Brinkmann 科技公司借助31臺3D打印機(jī)和igus高耐磨打印材料，實(shí)現(xiàn)非標(biāo)零部件的高效量產(chǎn)

當(dāng)非標(biāo)零部件的訂單量卡在“小批量非標(biāo)準(zhǔn)”的尷尬數(shù)量區(qū)間時(shí)，一場深思熟慮的過程就開始了。比如來自家族企業(yè)Brinkmann 科技公司的Florian Brinkmann博士就遇到過類似難題：他此前一直在搜尋用于客戶定制化管式鏈條輸送機(jī)中的塑料圓盤的最佳制造工藝。傳統(tǒng)的注塑和機(jī)加工的成本太高無法接受。最終他們走出了一條全新路徑：搭建由31臺3D打印機(jī)組成的專屬生產(chǎn)集群，同時(shí)選用位于德國科隆的igus公司推出的高耐磨食品級3D打印線材，徹底擺脫了對外協(xié)供應(yīng)商的依賴。

幾乎所有行業(yè)從業(yè)者都有過類似的糟心體驗(yàn)：你拼盡全力想要把項(xiàng)目快速落地，卻始終被跟不上節(jié)奏的外部供應(yīng)商拖慢進(jìn)度。Florian Brinkmann博士對此深有感觸，這位經(jīng)濟(jì)學(xué)出身的企業(yè)戰(zhàn)略負(fù)責(zé)人就職于北萊茵-威斯特伐利亞州貝克姆的家族企業(yè)Brinkmann科技公司，該企業(yè)由他的父母19年前創(chuàng)立，是一家專注于管式鏈條輸送機(jī)研發(fā)制造的中型企業(yè)。這類全封閉輸送設(shè)備依靠循環(huán)鏈條上的工程塑料圓盤，在管道內(nèi)輕柔推送散料，廣泛應(yīng)用于食品、塑料加工等多個(gè)行業(yè)，比如咖啡豆輸送、塑料顆粒輸送場景，和傳統(tǒng)氣力輸送系統(tǒng)相比，能效最高可提升90%。“我們的核心目標(biāo)就是比所有競爭對手交付更快、方案更優(yōu)，別人要花幾個(gè)月做完的項(xiàng)目，我們幾周就能落地交付?！盕lorian Brinkmann博士表示，“但這種極致快節(jié)奏也帶來了現(xiàn)實(shí)難題：很難找到能跟上我們交付速度的供應(yīng)商，這件事的難度遠(yuǎn)超預(yù)期?！?/p>

近期的一個(gè)典型案例就把非標(biāo)零部件采購的痛點(diǎn)體現(xiàn)得淋漓盡致：管式鏈條輸送機(jī)上承托物料的工程塑料圓盤，如果客戶需求的直徑不在標(biāo)準(zhǔn)庫存規(guī)格內(nèi)，就必須走定制生產(chǎn)流程。但問題在于，僅數(shù)百件的小批量訂單，用注塑這類傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)完全沒有經(jīng)濟(jì)性。Florian Brinkmann博士介紹，對于輸送段僅數(shù)米的小型設(shè)備，專門為特殊尺寸的圓盤開一套注塑模具完全得不償失：開模成本很容易就突破5萬歐元，不同供應(yīng)商的交付周期最長可達(dá)4個(gè)月；更棘手的是，很多供應(yīng)商會在注塑原料中添加不符合食品接觸規(guī)范的填充劑，給最終產(chǎn)品帶來合規(guī)隱患。

