Как 3D-печать меняет индустрию продуктов питания и напитков

В связи с постоянно меняющимся спросом потребителей, нестабильностью цепочки поставок и ростом затрат в пищевой промышленности и производстве напитков происходит ряд изменений.

И мелкие поставщики, стремящиеся снизить производственные затраты, и крупные производители, нацеленные на еще более высокие объемы производства, ищут решения, которые могут помочь им преодолеть надвигающиеся проблемы.

3D-печать - одна из технологий, которые компании, производящие продукты питания и напитки, интегрируют в свои отделы разработки продуктов и производственные линии для оптимизации процессов и снижения затрат.

Чтобы помочь вам лучше понять состояние 3D-печати в индустрии продуктов питания и напитков, мы исследуем области приложений, которые могут извлечь максимальную выгоду из этой технологии, и выделяем некоторые примеры 3D-печати в действии.

Как сегодня компании, производящие продукты питания и напитки, используют 3D-печать?

Ускоренная разработка упаковки

В пищевой промышленности и производстве напитков упаковка служит связующим звеном между брендом и потребителем. По сути, хороший дизайн упаковки привлекает внимание потребителя и влияет на решение о покупке.

Однако разработка дизайна упаковки обычно включает в себя несколько итераций дизайна, которые могут быть дорогостоящими и трудоемкими. Бренды продуктов питания и напитков обращаются к 3D-печати, чтобы ускорить процесс разработки упаковки за счет более быстрого и экономичного создания вариантов дизайна.

Это возможно, потому что для 3D-печати не требуются формы или другие инструменты для производства, а только файл дизайна, который отправляется на 3D-принтер и изготавливается в течение нескольких часов.

Кроме того, по сравнению с обычными методами, с помощью 3D-печати можно создавать прототипы с характеристиками готового продукта, а также в различных цветах и ​​материалах. Это позволяет компаниям, производящим продукты питания и напитки, тестировать внешний вид конечного продукта, улучшая качество анализа дизайна.

Например, компания Thermos, производитель изотермических контейнеров для пищевых продуктов и напитков, использует 3D-печать для прототипов упаковки с 2006 года. Переход от аутсорсинга прототипов к 3D-печати на дому сократил время выполнения заказа для прототип от пяти дней до нескольких часов.

Компания заявляет, что 3D-печать позволила им оптимизировать подгонку пробки колпачка и производительность заливки своих самых продаваемых кружек-термосов.

Запасные части для предприятий по производству продуктов питания и напитков, напечатанные на 3D-принтере

Компании, производящие продукты питания и напитки, могут увеличить время безотказной работы, используя 3D-печать для производства запасных частей.

Эта технология помогает обеспечить более быстрый доступ к определенным запасным частям, помогая избежать незапланированных простоев.

Возьмем, к примеру, заводы по розливу напитков. Такие заводы процветают за счет скорости, производительностью от 40 000 до 80 000 бутылок или банок в час. Таким образом, если завод останавливается, его рентабельность быстро снижается.

В худшем случае поиск проблемы, запрос запасной части, доставка и установка могут занять несколько дней. В зависимости от размера и производительности всей линии розлива час простоя может стоить от 4000 до 30 000 долларов.

3D-печать позволяет производить запасные части по запросу, что помогает сократить дорогостоящие простои. В свою очередь, сокращение незапланированных простоев помогает производителям отложить дорогостоящие инвестиции в новые активы и повысить производительность.

Более дешевые эргономичные инструменты

• Инструменты обслуживания
• Инструменты безопасности
• Инструменты сборки (Dis)
• Эргономичные инструменты
• Инструменты обеспечения качества
• Инструменты для разделения и выравнивания

Кроме того, поскольку 3D-печать обеспечивает гибкость дизайна, инструменты можно разрабатывать эргономично, что упрощает их использование для рабочих и повышает точность при выполнении задач.

6 примеров 3D-печати в индустрии продуктов питания и напитков

1. 3D-печать помогает Pepsi продвигать дизайн упаковки

Глобальный бренд продуктов питания и напитков Pepsi использовал 3D-печать для создания копии маски Черной пантеры для банок с содовой в рамках рекламной кампании фильма.

