print

3D-печать из металла запасных частей по требованию

05/12/2016

Компания Jung & Co. Gerätebau GmbH, специализирующаяся на производстве компонентов из нержавеющей стали для производственных автоматизированных линий, гарантирует оперативное изготовление аддитивным способом запасных частей для линий розлива напитков. Такой подход оказался весьма востребован в этой отрасли, где "время - деньги" - далеко не пустая фраза. Генеральный директор компании Jung & Co. Томас Леманн рассказал о применении и преимуществах 3D-печати из металла запасных частей.

Пользователи систем 3D-печати из металла открывают для себя всё больше новых возможностей и убеждаются в простоте и вариативности применения аддитивного производства. 3D проекты приводят к появлению новых решений в реализации задач, существенным изменениям концепции производства и логистики.

Когда необходимо изготовить изделия из нержавеющей стали, различных алюминиевых сплавов или титана, есть веские причины, чтобы выбрать Jung & Co. Эта компания обладает значительным «ноу-хау», имеет парк самых современных станков с ЧПУ и обеспечивает экспертную технологическую поддержку своих клиентов. Jung & Co четко планирует свое производство при постоянном контроле качества во всем цикле - от размещения заказа до производства и поставки изделий. Заказчики компании относятся к широкому спектру отраслей -  начиная от пищевой промышленности и индустрии напитков, фармацевтической и химической промышленности, производстве технологического оборудования, авиации и заканчивая добывающей промышленностью. Одной из специализаций Jung & Co является производство запасных частей из нержавеющей стали для линий розлива напитков.

запасные части по требованию для линий розлива напитков

Объединение технологий рождает синергию

Jung&Co. в качестве материалов в основном использует нержавеющую сталь, алюминий и титан. Традиционные методы металлообработки недавно были дополнены аддитивным производством на базе скоростной установки лазерного селективного плавления металлических порошков  Concept Laser M2 Cusing. Томас Леманн так поясняет приобретение: "Фокусируясь на задачах заказчиков, мы производим детали или узлы из нержавеющей стали либо при помощи обычной механической обработки, либо гибридным способом, либо на 100% аддитивно. Клиент всегда получит прецизионно точный конечный продукт из одного источника, обеспечивающего полный комплекс услуг."

аддитивное производство запасных частей по требованию

Аддитивная технология в индустрии напитков

После первых опытов аддитивного производства деталей Jung & Co. решили сделать шаг вперед с ключевой идеей "Запасные части по требованию". Леманн вспоминает: "Первоначально наши клиенты думали: «какая сумасшедшая идея, это слишком дорого и нереально». Таким образом, мы сначала должны были уговорить заказчиков попробовать». Мы ухватились за концепцию «запасных частей по требованию» потому, что видели экономическую выгоду такого подхода, так родилась идея «аддитивного» изготовления узлов и деталей автоматизированных линий розлива напитков.

Особенность эксплуатации линий непрерывного производства

Заводы по изготовлению напитков славятся своей высокой адаптивностью. Важным фактором является гибкость производственных линий, поскольку могут использоваться различные типоразмеры банок и бутылок. Основные задачи предприятия это подача бутылок или банок, заполнение их, герметичная закупорка и передача на постобработку. Важнейшие законодательные требования - это чистота и гигиена – поэтому нержавеющая сталь является одним из предпочтительных материалов в пищевой промышленности. Скорость производства от 40 000 до 80 000 бутылок или банок в час - не редкость. Данная отрасль “процветает” на скорости, другими словами, «быстрее» - значит «выгоднее».  Но если линия розлива остановлена, рентабельность предприятия быстро уменьшается. Поиск неисправностей, ожидание запасных частей,  доставка и установка – в самом худшем случае это может занять несколько недель и привести к задержкам поставок готового продукта. В зависимости от мощности всей линии розлива, час простоя производства может стоить от €4000 до €30000. В случае остановки одной из линий розлива для ремонта менеджмент должен найти способ переключения на другие линии, а затем настроить их на конкретный тип бутылок или банок. И менеджмент, и работники – все заинтересованы в том, чтобы избежать этих стрессовых ситуаций. "Мы говорили клиентам: так не должно быть. Детали из нержавеющей стали могут быть напечатаны в соответствии с техническими требованиями и, более того, их конструкция может быть оптимизирована. Большинство клиентов изначально не верили в эту революционную идею", - говорит Леманн. Но на самом деле, Jung & Co. быстро удалось донести идею аддитивного производства до постоянных клиентов в индустрии напитков, а в качестве одного из успешных примеров Томас привел опыт производства заправочных клапанов для розлива напитков в банки.