16歲少年提出3D打印破局思路

最終的解決方案來自Florian Brinkmann博士當(dāng)時(shí)年僅16歲的弟弟，他此前已經(jīng)用家用3D打印機(jī)制作小文創(chuàng)產(chǎn)品對外銷售了一段時(shí)間，他隨口提出的思路點(diǎn)醒了團(tuán)隊(duì)：完全可以用增材制造工藝直接生產(chǎn)管式鏈條輸送機(jī)的工程塑料圓盤?！白铋_始我們都覺得這個(gè)想法太天馬行空了，畢竟哪怕一臺小型輸送機(jī)，也需要數(shù)百個(gè)圓盤，3D打印怎么可能滿足量產(chǎn)需求？但這個(gè)思路始終在我們腦海里揮之不去?！?Florian Brinkmann博士回憶道。他最終采購了一臺商用3D打印機(jī)啟動首輪測試，結(jié)果團(tuán)隊(duì)被結(jié)果徹底驚艷：這類非標(biāo)零部件從設(shè)計(jì)到打印完成，僅需幾小時(shí)就能落地。為了實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，團(tuán)隊(duì)果斷推進(jìn)擴(kuò)產(chǎn)，搭建起了由31臺設(shè)備組成的專屬打印生產(chǎn)集群。這批打印機(jī)采用成熟的熔融沉積成型（FDM）工藝，將熱塑性工程塑料熔融后，通過精密噴嘴逐層擠出堆積，一步步完成管式鏈條輸送機(jī)工程塑料圓盤的全流程生產(chǎn)。

累計(jì)采購2.4噸igus耐磨3D打印耗材，全工況性能拉滿

僅靠3D打印硬件完全不足以支撐量產(chǎn)需求，團(tuán)隊(duì)還必須篩選出同時(shí)滿足工業(yè)級性能雙重要求的打印材料：既要具備極高的結(jié)構(gòu)耐用性，又要滿足食品級衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。畢竟這類管式輸送機(jī)大量部署在食品加工領(lǐng)域，承擔(dān)咖啡豆這類食材的輸送任務(wù)，PET這類普通工業(yè)塑料在這里很快就會暴露出性能短板，長期在高機(jī)械載荷下運(yùn)行的磨損速度會大幅飆升，甚至直接發(fā)生斷裂失效?！皫臀覀儚氐灼凭值木刃?，是來自德國科隆igus的iglidur系列FDM專用打印材料?！盕lorian Brinkmann博士回憶道。igus對這款材料進(jìn)行了全面摩擦學(xué)優(yōu)化，讓它的耐磨表現(xiàn)遠(yuǎn)超同價(jià)位常規(guī)工業(yè)塑料。“我們在自建測試實(shí)驗(yàn)室中完成了全工況驗(yàn)證，最終測出iglidur i151的耐磨使用壽命是ABS、尼龍這類普通打印塑料的100倍。”igus增材制造業(yè)務(wù)銷售經(jīng)理Marius Brenner表示，“同時(shí)這款材料已經(jīng)通過美國FDA與歐盟10/2011食品接觸合規(guī)全項(xiàng)檢測，食品級資質(zhì)完全滿足行業(yè)要求?！眎glidur i151兼容所有噴嘴最高加熱溫度可達(dá)250℃的常規(guī)3D打印機(jī)。Florian Brinkmann博士補(bǔ)充道：“我到現(xiàn)在都清清楚楚記得這批貨送到工廠的那天，整整三大托盤堆得滿滿當(dāng)當(dāng)，全是繞好打印線材的料盤，我們一口氣直接下了2.4噸的采購訂單?！?/p>

31臺打印集群滿負(fù)荷不間斷運(yùn)行3個(gè)月，順利完成5000件量產(chǎn)任務(wù)

