Így fejleszt az Unilever és a Serioplast új flakonokat 3D nyomtatott szerszámmal

A világ egyik legnagyobb, gyorsan mozgó fogyasztási cikkekkel (FMCG) foglalkozó vállalataként az Unilever folyamatosan új termékeket fejleszt mindennapi használatra, a testápolástól az otthoni ápoláson át a táplálkozásig stb. Nagy valószínűséggel az Ön otthonában is több Unilever termék található, tekintve, hogy a cég a Dove, a Domestos, a Cif, a Knorr, az Axe (Lynx), a Ben & Jerry’s és több tucat más globális és helyi márka tulajdonosa. Noha hazai Unileverhez tartozó gyárban is támaszkodnak 3D nyomtatásra, ahogy arról be is számoltunk, ez a cikk egy olasz példát mutat be és a Formlabs oldalán jelent meg először.

 

Az FMCG egy olyan iparág, amelyben az állandó fogyasztói kereslet nagyon éles versenyt idéz elő, ezért a márkáknak folyamatosan újítaniuk és módosítaniuk kell termékstratégiájukat. Az innováció egyik fontos területe a csomagolás; a palack kialakítása olykor éppúgy befolyásolhatja a termék megítélését, mint a benne lévő tartalom. Az olyan márkáknak, mint az Unilever, figyelembe kell venniük mind az anyaghasználatot, a vonzerőt, a biztonságot, mind a fenntarthatóságot a csomagolástípusok kiválasztásánál. Egy „egyszerű” műanyag palack esetében a számítógép képernyőjén megjelenő tervezéstől a gyártósoron való megtöltésig hagyományosan több hónap is eltelik.

 

„Egy olyan fogyasztási cikkeket gyártó cégnek, mint az Unilever, a lehető leghamarabb vagy a versenytársai előtt kell megjelennie a piacon. A legjobb terméket kell a legjobb áron, a lehető legrövidebb időn belül kínálnia a fogyasztóknak. A 3D nyomtatás segít felgyorsítani ezt a folyamatot.”
Stefano Cademartiri, CAD és prototípusgyártás vezető, Unilever

 

 

Új palackformák fejlesztése és tesztelése hagyományos munkafolyamattal

A műanyag csomagolásokat, például az élelmiszer- és italtárolókat, a kozmetikai és az orvosi csomagolóanyagokat leggyakrabban fúvással állítják elő, amely egy régóta bevált gyors tömeggyártási módszer kiváló minőségű, vékony falú alkatrészekhez. A fúvóformázás nagyon rövid ciklusidővel rendelkezik, jellemzően egy és két perc közötti, és rendkívül költséghatékony nagy mennyiségű gyártás esetén. Általában több millió azonos alkatrész előállítására használják alacsony egységköltséggel.

 

A fúvóformázás úgy működik, hogy egy melegített műanyag csövet (előformát), felfújnak egy formaadó formában, amíg az teljesen kitölti és ezáltal felveszi a sablon formáját. Többféle fúvási eljárás létezik: extrúziós fúvás (EBM), fröccsfúvás (IBM) és előnyújtásos fröccsfúvás (SBM). Az SBM-et általában kiváló minőségű, átlátszó PET-tartályok, például vizespalackok gyártására használják.

 

A Serioplast az FMCG-ipar számára készült műanyag csomagolások globális gyártója, és az Unilever egyik fő partnere az otthoni és testápolási piacra szánt csomagolások fejlesztésében és gyártásában.

„Évente négymilliárd palackot gyártunk PET, HDPE és PP anyagokból” – mondta Migliarelli.

 

Seriomac UNIX 4 Cavities SBM gép a Serioplasttól az olaszországi K+F létesítményükben. Az Unileverrel közösen új munkafolyamatot dolgoztak ki a 3D nyomtatott formák használatához ebben a nagyméretű ipari gyártóberendezésben.

