قالب های چاپ سه بعدی طراحی بسته بندی جدید یونیلور

مت رینولدز

 

یونیلور به عنوان یکی از بزرگترین شرکت‌های کالاهای مصرفی سریع (FMCG) با برندهایی مانند Dove، Domestos، Cif، Knorr، Axe (Lynx) و Ben & Jerry's، به طور مداوم در حال توسعه محصولات جدید و بسته‌بندی همراه برای مراقبت شخصی است و تولید کننده مواد  مراقبتی برای منزل، تغذیه و موارد دیگر است.

 

CPG و FMCG صنعتی است که در آن تقاضای ثابت مصرف‌کننده باعث رقابت شدید می‌شود، بنابراین برندها مجبورند به طور مداوم استراتژی محصول خود را نوآوری و تطبیق دهند. یکی از زمینه های مهم نوآوری بسته بندی است. طراحی یک بطری گاهی اوقات می تواند به همان اندازه که ماده ی در داخل آن وجود دارد بر درک مشتری تأثیر بگذارد. برندهایی مانند Unilever باید استفاده از مواد، جذابیت های زیبایی شناختی، ایمنی و پایداری را برای کاتالوگ وسیعی از انواع بسته بندی و محصولاتی که در اختیار دارند در نظر بگیرند. اما برای یک بطری پلاستیکی "ساده"، رسیدن از طرح روی صفحه کامپیوتر تا پر کردن آن در خط تولید به طور سنتی ماه ها طول می کشد.

 

استفانو کادمارتیری، مالک CAD و نمونه اولیه در Unilever، و Flavio Migliarelli، مدیر طراحی تحقیق و توسعه در تامین‌کننده بسته‌بندی Serioplast Global Services دست به دست هم داده‌اند تا دوام قالب‌های پرینت سه بعدی را برای کاربردهای قالب‌گیری کششی با حجم کم آزمایش کنند. این عمل نمونه‌سازی و آزمایش آزمایشی را تسریع کرده است، مدت زمان تولید را تا 6 هفته کاهش داده و هزینه آن را تا 90 درصد کاهش داده است.

 

چگونه Unilever و Serioplast طرح های جدید بطری را با قالب های چاپ سه بعدی توسعه می دهند

 

یک شرکت کالاهای مصرفی مانند یونیلور باید در اسرع وقت یا قبل از رقبای شما وارد بازار شود. شما باید بهترین محصول را با بهترین قیمت در کمترین زمان ممکن به مصرف کنندگان ارائه دهید. کادمارتیری می‌گوید پرینت سه بعدی به ما کمک می‌کند این فرآیند را تسریع کنیم. دستگاه SBM Seriomac UNIX 4 Cavities از Serioplast در مرکز تحقیق و توسعه آنها در ایتالیا. آنها به همراه Unilever یک گردش کار جدید برای استفاده از قالب های چاپ سه بعدی در این تجهیزات تولید صنعتی در مقیاس بزرگ ایجاد کردند. دستگاه SBM Seriomac UNIX 4 Cavities از Serioplast در مرکز تحقیق و توسعه آنها در ایتالیا. آنها همراه با Unilever، گردش کار جدیدی را برای استفاده از قالب های چاپ شده با چاپ 33 بعدی در این تجهیزات تولید صنعتی در مقیاس بزرگ ایجاد کردند.

گردش کار سنتی

 

ظروف پلاستیکی برای مواد غذایی و آشامیدنی، لوازم آرایشی و دارویی معمولاً از طریق قالب‌گیری دمشی تولید می‌شوند، طیفی قدیمی از روش‌های تولید انبوه سریع برای قطعات با کیفیت بالا و دیواره نازک. قالب گیری دمشی برای دوره های کوتاه مدت، معمولاً بین یک تا دو دقیقه، شناخته می شود و برای تولید با حجم بالا کاملا مقرون به صرفه است. معمولاً برای تولید میلیون‌ها قطعه یکسان با هزینه‌های واحد پایین استفاده می‌شود. Serioplast با استفاده از رزین 10K، قالب‌های دقیق با سطح صاف را ساخت و ویژگی‌های ظریفی از جمله سوراخ‌هایی به کوچکی 0.5 میلی‌متر را در خود جای داد. آنها ابزار را با یک ماشین پولیش یا سنباده دستی پردازش کردند تا ابعاد بحرانی را برآورده کنند. سطوح بافت در CAD حفره قالب گنجانده شد. Serioplast با استفاده از رزین 10K سفت و سخت، قالب‌های دقیقی با سطح صاف ساخت، که ویژگی‌های ظریفی از جمله سوراخ‌هایی به کوچکی 0.5 میلی‌متر را در خود جای داده است. آنها ابزار را با یک ماشین پولیش یا سنباده دستی پردازش کردند تا ابعاد بحرانی را برآورده کنند. سطوح بافت در CAD حفره قالب گنجانده شد.

