3Dプリントが食品および飲料業界をどのように変革するか

消費者の需要の絶え間ない変化、サプライチェーンの不安定性、コストの増加に伴い、食品および飲料業界はさまざまな変化を遂げています。

生産コストの削減を目指す小規模なサプライヤーと、さらに多くの生産量を目標とする主要な生産者の両方が、迫り来る課題を克服するのに役立つソリューションを探しています。

3D印刷は、食品および飲料会社が製品開発部門と生産ラインに統合して、プロセスを最適化し、コストを削減するテクノロジーの1つです。

食品および飲料業界における3D印刷の状況をよりよく理解するために、このテクノロジーから最も恩恵を受けることができるアプリケーション分野を調査し、実際の3D印刷の例のいくつかを強調します。

今日、食品および飲料会社は3D印刷をどのように使用していますか？

より迅速なパッケージ開発

食品および飲料業界では、パッケージはブランドと消費者の間のインターフェースとして機能します。基本的に、優れたパッケージデザインは消費者の注意を引き付け、購入の決定に影響を与えます。

ただし、パッケージデザインの開発には通常、コストと時間がかかる可能性のある複数のデザインの反復が含まれます。食品および飲料のブランドは、3D印刷を利用して、デザインバリエーションをより迅速かつ経済的に生産することでパッケージ開発プロセスをスピードアップしています。

これが可能なのは、3D印刷では金型やその他のツールを必要とせず、3Dプリンターに送信されて数時間以内に製造される設計ファイルのみが必要になるためです。

さらに、3D印刷は、従来の方法と比較して、完成品の特徴を備えたさまざまな色や素材のプロトタイプを作成できます。これにより、食品および飲料会社は最終製品のルックアンドフィールをテストできるようになり、設計レビューがさらに強化されます。

たとえば、断熱食品および飲料容器のメーカーであるサーモスは、2006年からプロトタイプのパッケージングに3D印刷を使用しています。プロトタイピングジョブのアウトソーシングから社内3D印刷に切り替えることで、 5日から数時間のプロトタイプ。

同社によれば、3D印刷により、キャップストッパーのフィット感と、ベストセラーの魔法瓶マグカップの注入性能を最適化することができました。

食品および飲料工場用の3Dプリントスペアパーツ

食品および飲料会社は、スペアパーツの製造に3D印刷を使用することで、ラインアップタイムを増やすことができます。

このテクノロジーは、特定のスペアパーツをより迅速に利用できるようにし、計画外のダウンタイムを回避するのに役立ちます。

例として飲料充填プラントを取り上げましょう。そのような植物は、1時間あたり40,000から80,000のボトルまたは缶の生産率で、スピードで繁栄します。そのため、プラントが停止すると、その収益性は急速に低下します。

最悪のシナリオでは、問題の発見、スペアパーツのリクエスト、発送、取り付けに数日かかる場合があります。充填ライン全体のサイズと生産量にもよりますが、1時間の生産損失は4,000ドルから30,000ドルの範囲で発生する可能性があります。

3D印刷により、オンデマンドのスペアパーツ製造が可能になり、コストのかかるダウンタイムを削減できます。計画外のダウンタイムを削減することで、製造業者はコストのかかる新しい資産への投資を延期し、生産性を向上させることができます。

より安価な人間工学的ツール

社内の3D印刷により、従来のプロセスよりも迅速に食品および飲料工場向けのツールを作成できます。

3D印刷に適したツールには次のものがあります。

• メンテナンスツール
• 安全ツール
• （分解）アセンブリツール
• 人間工学的ツール
• 品質保証ツール
• スペーサーおよび位置合わせツール

さらに、3D印刷は設計の柔軟性を提供するため、ツールを人間工学的に設計できるため、作業者の使いやすさが向上し、タスクの実行時の精度が向上します。

食品および飲料業界における3D印刷の6つの例

1。 3D印刷は、ペプシがパッケージデザインを進歩させるのに役立ちます

世界的な食品および飲料ブランドのペプシは、映画のプロモーションキャンペーンの一環として、3D印刷を使用してソーダ缶用のレプリカブラックパンサーマスクを作成しました。