Стремясь как можно быстрее разработать и произвести 250 сложных масок, Pepsi решила, что создание форм будет слишком дорогостоящим. Благодаря гибкости конструкции и экономическим преимуществам при небольших объемах производства 3D-печать стала идеальным решением.

Благодаря партнерству с контрактным производителем Protolabs команда использовала технологию экструзии материалов для создания первоначальных прототипов масок. Они внесли некоторые изменения, чтобы гарантировать, что дизайн будет соответствовать изображению на банке, и что он останется безопасным во время транспортировки.

Для создания финальных деталей команда выбрала технологию HP Multi Jet Fusion из-за высококачественной отделки поверхности и более низких производственных затрат.

В общей сложности от концептуализации до конечного продукта потребовалось менее шести месяцев, и все благодаря технологии 3D-печати. И банки Pepsi, и их гладкие маски, напечатанные на 3D-принтере, помогли привлечь много внимания к фильму, продемонстрировав возможности 3D-печати в разработке инновационных дизайнов упаковки.

2. Реконструкция части пивоваренного завода

Kaspar Schulz, один из старейших производителей пивоваренного оборудования в мире, обратился к 3D-печати, чтобы проверить гибкость его дизайна.

В сотрудничестве с GE Additive Каспар Шульц определил несколько деталей, которые могут выиграть от редизайна. Один из них - это компонент внутри емкости Lauter Tun, который отделяет сусло - жидкость, извлекаемую из затирания пива - от твердых частиц.

Эта часть называется подъемным рычагом, и команда разработчиков хотела улучшить фильтрующий эффект слоя отработанного зерна внутри емкости.

Для достижения этой цели GE и Каспар Шульц разработали более тонкое лезвие с внутренними каналами, которое разрыхляет измельченные зерна и равномерно распределяет воду по слою во время вращения. Йорг Бинкерт, руководитель отдела исследований и разработок Каспара Шульца, считает, что эта функция улучшит как время обработки, так и урожайность.

В целом компания видит ключевые преимущества использования AM в функциональной интеграции компонентов, которая помогает уменьшить количество стыков и уплотнений. Эти возможности, открываемые гибкостью дизайна AM, проложат путь для постепенных улучшений в процессе пивоварения.

3. Захваты для линии упаковки пищевых продуктов, напечатанные на 3D-принтере

Еще одно применение 3D-печати в пищевой промышленности - роботизированные захваты, используемые на линиях пищевой промышленности.

Линии обработки пищевых продуктов часто требуют индивидуальных решений, и 3D-печать предлагает жизнеспособные средства производства захватов, адаптированных к конкретным требованиям этих линий.

Кроме того, 3D-печать позволяет уменьшить вес захвата, открывая ряд преимуществ. Например, легкий захват с такой же грузоподъемностью поддерживает более быстрые перемещения и сокращает время цикла - ключевую цель в мире производства.

Одна из компаний, использующих захваты, напечатанные на 3D-принтере, - это исландская пищевая компания Marel. Организация сотрудничала с Датским технологическим институтом в разработке нейлоновых захватов, интегрированных в роботизированные манипуляторы, которые захватывают мясо, такое как филе, для подъема его на конвейерную ленту и с нее.

Marel видит важнейшее преимущество 3D-печати в ее гибкости:компания может настраивать захваты для разных клиентов без дополнительных затрат на фрезерные инструменты. Кроме того, Marel может заказать захваты для 3D-печати по запросу со сроком доставки всего три дня, что также помогает компании снизить затраты на хранение и повысить маневренность.

4. Новаторская конструкция роботизированного захвата

В другом примере Langen Group, поставщик оборудования для крупного производителя продуктов питания в США, заключила партнерские отношения с поставщиком услуг 3D-печати, Anubis 3D, для разработки облегченных инструментов на конце руки.

Этот инструмент, предназначенный для того, чтобы позволить роботам собирать упакованные, сложенные друг на друга крекеры и складывать их в картонные коробки, должен был весить менее килограмма и быть способным работать с упаковками различных форм и размеров.