Меньшее количество сборочных единиц в узле повышает его надежность

Производство запасных частей для предприятий розлива – одна из специальностей компании из немецкого города Пиннеберг. Многие из этих деталей являются нестандартными компонентами, т.е. специфичными для каждого клиента решениями. Томасу Леманну, который длительное время отрабатывал аддитивное производство из нержавеющей стали в сотрудничестве с «пионером» технологии аддитивного производства изделий из металла, компанией Concept Laser GmbH, было хорошо известно: аддитивные технологии в сочетании с инструментами инженерного моделирования дают конструктору бОльшую степень свободы. Кроме того, некоторые детали или целые узлы могут быть напечатаны в единичном экземпляре под уникальный заказ. Если разливочной компании требуется новый закрывающий клапан, то он может быть оперативно изготовлен с использованием хранящихся в САПР данных и быстро доставлен на территорию заказчика, так что простои производства резко сокращаются. "3D печать металлом уменьшает простои разливочных линий до минимума, что раньше выглядело невозможным. Новая 3D-технология мало того, что доступна, так ещё и экономит время и деньги заказчика" - утверждает Леманн.

схема сборки верхнего клапана розлива при традиционном производстве

Если заправочный клапан производить традиционными средствами, сборка будет состоять из семи компонентов, изготовленных из нержавеющей стали марки 1.4404, которые дополнительно должны иметь уплотнения. Части должны были быть обработаны на прецизионных станках с ЧПУ, а затем собраны вместе. Собранный узел помещают на склад, чтобы в случае неисправности на линии розлива заменить им вышедший из строя клапан. «Клапан был заново спроектирован таким образом, чтобы он мог быть изготовлен за один цикл печати на установке Concept Laser M2 Multilaser. Это означает, что теперь вообще нет необходимости специальных уплотнителях и соединениях, неизбежных ранее. Отсутствие монтажно-сборочных работ удешевляет процесс и экономит время для наших клиентов. Изготовление клапана обычными средствами занимает около 8 - 10 недель, в том числе на отливку заготовок, в то время как аддитивное производство занимает около одной недели. В принципе, это означает, что мы можем изготавливать запасные части «по требованию», и доставить их в то время, когда внезапно возникает спрос. Выгоды, которые возникают с переводом таких сложных узлов на производство аддитивным способом, очевидны и для нас как производителей, так и для наших клиентов, если у них, конечно, есть желание сократить время капитального ремонта или время простоя линии”. Кроме того, запчасти теперь не должны закупаться заранее и храниться на складе, таким образом еще и здесь возникает экономия издержек.