250の複雑なマスクをできるだけ早く開発して製造することを目指して、ペプシは金型の作成には費用がかかりすぎると判断しました。その設計の柔軟性と経済的な少量生産の利点を考えると、3D印刷は理想的なソリューションを提供しました。

契約メーカーであるプロトラブズとのパートナーシップを通じて、チームは材料押出技術を使用してマスクの初期プロトタイプを作成しました。彼らは、デザインが缶の絵とうまく機能し、輸送中も安全に保たれるように、いくつかの変更を加えました。

最終部品を作成するために、チームは、高品質の表面仕上げと製造コストの削減のために、HPのマルチジェットフュージョンテクノロジーを選択しました。

3D印刷技術のおかげで、概念化から最終製品に至るまでに合計で6か月もかかりませんでした。ペプシ缶とそのなめらかな3D印刷マスクの両方が、映画で多くの注目を集めるのに役立ち、革新的なパッケージデザインの開発に役立つ3D印刷の力を示しました。

2。醸造所の部品の再設計

世界で最も古い醸造設備メーカーの1つであるKasparSchulzは、設計の柔軟性をテストするために3D印刷に目を向けました。

Kaspar Schulzは、GE Additiveとの提携により、再設計の恩恵を受ける可能性のあるいくつかの部品を特定しました。それらの1つは、麦汁（ビールのマッシングから抽出された液体）を固形物から分離するLauterTun容器内のコンポーネントです。

この部分はラッキングアームと呼ばれ、チームは容器内の使用済み穀物床のろ過効果を改善したいと考えていました。

この目標を達成するために、GEとKaspar Schulzは、内部チャネルを備えたより薄いブレードを設計しました。これにより、使用済みの穀物がほぐれ、回転中にベッド全体に水が均等に分配されます。 Kaspar Schulzの研究開発責任者であるJörgBinkertは、この機能によって処理時間と歩留まりの両方が向上すると考えています。

一般に、同社は部品の機能統合にAMを使用することの主な利点を認識しています。ジョイントとシールの数を減らすのに役立ちます。 AMの設計の柔軟性によって解き放たれたこれらの機会は、醸造プロセスの段階的な改善への道を開くでしょう。

3。食品包装ライン用の3Dプリントグリッパー

食品および飲料業界での3D印刷の別のアプリケーションは、食品加工ラインで使用されるロボットグリッパーです。

食品加工ラインにはカスタムソリューションが必要なことが多く、3D印刷は、これらのラインの特定の要件に合わせてカスタマイズされたグリッパーを製造するための実行可能な手段を提供します。

さらに、3D印刷により、グリッパーの重量を減らすことができ、さまざまなメリットが得られます。たとえば、同じ負荷容量の軽量グリッパーは、より速い動きをサポートし、より短いサイクルタイムを可能にします。これは製造業の主要な目的です。

3Dプリントされたグリッパーを利用している会社の1つは、アイスランドの食品加工会社であるマレルです。この組織は、デンマーク技術研究所と協力して、フィレットなどの肉をコンベヤーベルトに乗せたり降ろしたりするロボットアームに統合されたナイロングリッパーの開発に取り組みました。

マレルは、柔軟性に3D印刷の重要な利点があると考えています。同社は、フライス盤の追加コストなしで、さまざまな顧客向けにグリッパーをカスタマイズできます。さらに、マレルはグリッパーをオンデマンドで3D印刷するように注文でき、納期はわずか3日です。これにより、会社は保管コストを削減し、敏捷性を高めることができます。

4。ロボットグリッパー設計の革新

別の例では、米国の大手食品メーカーの機器サプライヤーであるLangen Groupが、3D印​​刷サービスプロバイダーであるAnubis 3Dと提携して、軽量のエンドオブアームツールを開発しました。