大規(guī)模增材制造生產(chǎn)自此全面鋪開，團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)同步推進(jìn)兩個(gè)即將交付的定制項(xiàng)目，合計(jì)需要趕制5000個(gè)輸送塑料圓盤，單個(gè)圓盤的尺寸和市面上常規(guī)外賣披薩基本一致。單臺打印機(jī)完成一個(gè)圓盤的全流程打印需要8小時(shí)左右，為了趕交付節(jié)點(diǎn)，整套31臺設(shè)備組成的打印集群直接開啟了7×24小時(shí)不間斷滿負(fù)荷運(yùn)行模式，連續(xù)全力生產(chǎn)了整整3個(gè)月。當(dāng)時(shí)唯一的小瑕疵是整套生產(chǎn)流程還沒完全實(shí)現(xiàn)自動化，因此員工需要每8小時(shí)到設(shè)備旁取下打印完成的成品零件，才能讓打印機(jī)繼續(xù)下一輪生產(chǎn)。但后續(xù)的現(xiàn)場安裝環(huán)節(jié)直接把省下來的時(shí)間補(bǔ)了回來：這批3D打印完成的工程塑料圓盤完全不需要額外做金屬嵌件加固，直接用螺栓就能固定到輸送鏈條上，整套設(shè)備的現(xiàn)場調(diào)試速度大幅加快，很快就完成全流程投產(chǎn)運(yùn)行。根據(jù)igus提供的官方參數(shù)，這款材料最適配中等運(yùn)行速度的載荷工況，不太適合極高動態(tài)沖擊的極端應(yīng)用場景，另一項(xiàng)性能邊界是它的最高長期連續(xù)使用溫度為65℃，但這個(gè)參數(shù)限制對管式鏈條輸送機(jī)來說完全構(gòu)不成影響，這類設(shè)備正常運(yùn)行的工況溫度永遠(yuǎn)不會達(dá)到這個(gè)閾值。“我們這款材料還有一個(gè)巨大的隱形優(yōu)勢：它的線材品質(zhì)穩(wěn)定性極強(qiáng)，即便在平價(jià)普通3D打印設(shè)備上也能順利完成打印。”Marius Brenner介紹道。

3D打印還徹底重構(gòu)了Brinkmann 科技公司的備件供應(yīng)體系?！耙坏┈F(xiàn)場輸送線上的某個(gè)零部件出現(xiàn)磨損失效，我們的客戶都會要求我們當(dāng)天就發(fā)出替換備件，盡可能把產(chǎn)線停機(jī)帶來的巨額損失降到最低?！?Florian Brinkmann博士表示。由于企業(yè)承接的幾乎全是非標(biāo)定制化解決方案，傳統(tǒng)備貨模式下備件庫存很容易就占滿全部倉儲空間，周轉(zhuǎn)效率極低。“3D打印直接徹底解決了這個(gè)痛點(diǎn)：我們根本不需要提前備貨，收到客戶的備件需求后，幾小時(shí)內(nèi)就能打印出對應(yīng)零件，當(dāng)天就能安排快遞發(fā)出?！边@類按需打印的備件可以是任意非標(biāo)尺寸的滑動軸承等定制零件，這款材料的核心隱形優(yōu)勢是內(nèi)部預(yù)集成了分子級均勻分散的固體潤滑劑，完全不需要后續(xù)額外涂油潤滑，就能實(shí)現(xiàn)低摩擦、完全符合食品衛(wèi)生要求的免潤滑干運(yùn)行狀態(tài)?！按钆鋓gus的全套高性能打印線材，這套3D打印集群在未來很長一段時(shí)間里，都會是我們快速、低成本生產(chǎn)各類小眾非標(biāo)定制零部件的獨(dú)家核心王牌。”Florian Brinkmann博士在訪談最后總結(jié)道。

Brinkmann 科技公司總計(jì)需要通過FDM增材制造工藝生產(chǎn)5000多件工程塑料圓盤，單個(gè)圓盤的尺寸和市面上常規(guī)外賣披薩基本一致。單臺打印機(jī)完成一個(gè)圓盤的完整打印流程需要約8小時(shí)。（資料來源：德國Brinkmann 科技公司）

管式鏈條輸送機(jī)在很多工業(yè)細(xì)分賽道中都有廣泛應(yīng)用，其中食品行業(yè)的咖啡豆輸送是非常典型的落地場景。（資料來源：德國Brinkmann 科技公司）

iglidur i151打印線材已獲得FDA食品接觸合規(guī)認(rèn)證，因此尤其適配所有需要和食品物料直接接觸的生產(chǎn)場景。（資料來源：德國igus 公司）

Brinkmann 科技公司采用成熟的FDM熔融沉積工藝生產(chǎn)零部件，該工藝將熱塑性工程塑料——比如igus iglidur系列打印線材——

加熱熔融后，通過高精度微細(xì)噴嘴分層擠出、逐層堆疊成型。（資料來源：德國Brinkmann科技公司）

企業(yè)總計(jì)投入31臺3D打印設(shè)備運(yùn)行，通過FDM工藝順利完成了5000多件定制零部件的全部生產(chǎn)任務(wù)。（資料來源：德國Brinkmann科技公司）