3D 打印如何改变食品和饮料行业

随着消费者需求的不断变化、供应链的不稳定和成本的增加，食品和饮料行业正在经历一系列的变化。

希望降低生产成本的小型供应商和希望提高产量的大型生产商都在寻找可以帮助他们克服迫在眉睫的挑战的解决方案。

3D 打印是食品和饮料公司整合到其产品开发部门和生产线中以优化流程和降低成本的技术之一。

为了帮助您更好地了解 3D 打印在食品和饮料行业的现状，我们探索了最能从该技术中受益的应用领域，并重点介绍了一些 3D 打印的实际应用示例。

当今食品和饮料公司如何使用 3D 打印？

更快的包装开发

在食品和饮料行业，包装是品牌与消费者之间的接口。从根本上说，好的包装设计会吸引消费者的注意力并影响购买决定。

但是，开发包装设计通常涉及多次设计迭代，成本高昂且耗时。食品和饮料品牌转向 3D 打印，通过更快、更经济地生产设计变化来加快包装开发过程。

这是可能的，因为3D打印不需要模具或其他生产工具，只需将设计文件发送到3D打印机并在几个小时内制造出来。

此外，与传统方法相比，3D打印可以创建具有成品特征的原型，并且具有多种颜色和材料。这使食品和饮料公司能够测试最终产品的外观和感觉，进一步加强设计审查。

例如，保温食品和饮料容器制造商 Thermos 自 2006 年以来一直在使用 3D 打印来制作包装原型。从外包原型制作工作转向内部 3D 打印，缩短了包装原型的交付时间。原型从五天到几个小时。

该公司表示，3D 打印使他们能够优化瓶盖塞的贴合度和最畅销的保温杯的倾倒性能。

食品和饮料工厂的 3D 打印备件

食品和饮料公司可以通过将 3D 打印用于备件生产来增加生产线的正常运行时间。

该技术有助于确保更快地提供某些备件，从而有助于避免计划外停机。

我们以饮料灌装厂为例。这些工厂靠速度茁壮成长，生产速度在每小时 40,000 到 80,000 瓶或罐之间。因此，如果工厂关闭，其盈利能力会迅速下降。

在最坏的情况下，发现问题、请求备件、运输和安装可能需要几天时间。根据整条灌装线的规模和产量，一小时的生产损失可能造成 4,000 到 30,000 美元不等。

3D 打印支持按需制造备件，有助于减少代价高昂的停机时间。反过来，减少计划外停机时间有助于制造商推迟对新资产的昂贵投资并提高生产力。

更便宜的人体工学工具

内部 3D 打印可以比传统工艺更快地为食品和饮料工厂生产工具。

一些适合 3D 打印的工具是：

• 维护工具
• 安全工具
• (反)组装工具
• 人体工学工具
• 质量保证工具
• 间隔和对齐工具

此外，由于 3D 打印提供了设计灵活性，因此可以按照人体工程学设计工具，为工人提供更大的易用性并提高执行任务时的准确性。

食品和饮料行业 3D 打印的 6 个示例

1. 3D 打印帮助百事可乐推进包装设计

作为电影宣传活动的一部分，全球食品和饮料品牌百事可乐使用 3D 打印为汽水罐制作了一个复制品黑豹面具。

为了尽快开发和生产 250 个复杂的口罩，百事可乐认为制作模具的成本太高了。鉴于其设计灵活性和经济小批量生产优势，3D 打印提供了理想的解决方案。

通过与合同制造商 Protolabs 的合作，该团队使用材料挤出技术创建了口罩的初始原型。他们添加了一些修改，以确保设计与罐头上的图片配合使用，并且在运输过程中保持安全。

为了制造最终零件，该团队选择了惠普的 Multi Jet Fusion 技术，因为它具有高质量的表面光洁度和更低的生产成本。

从概念化到最终产品总共用了不到六个月的时间，这一切都归功于 3D 打印技术。百事可乐罐头和时尚的 3D 打印面具都为这部电影赢得了很多关注，展示了 3D 打印帮助开发创新包装设计的力量。

2.为啤酒厂重新设计部件

Kaspar Schulz 是世界上历史最悠久的酿造设备制造商之一，转向 3D 打印来测试其设计灵活性。

与 GE Additive 合作，Kaspar Schulz 确定了几个可以从重新设计中受益的部件。其中之一是 Lauter Tun 容器内的一个组件，可将麦芽汁（从啤酒糖化​​中提取的液体）与固体分离。

这部分被称为摇臂，该团队希望提高容器内谷粒床的过滤效果。

为了实现这一目标，GE 和 Kaspar Schulz 设计了一种带有内部通道的更薄的叶片，它可以在旋转过程中松开谷物并在整个床中均匀分布水。 Kaspar Schulz 的研发主管 Jörg Binkert 认为，此功能将改善处理时间和产量。