 

قالب گیری دمشی با باد کردن یک لوله پلاستیکی گرم شده به نام پریسون یا پریفرم تزریقی در داخل قالب عمل می کند تا به شکل دلخواه درآید. سه نوع فرآیند قالب‌گیری دمشی وجود دارد: قالب‌گیری دمشی اکستروژن (EBM)، قالب‌گیری با ضربه تزریقی (IBM) و قالب‌گیری ضربه‌ای کششی (SBM)، SBM معمولاً برای تولید ظروف PET با کیفیت بالا و شفاف مانند بطری‌های آب استفاده می‌شود.

 

Serioplast یک تولید کننده جهانی بسته بندی پلاستیکی سفت و سخت برای صنعت FMCG است و یکی از شرکای اصلی Unilever برای توسعه و تولید بسته بندی برای بازار مراقبت های خانگی و شخصی است. Migliarelli می گوید: ما سالانه چهار میلیارد بطری در مواد PET، HDPE و PP تولید می کنیم.

 

به طور معمول، Serioplast یا به طور مستقیم ماکت های بطری Unilever را برای نمونه های اولیه چاپ سه بعدی می کند یا آنها را قالب می زند. اما تا همین اواخر، ماکاپ‌های چاپ سه‌بعدی حس یا شفافیت مناسبی را نشان نمی‌دادند و به اندازه کافی قابل اعتماد نبودند که برای مصرف‌کنندگان ارسال شوند. با این حال، ساختن نمونه‌های با کیفیت تولید از طریق SBM به ابزارهای فلزی گران‌قیمت نیاز دارد که به دلیل پیچیدگی فرآیند و برون‌سپاری تولید قالب، شش تا نه هفته زمان را به مرحله آزمایش آزمایشی معمولی اضافه می‌کند.

 

ما باید شش تا 12 هفته صبر کنیم تا بتوانیم نمونه واقعی را به مشتری بدهیم، بنابراین هفته‌های زیادی را صرف امتحان کردن یک طراحی جدید بطری تلف می‌کنیم. میلیارلی می‌گوید گاهی اوقات این کار سخت و خسته‌کننده است، زیرا شاید باید دوباره شروع کنید.

 

این قالب های SBM به طور سنتی از فلز توسط CNC ماشینکاری می شوند که به تجهیزات تخصصی، نرم افزار CAM و نیروی کار ماهر نیاز دارد. تولید ابزارآلات فلزی به طور کلی به ارائه دهندگان خدمات برون سپاری می شود که چهار تا هشت هفته زمان ارائه می دهند.

70٪ سریعتر و 90٪ ارزان تر

 

پرینت سه بعدی راه حلی قدرتمند برای ساخت ابزارها به سرعت و با هزینه کم است. این به تجهیزات نسبتاً محدودی نیاز دارد که ظرفیت CNC و زمان اپراتورهای ماهر را برای سایر وظایف با ارزش آزاد می کند. با چاپ سه بعدی داخلی، تولیدکنندگان و طراحان بسته‌بندی می‌توانند ابزارهای سریع را در فرآیند توسعه محصول وارد کنند تا مراحل طراحی و ساخت را قبل از انتقال به تولید انبوه تأیید کنند. قالب های پرینت سه بعدی در حال حاضر در فرآیندهایی مانند قالب گیری تزریقی یا شکل دهی حرارتی برای تکرار سریع، تسریع توسعه محصول و ارائه محصولات بهتر به بازار استفاده می شوند.

 

فناوری چاپ سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA) یک انتخاب عالی برای قالب گیری است. ویژگی آن سطح صاف و دقت بالا است که ابزار را به قسمت نهایی منتقل می کند و همچنین قالب گیری را تسهیل می کند. Form L یک چاپگر سه بعدی SLA با فرمت بزرگ است که ساخت قطعات و قالب‌های در مقیاس بزرگ را امکان‌پذیر می‌کند در حالی که به اندازه کافی برای یک دفتر کار فشرده است.