 

A Serioplast általában közvetlenül nyomtat prototípusokat, akárcsak a hazai POLIOL Kft., vagy fúvással állítja elő azokat. A közvetlen 3D nyomtatott prototípusok azonban nem tudják elérni a végterméknek megfelelő érzést vagy átlátszóságot. A gyártási minőségű minták nyújtva-fúvó eljárással való elkészítéséhez azonban drága fémszerszámokra van szükség, ami hat-kilenc hét átfutási időt ad hozzá egy tipikus kísérleti tesztelési fázishoz a folyamat összetettsége és a szerszámgyártás kiszervezése miatt.

 

„Hat-tizenkét hetet kell várnunk, mielőtt egy valódi mintát adhatunk az ügyfélnek, így nagyon sok időt vesztegetünk, hogy kipróbáljunk egy új palackdizájnt. Néha ez megerőltető és frusztráló, hiszen talán újra kell kezdeni az elejétől.” – mondta Migliarelli.

 

Az SBM formaadó szerszámok hagyományosan fémből készülnek CNC megmunkálással, amely speciális felszerelést, CAM szoftvert és szakképzett munkaerőt igényel. A fémszerszámok gyártását általában 4-8 hetes átfutási időt biztosító szolgáltatóknak adják ki, és költsége 2000 USD és 100 000+ USD között van az alkatrész összetettségétől és a szerszámonkénti alkatrészek számától függően. Még a házon belüli megmunkálás is általában hat hetet vesz igénybe, mivel több lépést igényel: az alapanyag rendelés átfutása, a CAM és a gép beállítása, kézi polírozás és várakozási idő a gép rendelkezésre állásáig.

 

 

Ennek eredményeként az alkatrészek kis mennyiségben történő fúvása teszteléshez hagyományosan nem volt gazdaságosan megvalósítható. Az olyan vállalatoknak, mint az Unilever, hosszabb időtávokkal kellett tervezniük és a végső tervezési döntéseket eltérő anyagokból készült prototípusok alapján kellett meghozniuk, ami gyakran elavult szerszámokhoz és elsüllyedt költségekhez vezetett.

 

Valódi palackok egyedi és kisszériás fúvása 70%-kal gyorsabban és 90%-kal olcsóbban

A 3D nyomtatók hatékony megoldást nyújtanak a szerszámok gyors és alacsony költségű előállítására. Kevés az eszközigénye, miközben felszabadíthat CNC-kapacitást és a képzett kezelők idejét más nagy értékű feladatok elvégzésére. Házon belüli 3D nyomtatással a gyártók és a terméktervezők gyors szerszámokat vezethetnek be a termékfejlesztési folyamatba a tervezési és gyártási lépések validálására, mielőtt tömeggyártásra váltanának. Már használnak 3D nyomtatott szerszámokat olyan eljárásokban, mint például a fröccsöntés vagy a hőformázás, hogy gyorsan felgyorsítsák a termékfejlesztést és jobb termékeket vigyenek piacra.

 

A sztereolitográfia (SLA) mint 3D nyomtatási technológia kiváló választás flakonfúvó szerszámok kivitelezéséhez. Sima felület, nagy részletesség és pontosság jellemzi ezt a technológiát. A Form 3L egy nagy formátumú SLA 3D nyomtató, amely lehetővé teszi nagyméretű alkatrészek és formák gyártását, miközben elég kompakt egy iroda számára.

 

A szerszám egyik felének 3D nyomtatása a Form 3L-lel Rigid 10K gyantából:

 

 

Az anyagválasztás kulcsfontosságú a szerszám előállításához. Az Unilevernek és a Serioplastnak olyan anyagra volt szüksége, amely képes ellenállni az SBM folyamat belső nyomásának és hőmérsékletének, miközben megőrzi a jó méretpontosságot és stabilitást.

 

„A Formlabs mérnökeinek segítségével kiválasztottuk azt az alapanyagot, amely lehetővé teszi számunkra, hogy a végtermék anyagából készíthessünk valódi flakonteszteket.” – mondta Cademartiri.