Команда Anubis 3D применила программное обеспечение для оптимизации топологии, чтобы создать дизайн, который соответствует требованиям и подходит для 3D-печати. В процессе оптимизации программные алгоритмы анализировали напряжения и деформации в конструкции и корректировали геометрию детали для обеспечения прочности и меньшего веса.

Затем, чтобы еще больше увеличить захват инструмента, команда создала новую конструкцию с профилированными отверстиями и каналами, которые невозможно было изготовить традиционным способом.

3D- Напечатанная из нейлона с использованием технологии 3D-печати на порошковой основе от EOS, полученная деталь оказалась лучше, чем ожидалось. Новый захват обеспечивает в четыре раза большую силу захвата по сравнению с предыдущими вакуумными захватами, использует меньше воздуха и обладает большей силой захвата.

5. Krones разрабатывает 3D-печатную машину для крутки жестяных банок

Немецкий производитель упаковочного и разливочного оборудования Krones также продемонстрировал, как детали, напечатанные на 3D-принтере, могут быть интегрированы в индивидуальные машины в индустрии напитков.

Один из таких проектов включал в себя крутилку для банок, напечатанную на 3D-принтере из термопласта. На пивоваренном заводе, например, крутилка для пивных банок вертикально переворачивает пивные банки на 180 градусов после того, как они были заполнены и зашиты, чтобы их можно было затем пастеризовать, стоя вверх дном.

Во время разработки 3D- Для печатного компонента необходимо проанализировать множество различных факторов, в том числе оптимальную последовательность движения банок при их переворачивании.

Команде разработчиков потребовалось несколько попыток создать дизайн, отвечающий всем требованиям. Но благодаря преимуществам, предлагаемым AM, путь от дизайна до фактической реализации был коротким.

Помимо ускорения разработки, с помощью 3D-печати можно создавать крутильные машины с высоким уровнем воспроизводимости, что было проблемой при ручной обработке, которая могла привести к отклонениям в геометрии детали.

Компания Krones уже успешно протестировала устройство для крутки жестяных банок на предприятии, производящее до 150 000 банок в час, и теперь планирует интегрировать этот компонент в каждую из своих новых линий для консервирования.

6. Heineken оптимизирует свою производственную линию с помощью 3D-печати

Примерно через два года использования 3D-печати компания Heineken обнаружила несколько приложений, которые помогли повысить безопасность и производительность ее операций.

С помощью технологии экструзионной 3D-печати Ultimaker инженеры пивоваренного завода Heineken в Испании быстро узнали, что они могут сэкономить много времени и денег, 3D-печать оптимизированных по индивидуальному заказу деталей и инструментов для производственной линии. .

Например, металлический толкатель для консервных банок, используемый для отбраковки и направления бутылок, будет стоить значительно дороже и иметь более длительное время выполнения заказа, чем переработанный пластиковый вариант, напечатанный на 3D-принтере.

Точно так же компания начала 3D-печать стопорного инструмента, который ослабляет и затягивает колонны направляющих колес, на которые наклеиваются этикетки для бутылок.

3D-печать инструмента привела к значительной экономии затрат на 70% и более быстрому сроку поставки (с трех дней до одного) по сравнению с предыдущим методом обработки с ЧПУ. Другие более простые инструменты, такие как тороидальный резак для резины, можно напечатать на 3D-принтере менее чем за час.

В целом пивоварня претерпела несколько улучшений в своем производстве после внедрения AM. В среднем Heineken заявляет, что сроки доставки сокращаются на 80%, а затраты на запчасти - на 80%.

3D-печать в пищевой промышленности:фактор эффективности

Индустрия продуктов питания и напитков сталкивается с множеством проблем, и 3D-печать обеспечивает эффективное решение некоторых из них. Он помогает компаниям, производящим продукты питания и напитки, разрабатывать более качественную упаковку, оставаться гибкими благодаря 3D-печати запасных частей и инструментов по запросу, а также улучшать операции с использованием передовых компонентов.

В будущем мы увидим, что все больше компаний, производящих продукты питания и напитки, исследуют эту технологию, чтобы повысить эффективность и решить проблемы неопределенного будущего.