备件交期从一个多月缩短至一周内：FDM碳纤维材料如何替代包装设备金属零件？

在自动化生产线上，一个看起来并不起眼的零件，也可能决定整条产线能否继续运行。

荷兰食品企业 The Chocolate Factory 就曾遇到这样的问题。

公司的巧克力包装设备中有一个钩形金属零件，负责将包装完成的巧克力产品提升并送入输送带。零件尺寸并不大，却是整套包装机构正常工作的关键部件。

由于生产不同尺寸的产品，设备需要频繁调整。如果零件安装位置出现偏差，机构可能发生卡滞；与此同时，操作人员反复调整金属件也可能对设备造成损伤。

结果是，这个金属零件需要频繁更换。

一个备件，需要等待一个多月

问题真正影响生产的地方在于供应链。

原有零件采用传统方式手工制造，从供应商重新生产并交付通常需要超过一个月。

而这个零件平均可能需要每月更换约三次。

对于连续运行的包装产线而言，这意味着企业必须维持一定的备件库存。一旦库存不足或者零件突然损坏，就可能造成设备停机。

The Chocolate Factory因此找到3D打印及3D可视化服务企业 Visual First，希望重新设计并制造这一设备零件。

目标非常明确：

足够强、能够长期使用，同时可以快速制造。

从原型材料测试，到FDM Nylon 12CF

Visual First首先尝试了多种3D打印方案。

早期采用SLS和SLA制造的版本虽然能够完成结构验证，但其机械性能并不足以承受包装设备运行过程中产生的载荷。

随后，团队选择 Stratasys FDM Nylon 12CF™碳纤维增强热塑性材料，并使用 Fortus 450mc™ 制造最终零件。

Nylon 12CF具有较高的刚度重量比和结构刚性，因此适合需要兼顾机械性能和轻量化的功能性工装、夹具以及部分设备组件。

打印完成后的零件在设备上进行了实际测试，并顺利完成多轮生产运行。The Chocolate Factory随后使用这一FDM打印件替代原来的金属零件。

值得注意的是，这个案例并不是简单地把原来的金属件“原样换成塑料”。

通过增材制造重新优化零件设计后，Visual First还改善了零件在设备上的实际功能表现。

从一个多月，到一周以内

最大的变化出现在备件供应方式。

采用传统方式制造时，新零件需要等待超过一个月。

使用Fortus 450mc后，The Chocolate Factory可以在一周以内完成替换零件的制造和交付。

与此同时，单个零件成本降低约 60%。

对于食品包装企业来说，这一结果的价值并不仅仅来自零件本身的成本。

更重要的是，企业不再需要完全依赖传统供应商的备件交期，可以将部分设备零件转变为数字库存：

需要时调用3D数据进行制造，而不是长期储备大量实体零件。

对于生命周期较长、定制程度较高的工业设备，这种模式尤其有意义。

设备使用多年后，一些低需求零件可能已经停产；某些定制设备甚至从一开始就没有标准化备件供应。只要零件的尺寸、载荷、工作环境以及材料性能适合增材制造，通过FDM等工业级3D打印技术进行按需制造，就可以缩短备件供应链，并降低因等待零件造成的停机风险。

The Chocolate Factory随后还继续与Visual First合作，探索其他设备设计以及模具原型应用。