このツールは、ロボットが包まれた積み重ねられたクラッカーを拾い上げて段ボール箱に入れることができるように設計されており、重量が1キログラム未満で、複数のパッケージの形状とサイズを処理できる必要がありました。

Anubis 3Dチームは、トポロジー最適化ソフトウェアを適用して、要件を満たし、3D印刷に適した設計を作成しました。最適化プロセスでは、ソフトウェアアルゴリズムが構造の応力とひずみを分析し、強度と軽量化のために部品の形状を調整しました。

次に、ツールのグリップをさらに高めるために、チームは、従来は製造できなかったプロファイルの穴とチャネルを備えた新しいデザインを作成しました。

3D- EOSの粉末ベースの3D印刷技術を使用してナイロンで印刷された結果、予想よりも優れた結果が得られました。新しいグリッパーは、従来のバキュームグリッパーの4倍のグリップ力を提供し、使用する空気が少なく、ピッキング力が高くなっています。

5。クロネスは3Dプリントされた缶ツイスターを開発しています

ドイツの包装および瓶詰め機メーカーのKronesは、3Dプリント部品を飲料業界のカスタマイズされた機械に統合する方法も紹介しました。

そのようなプロジェクトの1つに、熱可塑性材料を使用して3Dプリントされた缶ツイスターが含まれていました。たとえば、醸造所では、缶ツイスターはビール缶を充填して継ぎ合わせた後、垂直に180度反転させて、逆さまに立てて低温殺菌できるようにします。

3Dの開発中-印刷されたコンポーネントでは、缶を反転させたときの最適なモーションシーケンスなど、さまざまな要素を分析する必要があります。

開発チームは、すべての要件を満たす設計を作成するために何度か試行する必要がありました。しかし、AMが提供する利点のおかげで、設計から実際の実装までのパスは短かった。

3D印刷は、開発の迅速化に加えて、高レベルの再現性を備えた缶ツイスターを作成します。これは、部品の形状に偏差が生じる手動の機械加工プロセスでは課題でした。

Kronesは、1時間あたり最大150,000缶の缶ツイスターを社内でテストすることに成功しており、現在、コンポーネントを新しい缶詰ラインのそれぞれに統合する予定です。

6。ハイネケンは3Dプリントで製造ラインを最適化します

3D印刷を約2年間使用した後、ハイネケンは業務の安全性と生産性の向上に役立つ複数のアプリケーションを特定しました。

Ultimakerの押し出し3D印刷技術の助けを借りて、スペインのハイネケン醸造所のエンジニアは、生産ライン用にカスタム最適化された部品とツールを3D印刷することで、多くの時間とお金を節約できることをすぐに学びました。 。

たとえば、ボトルを拒否して方向付けるために使用される金属製の缶プッシャーは、再設計されたプラスチック製の3D印刷された代替品よりも大幅にコストがかかり、リードタイムが長くなります。

同様に、同社は、ボトルのラベルを貼るガイドホイールの支柱を緩めたり締めたりするストッパーツールの3Dプリントを開始しました。

ツールの3D印刷により、以前のCNC機械加工方法と比較して、70％の劇的なコスト削減と、納期の短縮（3日から1日）が実現しました。トロイダルラバーカッターなどの他のよりシンプルなツールは、1時間以内に3Dプリントできます。

全体として、醸造所では、AMを社内で採用した後、生産にいくつかの改善が見られました。ハイネケンは、平均して、納期が80％短縮され、部品のコストが80％削減されたと述べています。

食品および飲料業界における3D印刷：効率の推進要因

食品および飲料業界は多くの課題に取り組んでおり、3D印刷はそれらのいくつかに効率的なソリューションを提供します。これは、食品および飲料会社がより優れたパッケージングを開発し、スペアパーツとツールのオンデマンド3D印刷で機敏性を維持し、高度なコンポーネントで運用を改善するのに役立ちます。

今後、効率を高め、不確実な将来の課題に正面から取り組むためのテクノロジーを調査している食品および飲料会社が増えるでしょう。