总体而言，该公司认为在零件的功能集成中使用增材制造的主要好处是有助于减少接头和密封件的数量。 AM 的设计灵活性带来了这些机会，将为酿造过程的渐进式改进铺平道路。

3.用于食品包装线的 3D 打印夹具

食品和饮料行业 3D 打印的另一个应用是食品加工线上使用的机器人抓手。

食品加工线通常需要定制解决方案，而 3D 打印提供了一种可行的方法来生产针对这些线的特定要求而定制的抓手。

此外，3D 打印可以减轻夹具的重量，从而带来一系列好处。例如，具有相同负载能力的轻型夹具支持更快的运动并缩短循环时间——这是制造业的一个关键目标。

一家利用 3D 打印夹具优势的公司是冰岛食品加工公司 Marel。该组织与丹麦技术研究所合作开发了尼龙抓手，该抓手集成到机械臂中，可以抓取鱼片等肉类，将其从传送带上取下。

Marel 认为 3D 打印的关键优势在于其灵活性：该公司可以为不同的客户定制夹具，而无需增加铣削工具的成本。此外，Marel 可以按需订购 3D 打印抓手，交货时间仅为三天——这也有助于公司降低存储成本并提高灵活性。

4.创新机器人抓手设计

在另一个例子中，美国一家主要食品生产商的设备供应商 Langen Group 与 3D 打印服务提供商 Anubis 3D 合作开发轻型机械臂末端工具。

这种工具旨在使机器人能够捡起包装好的、堆叠的饼干并将它们放入纸板箱中，其重量必须不到一公斤，并且能够处理多种形状和尺寸的包装。

Anubis 3D 团队应用拓扑优化软件创建了一个既满足要求又适合 3D 打印的设计。在优化过程中，软件算法分析了结构上的应力和应变，并调整了零件的几何形状以提高强度和减轻重量。

然后，为了进一步增加工具的抓地力，该团队创造了一种新设计，带有异形孔和通道，这是传统方法无法制造的。

3D-用尼龙打印，使用 EOS 的粉末基 3D 打印技术，结果比预期的要好。新型夹持器的夹持力是传统真空夹持器的四倍，使用的空气更少，抓取力更强。

5.克朗斯开发了一种 3D 打印的扭罐机

德国包装和装瓶机制造商克朗斯还展示了如何将 3D 打印部件集成到饮料行业的定制机器中。

其中一个项目涉及使用热塑性材料 3D 打印的罐头捻线机。例如，在啤酒厂中，在啤酒罐装满和缝合后，扭罐机将啤酒罐垂直翻转 180 度，然后倒置进行巴氏杀菌。

在 3D- 的开发过程中打印组件，需要分析许多不同的因素，包括罐子倒置时的最佳运动顺序。

开发团队需要多次尝试才能创建满足所有要求的设计。但是由于 AM 提供的优势，从设计到实际实施的路径很短。

除了更快的开发之外，3D 打印还创建了具有高度可重复性的扭罐机——这是手动加工过程的一个挑战，会导致零件几何形状的偏差。

克朗斯已经在内部成功测试了扭罐机，每小时最多可生产 150,000 个罐头，现在希望将该组件集成到其每条新的罐头生产线中。

6.喜力通过 3D 打印优化其生产线

在使用 3D 打印大约两年后，喜力发现了多种有助于提高其运营安全性和生产力的应用。

借助 Ultimaker 的挤出 3D 打印技术，西班牙喜力啤酒厂的工程师很快了解到，通过 3D 打印为其生产线定制优化的零件和工具，他们可以节省大量时间和金钱.

例如，与重新设计的塑料 3D 打印替代品相比，用于剔除和引导瓶子的金属罐推进器的成本要高得多，而且交货时间也更长。

同样，该公司开始 3D 打印塞子工具，该工具可以松开和收紧贴有瓶子标签的导轮柱。

与以前的 CNC 加工方法相比，3D 打印工具显着节省了 70% 的成本并缩短了交货时间（从三天到一天）。其他更简单的工具，例如环形橡胶切割机，可以在不到一个小时的时间内完成 3D 打印。

总体而言，在采用内部增材制造后，该啤酒厂的生产有了多项改进。喜力表示，平均而言，它的交货时间缩短了 80%，零件成本降低了 80%。

食品和饮料行业的 3D 打印：效率的驱动力

食品和饮料行业正面临许多挑战，而 3D 打印为其中的一些挑战提供了有效的解决方案。它帮助食品和饮料公司开发更好的包装，通过按需 3D 打印备件和工具保持敏捷，并使用先进的组件改进运营。

展望未来，我们将看到更多食品和饮料公司研究该技术以提高效率并正面应对不确定的未来挑战。