合，高度可信的結(jié)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2：采用傳統(tǒng)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(tǒng)方式制造該部件時，包括采購必要的精密鑄造件在內(nèi)需要約8-10周時間。

背景信息   

關(guān)于Jung & Co.

   40多年來，Jung & Co.一直為不銹鋼、各種鋁合金以及高合金鋼（例如哈氏合金和鉻鎳鐵合金）等金屬材料加工生產(chǎn)樹立嚴苛的標準。公司主要專注于中、小批量高品質(zhì)部件和組件的制造，產(chǎn)品幾乎涵蓋了全部螺桿泵項目中所有部件的生產(chǎn)和裝配工作。并堅持采用高效率的制造戰(zhàn)略對部件或完整組件進行制造。

創(chuàng)世人Hans Jung從僅有一臺小型車床的個體經(jīng)營戶開始，現(xiàn)已發(fā)展成為一家享有盛譽的企業(yè)和系統(tǒng)供應(yīng)商。如今，Jung & Co.擁有超過2,000平方米的生產(chǎn)面積和100多名員工，年營業(yè)額超過千萬。

關(guān)于Concept Laser

Concept Laser有限公司是一家來自利希滕費爾斯（Lichtenfels，德國）的獨立企業(yè)。公司自2000年成立以來，一直都是激光熔融技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新推動者，憑借獲得專利的LaserCUSING®技術(shù)從事跨行業(yè)的經(jīng)營活動。

LaserCUSING®這個詞由CONCEPT（概念）的C、Laser（激光）和英語FUSING（熔融）組成，描述的是這樣一種技術(shù)：該熔融方法是采用3D CAD數(shù)據(jù)逐層生成部件的熔融技術(shù)。在這過程中，粉末狀的金屬通過高能光纖激光器發(fā)生局部熔化。冷卻后，材料凝固。反射鏡偏轉(zhuǎn)裝置（掃描器）通過對激光束進行偏轉(zhuǎn)制造出部件輪廓。通過降低構(gòu)造空間底面、重新涂敷粉末和再次熔化逐層（層厚15–500μm）構(gòu)造出部件。該方法可在不使用模具的情況下制造出復(fù)雜幾何形狀的部件，而這是常規(guī)制造方法很難或根本無法做到的。

來源：Concept Laser GmbH

Concept Laser設(shè)備的特點在于對需要連續(xù)處理的切片分割（也稱為“島”）進行隨機控制。這種專利方法可以確保在制造超大型部件時顯著降低應(yīng)力。

利用LaserCUSING®技術(shù)既可以制造帶有貼近輪廓的冷卻系統(tǒng)的模具嵌件，也可以直接制造飾品、醫(yī)療、牙科、汽車、航空航天行業(yè)用的部件。原型件和量產(chǎn)件皆可制造。

公司可提供標準設(shè)備和客戶定制的金屬激光熔融設(shè)備方案。在Concept Laser公司，全方位服務(wù)（Full Service）這一選項意味著：客戶可以購買金屬激光熔融設(shè)備，也可以直接利用公司的服務(wù)和開發(fā)能力。

Concept Laser的激光加工設(shè)備可加工不銹鋼、熱作鋼、鈷鉻合金、鎳基合金粉末材料以及像鋁合金和鈦合金這樣的活性金屬粉末材料。公司也可提供用于制作飾品的貴金屬，例如金合金或者銀合金。

LaserCUSING®為眾多行業(yè)在進行產(chǎn)品開發(fā)的經(jīng)濟性和速度方面開辟了新的前景，這些行業(yè)包括：

•     醫(yī)療和牙科

•     航空航天工業(yè)

•     刀具與模具制造

•     汽車制造與賽車運動

•     飾品

•     機械制造

這些設(shè)備可縮短開發(fā)時間并明顯減少開發(fā)成本，同時在產(chǎn)品開發(fā)過程中又具有明顯更高的靈活性。

Concept Laser公司的高質(zhì)量要求、經(jīng)驗水平和參考案例彰顯了其解決方案的工藝穩(wěn)定性和成本效益，這些方案的效率也經(jīng)過了日常生產(chǎn)的證實并以降低單位成本為首要目標。

(責任編輯：admin)

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