компоненты сборки клапана при традиционном производстве

Новые решения для рынка запасных частей

Тем не менее, разработка нового клапана потребовала терпения и выносливости. Предстоящее внедрение инновации на динамичном разливочном предприятии с большими загрузками было весьма сложной задачей, о чем в Jung & Co. очень хорошо знали заранее. Поэтому клапан нового образца был подвергнут интенсивным испытаниям под нагрузкой. Кроме того, была произведена топологическая оптимизация конструкции клапана, а также исследования механических напряжений в разных элементах изделия. Томас Леманн: "Разработка узла – это захватывающий процесс, который открывает новые пути, которые могут быть изучены в нужных направлениях. Итоговое 3D-изделие не только внешне отличается от обычного, но и на 35% легче. Как правило, мы можем сделать больше и важно именно то, что имеет эффект с точки зрения времени и денег". Аддитивный подход в конечном счете приводит к таким решениям, которые могут расширить возможности, например, снижение веса изделий или такие функциональные объединения как интегрированные каналы охлаждения, датчики и сенсоры. Гибридные подходы к производству изделий не менее актуальны. Например, относительно простые зоны (фланцы, отверстия, резьбы) могут быть обработаны традиционным способом, в то время как геометрически сложные - изготовлены 3D-печатью. Другим важным моментом является высокая повторяемость и точность воспроизведения. После того, как параметры всего процесса подобраны и задокументированы, можно гарантировать стабильный уровень качества. "Различные аспекты 3D-печати металла требуют глубокого анализа требований заказчиков. Разговор с клиентом подсказывает нам возможные направления, оптимизировав которые для аддитивного метода производства, мы получаем совершенно новые решения, превосходящие старые во всем. Однако решающим фактором, когда речь идет о затратах, в конечном счете то, как качественно работает узел и как быстро он может быть заменен в случае поломки", - добавил Леманн. В производстве напитков есть еще один ключевой аргумент в пользу аддитивного производства для предприятий пищевой отрасли: небольшие полости на поверхностях, которые встречаются у обычных литых деталей из нержавеющей стали, являются потенциальным источником загрязнения продуктов питания. Томас Леманн: "Полостей следует избегать в этой конкретной индустрии, что является еще одним важным преимуществом процесса 3D-печати металлом."

3d-печать из металла верхнего клапана линии розлива

Перспективы 3D-печати из металла в Jung&Co.

Аддитивные технологии наряду со станками ЧПУ начали использовать в Jung&Co. начиная с 2015 года. В настоящее время 3D-печать из металла выполняется на M2 cusing Multilaser от Concept Laser. Есть планы по расширению производственных мощностей. Томас Леманн заявляет: “Спрос на 3D-печать металлических компонентов, как мы ожидаем, будет неуклонно и стабильно расти. Я очень рад, что многие наши клиенты начинают осознавать преимущества аддитивных технологий. Но я так же рад, что мы сами на своём производстве имеем возможность ознакомить наших сотрудников и, в частности, учеников с новой технологией. Когда предприятие набирает больше опыта и идет в ногу со временем - это всегда важный аргумент при разговоре с клиентами”. Кроме того Jung&Co. также планирует приобрести мобильный лазерный 3D-сканер в блиайшее время. Это позволит компании предлагать совершенно новый подход и новую скорость в обеспечении своих клиентов запасными частями. При помощи мобильного сканера станут возможными измерение и оцифровка необходимой к замене детали непосредственно на производстве заказчика. После этого соответствующий 3D-файл отправляется онлайн в Jung&Co., и аппарат лазерного плавления металла сразу же начинает печать – это невероятная экономия времени в срочных случаях. По словам Томаса Леманна, аддитивное производство открывает целый ряд возможностей, когда дело доходит до «печати запасных частей по требованию» в отрасли производства и розлива напитков. Лазерный 3D-сканер является следующим логическим шагом на пути полной «оцифровки» технологической цепочки. «Это, конечно, невероятно захватывающе, что при помощи всех цифровых технологий мы сокращаем влияние факторов времени и пространства в процессе поставки запасных частей”, - заявляет Томас Леманн.

Интервью с Томасом Леманном, генеральным директоров Jung&Co.

Редактор: Скажите, пожалуйста, как вы пришли к идее производства “запасных частей по требованию”?

Томас Леманн: На самом деле это всегда был нашей мечтой в Jung&Co.  При традиционном производстве у нас всегда есть жесткие сроки поставки готовой детали заказчику, например, верхнего наливного клапана жестяной банки для производителей напитков. Производство этой детали занимает около 12 - 15 недель, включая закупку литой детали необходимой точности. Вопрос был в том, как ускорить этот процесс. Когда мы начали разбираться с аддитивной технологией, это изменило наш взгляд на производство в целом. Стало понятно, что можно производить фигуры сложной геометрии, что полностью исключает сборку и подгонку сложных деталей. Вместо семи составляющих заливного клапана и их доработки, которые раньше были обязательны, теперь запасную часть можно напечатать на 3D-принтере за одну операцию, таким образом покончив с уплотнениями и другими проблемами в процессе сборки, а в итоге еще и уменьшив вес детали приблизительно на 35%. Теперь можно изготовить оптимизированную модель за одну неделю! Так и возникла идея производства “запасных частей по требованию” - исходя из всего многообразия возможностей, которые предлагает 3D-печать из металла.