 

انتخاب مواد برای تولید قالب بسیار مهم است. Unilever و Serioplast به ماده ای نیاز داشتند که بتواند در مقابل فشار داخلی و دمای فرآیند SBM مقاومت کند و در عین حال دقت و ثبات ابعادی خوبی را حفظ کند. قالب سه بعدی چاپ شده با رزین 10K سفت و سخت برای بطری Unilever Slice 750 میلی لیتری نصب شده روی نگهدارنده پوسته روی دستگاه. این تیم می‌تواند از پنجره فرآیند مشابه با یک قالب آزمایشی استاندارد استفاده کند، که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا فرآیند نهایی را به طور قابل اعتماد آزمایش کنند. قالب سه بعدی چاپ شده با رزین 10K سفت و سخت برای بطری Unilever Slice 750 میلی لیتری نصب شده روی نگهدارنده پوسته روی دستگاه. این تیم می‌تواند از پنجره فرآیند مشابه با یک قالب آزمایشی استاندارد استفاده کند، که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا فرآیند نهایی را به طور قابل اعتماد آزمایش کنند.

 

Cademartiri می‌گوید: «با کمک مهندسان Formlabs، موادی را شناسایی کردیم که به ما امکان می‌داد چند بطری در مواد واقعی داشته باشیم تا آزمایش‌های خود را انجام دهیم.

 

رزین سفت و سخت 10K ماده پیشنهادی Formlabs برای SBM است زیرا ترکیبی از استحکام، سفتی و مقاومت حرارتی است. این یک ماده صنعتی با شیشه بسیار پر شده با دمای انحراف حرارتی (HDT) 218 درجه سانتی گراد در 0.45 مگا پاسکال (Mpa) و مدول کششی 10000 مگاپاسکال است. ابزار چاپ شده با رزین سخت 10K دارای ثبات ابعادی خوبی است و برای صدها چرخه قالب گیری بادی با قابلیت تکرار بالا مناسب است.

ما دقیقاً جزئیات دقیقی برای قالب داریم، به خصوص برای بطری هایی که دارای برخی آرم ها یا چیزهایی مانند جزئیات لیمویی است که به دقت زیادی نیاز دارد. کادمارتیری می‌گوید: دستگاه Formlabs به همراه رزین 10K Rigid این امکان را فراهم می‌کند که جزئیات بسیار خوبی داشته باشد که می‌توان آن را به بطری واقعی منتقل کرد.

 

با پرینت سه بعدی SLA می توان قالب را در دو روز ساخت. قالب‌های پرینت سه بعدی زمان شروع آزمایش آزمایشی را از شش به دو هفته کاهش می‌دهند و در عین حال به قطعات پیش‌تولید واقعی می‌رسند که بسیار نزدیک به کیفیت تولید هستند و با استفاده از مواد و ماشین‌آلات مشابه واحدهای تولیدی نهایی قالب‌گیری می‌شوند. علاوه بر این، قالب های پرینت سه بعدی به اپراتورها اجازه می دهد تا چندین طرح را به طور همزمان آزمایش کنند.

 

با قالب پرینت سه بعدی، ما از یک طرح استاندارد در داخل یک نگهدارنده پوسته استفاده می کنیم که در دستگاه قالب گیری ضربه ای قرار می گیرد. بنابراین ما در زمان زیادی در طراحی قالب صرفه جویی می کنیم و می توانیم برنامه پرینت سه بعدی خود را بسیار بسیار آسان مدیریت کنیم.

 

با قالب پرینت سه بعدی، می توانیم تا 70 درصد در زمان و 90 درصد هزینه در مقایسه با قالب استاندارد صرفه جویی کنیم. در گذشته، [مشتریان] مجبور بودند تا 12 هفته فقط برای یک طرح منتظر بمانند، اکنون می توانیم پنج طرح بسازیم.

 

انجام چنین آزمایش گسترده ای با روش های سنتی تقریبا غیرممکن است. آنها باید برای هر طرحی روی یک قالب فلزی سرمایه گذاری کنند، بدون اینکه از مزایای صرفه جویی در مقیاس برخوردار باشند و هرگز هزینه های ابزارآلات را جبران نخواهند کرد.

از تست مصرف کننده تا خط تولید

 

در درجه اول، ابزارهای چاپ سه بعدی برای تولید نمونه هایی برای آزمایش مصرف کننده استفاده می شود. آنها از نظر احساس، زیبایی و کاربرد نماینده محصول نهایی هستند و در چشم مصرف کننده به عنوان محصول واقعی تلقی می شوند.

