為飲料灌裝開啟美好前景

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模和灌裝能力，因檢修而造成的生產損失可達每小時約 4,000. € 至30,000.- €。

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更多新的應用可能。來自德國的不銹鋼部件生產商Jung & Co. Ger?tebau公司，通過3D金屬打印技術改變了飲料灌裝設備傳統的備件方式，讓灌裝設備可用性高、檢修時間短。本文，Jung & Co. 的總經理 Thomas Lehmann先生，分享了3D金屬打印在飲料行業的應用前景。

Jung & Co. 公司主要業務是對不銹鋼、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。現在，Jung & Co. 除了采用傳統的切屑工藝進行生產之外，又擴展到新的具有創新概念的金屬激光熔融工藝——增材制造法。該制造法主要通過一臺來自Concept Laser的M2 cusing Multiaser 來實現。

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，完全不現實。因此，我們的首要工作是要讓人信服。‘按需備件’這一理念恰恰是因經濟因素而出現的。 ”

連續使用中的飲料灌裝設備

飲料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。高靈活性和高速對其來說非常重要。飲料行業以速度“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——最壞情況下這可能需要耗費好幾天，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。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。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。如果灌裝商需要新的灌裝閥，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。如剛才所述的灌裝閥，組件中很多都不是標準部件，而是為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，然后進行手動裝配。接著將組件放入倉庫，以便能夠快速反應并讓灌裝設備重新啟動。

“現在，該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非常誘人。”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不同，還會輕約35%。大多數情況下，重量可能減輕得更多。”

采用傳統方式制造灌裝閥，包括采購必要的精密鑄造件在內需要約 8-10 周時間。而采用增材制造法僅需約 1 周。

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。”

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2x400W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。“我們預計 3D 打印金屬部件的需求將保持穩步增長。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。”