Редактор: А как заказчики из индустрии напитков реагировали по началу?

Томас Леманн: Как и в любой отрасли, они были изначально настроены консервативно и сдержанно. На втором этапе, у них сразу возник вопрос, а будет ли это дешевле? Но по сути этот вопрос не самый главный. Самым важным моментом в этом деле является снижение времени простоя машины или разливочной линии и быстрый запуск после капитального ремонта. Денежную выгоду от 3D-решений нужно искать в изменении функциональных или качественных аспектов. Поэтому прежде всего нужно вообще объяснить, что такое мир аддитивных технологий. И это довольно утомительно и трудоемко. Трудоемко, т. к. в принципе вы должны пересмотреть взгляд на многие вещи, с которыми имели дело при  проиводстве с традиционной механической обработкой. Всё потому, что аддитивное производство живёт вообще по другим правилам.

Редактор: Скажите, как вы получили первые одобрения и рекомендации от заказчиков?

Томас Леманн: В каждом бизнесе есть клиенты, которые готовы на диалог, готовы слушать и слышать. В какой-то момент нам удалось убедить нескольких заказчиков поучаствовать в этом проекте. Они были очень удивлены тем, как быстро мы смогли поставить им необходимые детали – при обычной точности и плотности. Если посчитать, сколько стоит час простоя разливочной линии, становится сразу ясно, что 3D-решение гораздо дешевле, чем традиционное. Окупаемость очевидна.  И при этом ни качественно, ни функционально это решение не проигрывает, а стало быть всех всё устраивает.

Редактор: Как вы сделали выбор в пользу Consept Laser и конкретной модели машины?

У нас было несколько критериев оценки разного уровня. Мы были совершенно октрыты всему новому. В процессе испытаний оборудования другого немецкого поставщика выяснилось, что лазерные треки, как правило, пересекаются и это было совершенно неприемлемо для нас. Во время тестов на М2 cusing Multilaser от Concept Laser эта проблема не возникала. Поскольку мы также работаем с титаном, принцип физического разделения рабочей камеры в предлагаемой Concept Laser машине был решающим фактором для нас, а также делал машину более удобной в использовании.

Но это был не просто выбор технологий и безопасности, это был выбор партнерства в целом. Наши две компании  прежде всего “производители”. В этом смысле, философия Concept Laser схожа с нашей корпоративной философией: прекрасные технологии, основанное на взаимных ценностях и партнерстве сотрудничество, правдивость и надежность заявлений – всё это позволило построить долгосрочные рабочие отношения.

Редактор: Каковы планы развития аддитивного производства в Jung&Co.?

Томас Леманн: Мы стараемся думать в различных направлениях. Сейчас мы можем использовать и чисто аддитивные технологии, и гибридные, в которых традиционные способы обработки сочетаются с селективным лазерным плавлением. В то же время мы можем теперь модифицировать геометрию любой детали или узла, после чего они станут быстрее и легче производимы. Или так же быстро внести изменения в их функциональность или производительность. И если дело доходит до функциональных изменений, то и температурный контроль, и система охлаждения и даже сенсорная технология могут быть интергированы в новое изделие. Это все очень интересно! В частности, в ближайшее время мы начнем использование мобильного лазерного сканера. Это позволит нам непосредственно на территории заказчика измерить и оцифровать ту часть или деталь, которую нужно заменить. А затем моментально выстроить действительно цифровой процесс онлайн: от оцифровки и ввода данных до напечатанной 3D-модели, готовой к установке.

Редактор: Спасибо за беседу!

Карта сайта