 

 

A Rigid 10K műgyanta a Formlabs SBM-hez ajánlott anyaga, mivel ötvözi a szilárdságot, a merevséget és a hőállóságot. Ipari minőségű, erős üvegtöltésű anyag, HDT 218°C @ 0,45 MPa, szakító modulusa 10 000 MPa. A Rigid 10K műgyantából nyomtatott szerszámok jó mérettartással rendelkeznek és több száz fúvóformázási ciklushoz alkalmasak nagy ismétlőképesség mellett.

 

A Rigid 10K használatával a Serioplast precíz, sima felületű palackfúvó formákat készített finom részletességgel, beleértve texturált felületeket és 0,5 mm-es lyukakat is. Polírozógéppel vagy kézi csiszolással utómunkálták meg a szerszámot, hogy megfeleljenek a kritikus mérettűréseknek.

 

„Pontosan finomhangolt részletekkel rendelkeznek a formák, különösen egy olyan palack esetében, amelyen van néhány logó vagy olyan, mint például a citromrészlet, ami nagy precizitást igényel. A Formlabs gép a Rigid 10K Resinnel lehetőséget kínál arra, hogy nagyon jó részletességet érjünk el, amelyeket aztán át lehet vinni a valódi palackra is.” – mondta Cademartiri.

 

A Rigid 10K műgyantából nyomtatott 3D formát polírozzák, majd fémkeretben szerelik össze.

 

SLA nyomtatással egy géppel egy ekkora forma két nap alatt megépíthető. A 3D nyomtatott palackfúvó formák hatról két hétre csökkentik a kísérleti tesztelés megkezdésének átfutási idejét, miközben valósághű gyártás előtti prototípusokat eredményeznek, amelyek nagyon közel állnak a gyártási minőséghez, és ugyanazt az anyagot és gyártógépet használják, mint az esetleges tömeggyártóegységek. Ezenkívül a 3D nyomtatott műanyag szerszámok lehetővé teszik a kezelők számára, hogy egyidejűleg több mintát teszteljenek.

 

3D nyomtatott Rigid 10K szerszám 750 ml-es palackhoz a gép héjtartójára szerelve. A csapat ugyanazt a folyamatablakot használhatja a teszteléshez, mint egy hagyományos próbaforma esetében, ez lehetővé teszi számukra a végső folyamat alaposabb, teljeskörű és megbízható tesztelését.

 

„A 3D nyomtatott szerszámmal az idő nagy részét és a költségek akár 90%-át megtakaríthatjuk a hagyományos eljáráshoz képest. Régebben az ügyfeleknek akár 12 hetet is kellett várniuk egyetlen tervre, most akár öt tervet készíthetünk kevesebb idő alatt.” – Flavio Migliarelli, a Serioplast Global Services kutatás-fejlesztési vezetője.

 

Ilyen átfogó tesztelés hagyományos módszerekkel szinte lehetetlen. A méretgazdaságosság előnyeit elhagyva be kellene fektetniük minden egyes kialakításhoz egy fémszerszámba és soha nem térülnének meg ezek a szerszámköltségek.

A fogyasztói tesztektől a tömeggyártásig

Elsősorban 3D nyomtatott szerszámokat használnak a fogyasztói tesztekhez szükséges minták előállítására. Taktilis, esztétikai és használati szempontból is megfelelnek a végterméknek és a fogyasztók ennek megfelelően valódi terméknek tekintik őket.

 

„Egy igazi palack áll rendelkezésre mielőtt a végső formázó szerszámba fektetnének, így azonnal ellenőrizhető, hogy jó úton halad-e a fejlesztés vagy változtatni kell valamin, hogy elkerüljék a többe kerülő hibákat.” – Stefano Cademartiri, CAD- és prototípusgyártás vezető, Unilever.

