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Aug 13, 2023

Pepsico findet innovative Alternative zu teuren Metallwerkzeugen

Verwandte Anbieter Die schnelle Markteinführung war für den Verbraucher noch nie so wichtig

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Die schnelle Markteinführung war im Konsumgütersektor noch nie so wichtig, da Markeninhaber neue Flaschen- und Verpackungsdesigns entwickeln möchten, um den sich ständig ändernden Kundenwünschen gerecht zu werden. Die Herstellung herkömmlicher Metallwerkzeuge für das Blasformen von Flaschen ist jedoch eine teure und zeitaufwändige Angelegenheit. Deshalb suchte Pepsico nach einer Alternative.

Die Produkte des Getränkeunternehmens Pepsico werden von Verbrauchern mehr als eine Milliarde Mal am Tag in mehr als 200 Ländern und Territorien auf der ganzen Welt genossen. Die Gruppe erwirtschaftete im Jahr 2021 einen Nettoumsatz von mehr als 79 Milliarden US-Dollar, angetrieben durch ein ergänzendes Getränke- und Fertignahrungsportfolio, zu dem Lay's, Doritos, Cheetos, Gatorade, Pepsi-Cola, Mountain Dew, Quaker und Soda Stream gehören. Das Produktportfolio von Pepsico umfasst eine breite Palette genussvoller Lebensmittel und Getränke, darunter viele Kultmarken, die jeweils einen geschätzten jährlichen Einzelhandelsumsatz von mehr als einer Milliarde US-Dollar erwirtschaften.

Das Lebensmittel- und Getränkeunternehmen suchte nach einer Möglichkeit, die Markteinführung durch die Optimierung der Produktion von Blasformen zu beschleunigen. Bei herkömmlichen Methoden kann dieser Prozess recht langwierig sein. Sobald eine CAD-Datei des Verpackungsdesigns erstellt wurde, kann es bis zu vier Wochen dauern, ein Metallwerkzeug zu bearbeiten, und dann weitere zwei Wochen, um eine Testeinheit für das eigentliche Blasformen zu erhalten. Laut Max Rodriguez, Senior Manager of Global Packaging R&D, Advanced Engineering and Design, im Valhalla-Forschungszentrum von Pepsico könnte die Herstellung eines einzelnen Metallwerkzeugsatzes je nach Komplexität auch leicht bis zu 10.000 Dollar kosten.

Dies hat viele dazu veranlasst, den 3D-Druck einzusetzen, um diesen Prozess zu verkürzen, aber frühere Rapid-Tooling-Ansätze hatten auch ihre Mängel. Es würde zwei bis drei Tage dauern, ein einzelnes Blasformwerkzeug aus Digital ABS (einem teuren Material) auf einer 250.000 Dollar teuren Polyjet-3D-Druckmaschine in 3D zu drucken. Dennoch mangelte es dem resultierenden Werkzeug an Haltbarkeit und es konnten nur etwa 100 Flaschen hergestellt werden, bevor die Form zu versagen begann. Dies veranlasste Rodriguez und sein Team, einen Hybridansatz zu erforschen, bei dem Teile einer herkömmlichen Metallform mit 3D-gedruckten Einsätzen kombiniert wurden.

Bei diesem Hybridmodell – das Pepsico Ende 2020 patentieren ließ – kommt eine universelle Außenformschale aus Metall zum Einsatz, die heute in die meisten kommerziellen Blasformmaschinen passt. Anschließend untersuchte das Unternehmen die Verwendung additiver Fertigung, um nur die wesentlichen inneren Teile der Form zu drucken, die die Geometrie des Endprodukts ergeben. Durch die Zusammenarbeit mit Dynamism lernte das Pepsico-Team industrielle Lösungen im 3D-Druck kennen, die seinen Anforderungen gerecht werden konnten.

„Zeit und Kosten sind natürlich wichtig, aber wichtiger ist es, die Flexibilität zu haben, eine Reihe verschiedener Design-Iterationen in Rekordgeschwindigkeit durchzuführen, damit wir die Leistung in allen nachgelagerten Aktivitäten bewerten können. Das ist wirklich das Richtige.“ hilft uns, schneller zu werden“, sagt Rodriguez. Zu diesen nachgelagerten Aktivitäten gehört die Bestätigung der Leistung der Flasche in den Verpackungslinien, Verkaufsautomaten und im Vertriebsnetz von Pepsico.

Die Gruppe entschied sich für xPEEK147 von Nexa 3D von Henkel Loctite für die 3D-gedruckten Werkzeugeinsätze aufgrund der Festigkeit des Materials und der beeindruckenden Leistungsfaktoren, einschließlich seiner sehr hohen Wärmeformbeständigkeit. Während dieser Hybridansatz maschinenunabhängig ist, d. h. er kann verschiedene Arten von 3D-Druckern verwenden, hat Pepsico festgestellt, dass der ultraschnelle 3D-Drucker Nexa 3D NXE 400 mit hohem Durchsatz und die damit verbundene Materialleistung ideal für die Herstellung der benötigten Formkomponenten sind.

Das Team trug auf den gedruckten Einsätzen eine Unterlage aus Dentalgips auf, um den Formhohlräumen die Druckfestigkeit zu verleihen, die für das Blasformen mit einem Druck von bis zu 40 bar erforderlich ist. Anschließend wurde eine modifizierte Blowscan-Streckblasformmaschine im Labormaßstab des in Nordirland ansässigen Unternehmens Blow Molding Technologies (BMT) verwendet, um die eigentlichen Flaschen herzustellen. „BMT ist seit fünf Jahren ein strategischer Dienstleister und vertrauenswürdiger Partner von Pepsico“, bemerkte Rodriguez.

Pepsico habe Anfang dieses Jahres in Valhalla die überarbeitete Streckblasmaschine Blowscan im Labormaßstab erhalten, sagte er, und habe in den letzten Monaten täglich Flaschen mit seinem Hybridwerkzeugansatz produziert.

Dieser Ansatz „erleichtert auch unsere Fähigkeit, unsere virtuellen Werkzeuge zu validieren, da wir sie jetzt mit physischen Ergebnissen verknüpfen können“, fügte er hinzu. Dies unterstützt das Unternehmen bei der Materialcharakterisierung, Leistungsanalyse und physikalischen Tests. „Durch den Einsatz dieser Fähigkeiten“, sagt Rodriguez, „erwarten wir eine Verbesserung unseres Entwicklungszyklus um 30 Prozent.“

Ein kompletter Formsatz kann in zwölf Stunden hergestellt werden, davon acht Stunden 3D-Druckzeit und vier Stunden Aushärtungszeit. Diese hybridgefertigten Formen können dann erfolgreich für mehr als 10.000 Flaschen verwendet werden, bevor sie ausfallen – bei einer Kostenreduzierung von bis zu 96 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Metallwerkzeugen.

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