 

Cademartiri می گوید: "شما می توانید قبل از اینکه قالب واقعی را انجام دهید، یک بطری واقعی داشته باشید، بنابراین می توانید بلافاصله تشخیص دهید که آیا در مسیر درست توسعه خود قرار گرفته اید یا باید چیزی را تغییر دهید تا از اشتباهاتی که ممکن است هزینه بیشتری داشته باشد جلوگیری کنید."

 

استفاده ثانویه از قالب مدولار اعتبارسنجی فرآیند SBM و همچنین پیش‌فرم PET است که دمیده می‌شود، با نگاه کردن به پنجره‌های فرآیند، نسبت کشش و توزیع مواد قابل دستیابی است. Serioplast پریفرم ها را در داخل از طریق قالب گیری تزریقی تولید می کند. در حالی که برخی از پریفرم ها به صورت سفارشی برای یک بطری خاص ساخته می شوند، معمولا با موارد استاندارد شده ای کار می کنند که کاربران نمی توانند آنها را تغییر دهند. تیم Serioplast می خواست طیف وسیعی از قابلیت های موجود از طریق این پریفرم استوک را درک کند. دانستن این اطلاعات به آن‌ها کمک می‌کند تا تعیین کنند که آیا یک پیش‌فرم معین برای قالب‌گیری یک بطری خاص قبل از تولید مناسب است یا خیر.

 

ما از همان پنجره فرآیندی استفاده می کنیم که در قالب پایلوت استاندارد وجود دارد. این بسیار خوب است، زیرا می‌توانیم پنجره‌های فرآیند نهایی را آزمایش کنیم و ببینیم چه اتفاقی برای بطری می‌افتد. ما در مورد فشار تا 30 بار صحبت می کنیم. در این مورد کاملاً خوب و قابل اعتماد است. ما همچنین در مورد گرمایش 100 درجه سانتیگراد برای پریفرم صحبت می کنیم، بدون هیچ گونه سایش در حفره قالب چاپ سه بعدی. ما می‌توانستیم به راحتی هر روز 100، 200 بطری تولید کنیم. میلیارلی می‌گوید که می‌توانیم با زمان بیشتر به ۱۰۰۰ برسیم.

 

سومین کاربرد برای تولید قالب های سریع، آزمایش برخی از جنبه های خط تولید در مراحل اولیه است. از آنجایی که بطری های تشکیل شده با قالب های چاپ سه بعدی بسیار نزدیک به واحدهای تولیدی هستند، می توان از آنها برای انجام برخی اعتبارسنجی اولیه خط پرکننده مانند حرکت خط، عملکرد چرخ های ستاره برای ماشین های پرکننده بطری استفاده کرد. ، درپوش یا عملکرد بسته‌کننده کیس رباتیک. آزمایش اولیه خط تولید به کارخانه ها اجازه می دهد تا قطعات یدکی را پیش بینی کنند، خط را برای تولید انبوه آماده کنند و زمان خود را برای عرضه به بازار تسریع کنند. Cademartiri و Unilever قبلاً حدود 15 مدل مختلف بطری را با فرآیند جدید آزمایش کرده اند. Cademartiri و Unilever قبلاً حدود 15 مدل مختلف بطری را با فرآیند جدید آزمایش کرده اند.

عرضه سریع تر بسته بندی محصول به بازار

 

Unilever و Serioplast با چاپگرهای Formlabs SLA و Rigid 10K Resin توانستند زمان تحویل را تا 70 درصد و هزینه‌های ابزارآلات را تا 90 درصد کاهش دهند و تنها در دو هفته 200 دستگاه آزمایشی تولید کنند.

 

در Formlabs، ما یک شریک بسیار خوب نه تنها برای فروش دستگاه، بلکه برای حمایت از ما در کشف خواص این مواد پیدا کردیم. این همکاری به من کمک کرد تا امکان شروع این سفر را با قالب های چاپ سه بعدی شناسایی کنم.

 

گردش کار جدید یونیلور را قادر می‌سازد تا محصولات بهتری را سریع‌تر وارد بازار کند و خطرات و هزینه‌های مرتبط با توسعه بسته‌بندی را به شدت کاهش دهد.

 

تاثیر بزرگی که ما با چاپگر سه بعدی داریم، امکان تحقق رویاهای شماست. چیزی که روی صفحه نمایش شماست تا چند هفته دیگر در دستان شماست. یک محصول واقعی، با یک بطری واقعی، با یک درپوش واقعی، و یک برچسب واقعی،” Cademartiri نتیجه می گیرد.