 

Balról jobbra: a Rigid 10K műgyantával nyomtatott kétrészes forma, a Rigid 10K-ból nyomtatott szerszámmal készült palack, egy fémformával gyártott palack, valamint egy felcímkézett palack prototípusa vásárlói tesztelésre. A 3D nyomtatott szerszámmal készült palackok szinte megkülönböztethetetlenek a hagyományos fémmegmunkálási eljárásokkal előállított végterméktől.

 

A moduláris öntőforma másodlagos felhasználása az SBM-eljárás, valamint a fújandó PET előforma validálása, figyelembe véve a folyamatablakokat, a nyújtási arányt és az elérhető anyageloszlást. A Serioplast házon belül gyártja az előformákat fröccsöntéssel. Míg egyes előformákat kifejezetten adott palacktípushoz készítenek, addig a legtöbb esetben szabványos elemekkel dolgoznak, amelyeket a felhasználók nem tudnak módosítani. A Serioplast csapata szerette volna felmérni ennek az előformának a lehetőségeit is. Ezen információk ismerete segít nekik eldönteni, hogy egy adott előforma alkalmas-e egy adott palack fújására, mielőtt a gyártásba kerülne.

 

„Ugyanazt a folyamatablakot használjuk, mint egy szabványos próbaszerszámnál. Ez nagyon jó, mert tesztelhetjük a végső folyamatablakot, és megnézhetjük, mi történik a palackkal. Akár 30 bar nyomásról is beszélünk, ahol teljesen jó és megbízható. Itt az előforma 100 °C-os melegítéséről is szó van anélkül, hogy a 3D nyomtatott szerszám üregében kopás keletkezne. Naponta akár 100-200 palackot is nagyon egyszerűen tudtunk előállítani vele. Több idővel akár 1000-et is elérhetünk.” – mondta Migliarelli.

 

A gyors palackfúvó szerszámok előállításából adódó harmadik alkalmazás a gyártósor bizonyos aspektusainak korai tesztelése. Mivel a 3D nyomtatott formákkal kialakított palackok olyan közel vannak a végtermékhez, így felhasználhatók a töltősor ellenőrzésére is, mint például a gyártósor mozgása, a palacktöltő gépek csillagkerekeinek működése, a kupakolás vagy a csomagolórendszer működése. A gyártósor korai tesztelése lehetővé teszi a gyárak számára, hogy előre felmérjék a szükséges pótopóalkatrészeket, előkészítsék a sort a tömeggyártásra és felgyorsítsák a piacra lépés átfutási idejét.

 

Jobb termékek gyorsabb piaci bevezetése

A Cademartiri és a Serioplast már körülbelül 15 különböző palackmodellt tesztelt az új eljárással.

 

A Formlabs SLA nyomtatókkal és a Rigid 10K alapanyaggal az Unilever és a Serioplast akár 70%-kal csökkentette az átfutási időt és 90%-kal a szerszámköltséget, így mindössze két hét alatt 200 darab próbaüzemet tudott legyártani.

 

„A Formlabs-ban nagyon jó partnerre találtunk nemcsak a gép eladásában, hanem abban is, hogy támogasson bennünket az alapanyagok tulajdonságainak felfedezésében. Ez a partnerség segített azonosítani a 3D nyomtatott szerszámok lehetőségeit.” – mondta Cademartiri.

 

Az új munkafolyamat lehetővé teszi az Unilever számára, hogy gyorsabban hozzon jobb termékeket a piacra, és drasztikusan csökkentse a csomagolás fejlesztésével kapcsolatos kockázatokat és költségeket.

 

---

 

Kérdései vannak az SLA nyomtatók fúvóformázáshoz vagy más mérnöki alkalmazásokhoz való használatával kapcsolatban?

Forduljon szakértőinkhoz és/vagy kérjen ingyenes mintadarabot Rigid 10K gyantával nyomtatva!

Forduljon a FreeDee szakértő csapatához! Próbálja ki, nézze meg az 3D nyomtatókat és 3D szkennereket a FreeDee irodájában, kérjen tőlünk mintát vagy tesztelje saját modellel ezeket a világszerte népszerű berendezéseket!