3D 프린팅이 식품 및 음료 산업을 변화시키는 방법

끊임없이 변화하는 소비자 요구, 공급망 불안정, 비용 증가로 인해 식음료 산업은 급격한 변화를 겪고 있습니다.

생산 비용을 낮추려는 소규모 공급업체와 더 많은 생산량을 목표로 하는 주요 생산업체 모두 다가오는 문제를 극복하는 데 도움이 될 수 있는 솔루션을 찾고 있습니다.

3D 프린팅은 식품 및 음료 회사가 프로세스를 최적화하고 비용을 절감하기 위해 제품 개발 부서 및 생산 라인에 통합하는 기술 중 하나입니다.

식음료 산업의 3D 프린팅 현황을 더 잘 이해할 수 있도록 기술을 최대한 활용할 수 있는 응용 분야를 탐색하고 실제 3D 프린팅의 몇 가지 예를 강조합니다.

음식 및 음료 회사는 오늘날 3D 프린팅을 어떻게 사용합니까?

빠른 패키징 개발

식품 및 음료 산업에서 포장은 브랜드와 소비자 사이의 인터페이스 역할을 합니다. 기본적으로 좋은 패키지 디자인은 소비자의 관심을 끌고 구매 결정에 영향을 미칩니다.

그러나 패키지 디자인을 개발하려면 일반적으로 많은 비용과 시간이 소요될 수 있는 여러 디자인 반복 작업이 필요합니다. 식음료 브랜드는 3D 프린팅으로 전환하여 디자인 변형을 보다 빠르고 경제적으로 생산함으로써 포장 개발 프로세스의 속도를 높입니다.

3D 프린팅은 제작을 위한 금형이나 기타 도구가 필요하지 않고 3D 프린터로 전송되어 몇 시간 내에 제작되는 디자인 파일만 있기 때문에 가능한 일입니다.

또한 3D 프린팅은 기존의 방법에 비해 완제품의 특징과 다양한 색상과 재료로 프로토타입을 만들 수 있습니다. 이를 통해 식품 및 음료 회사는 최종 제품의 모양과 느낌을 테스트하여 디자인 검토를 더욱 향상시킬 수 있습니다.

예를 들어, 단열 식품 및 음료 용기 제조업체인 Thermos는 2006년부터 프로토타입 포장에 3D 프린팅을 사용하고 있습니다. 프로토타이핑 아웃소싱 작업에서 사내 3D 프린팅으로 전환함으로써 리드 타임이 단축되었습니다. 5일에서 몇 시간으로 프로토타입.

회사는 3D 프린팅을 통해 가장 잘 팔리는 Thermos 머그의 캡 마개와 붓는 성능을 최적화할 수 있었다고 말합니다.

식품 및 음료 공장용 3D 인쇄 예비 부품

식품 및 음료 회사는 예비 부품 생산에 3D 프린팅을 사용하여 라인 가동 시간을 늘릴 수 있습니다.

이 기술은 특정 예비 부품을 더 빨리 사용할 수 있도록 하여 계획되지 않은 가동 중지 시간을 방지하는 데 도움이 됩니다.

음료 충전 공장을 예로 들어 보겠습니다. 이러한 공장은 시간당 40,000에서 80,000병 또는 캔 사이의 생산 속도로 빠르게 번창합니다. 따라서 공장이 폐쇄되면 수익성이 빠르게 감소합니다.

최악의 경우 문제를 찾고 예비 부품을 요청하고 배송 및 설치하는 데 며칠이 걸릴 수 있습니다. 전체 충전 라인의 크기와 생산량에 따라 1시간의 생산 손실 비용이 $4,000에서 $30,000 사이일 수 있습니다.

3D 프린팅은 비용이 많이 드는 가동 중지 시간을 줄이는 데 도움이 되는 주문형 예비 부품 제조를 가능하게 합니다. 계획되지 않은 가동 중지 시간을 줄임으로써 제조업체는 새로운 자산에 대한 값비싼 투자를 연기하고 생산성을 높일 수 있습니다.

저렴한 인체공학적 도구

자체 3D 프린팅을 사용하면 기존 공정보다 더 빠르게 식음료 공장용 도구를 생산할 수 있습니다.

3D 프린팅에 적합한 도구는 다음과 같습니다.

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유지 관리 도구

안전 도구

(분해)조립 도구

인체 공학적 도구

품질 보증 도구

스페이서 및 정렬 도구

또한 3D 프린팅은 설계 유연성을 제공하므로 도구를 인체 공학적으로 설계할 수 있어 작업자가 더 쉽게 사용할 수 있고 작업 수행 시 정확성이 향상됩니다.

식품 및 음료 산업에서 3D 프린팅의 6가지 예

1. 3D 프린팅은 Pepsi가 패키징 디자인을 발전시키는 데 도움이 됩니다.

글로벌 식음료 브랜드 펩시(Pepsi)는 영화 홍보 캠페인의 일환으로 3D 프린팅을 사용해 음료수 캔용 블랙 팬서 마스크 복제품을 제작했습니다.

250개의 복잡한 마스크를 가능한 한 빨리 개발 및 생산하는 것을 목표로 Pepsi는 금형을 만드는 것이 너무 비싸다고 결정했습니다. 설계 유연성과 경제적인 소량 생산 이점을 감안할 때 3D 프린팅은 이상적인 솔루션을 제공했습니다.

팀은 계약 제조업체인 Protolabs와의 파트너십을 통해 재료 압출 기술을 사용하여 마스크의 초기 프로토타입을 만들었습니다. 그들은 디자인이 캔의 그림과 잘 어울리고 배송 중에 안전하게 유지되도록 몇 가지 수정을 추가했습니다.

최종 부품을 만들기 위해 팀은 고품질 표면 마감과 낮은 생산 비용 때문에 HP의 Multi Jet Fusion 기술을 선택했습니다.

3D 프린팅 기술 덕분에 개념화에서 최종 제품까지 총 6개월 미만이 소요되었습니다. Pepsi 캔과 세련된 3D 인쇄 마스크는 모두 영화에서 많은 주목을 받는 데 도움이 되었으며 혁신적인 포장 디자인을 개발하는 데 도움이 되는 3D 인쇄의 힘을 보여주었습니다.

2. 양조장 부품 재설계

세계에서 가장 오래된 양조 장비 제조업체 중 하나인 Kaspar Schulz는 설계 유연성을 테스트하기 위해 3D 프린팅으로 전환했습니다.

GE Additive와 협력하여 Kaspar Schulz는 재설계의 이점을 얻을 수 있는 몇 가지 부품을 식별했습니다. 그 중 하나는 맥주를 으깨서 추출한 액체인 맥아즙을 고체에서 분리하는 Lauter Tun 용기 내부의 구성 요소입니다.

이 부분을 랙킹 암이라고 하며 팀은 용기 내부의 폐곡물층의 여과 효과를 개선하고자 했습니다.

이 목표를 달성하기 위해 GE와 Kaspar Schulz는 내부 채널이 있는 더 얇은 블레이드를 설계하여 사용된 곡물을 느슨하게 하고 회전하는 동안 침대 전체에 물을 고르게 분배합니다. Kaspar Schulz의 연구 개발 책임자인 Jörg Binkert는 이 기능이 처리 시간과 수율을 모두 향상시킬 것이라고 믿습니다.

일반적으로 회사는 부품의 기능적 통합에서 AM을 사용하는 주요 이점을 보고 있습니다. 조인트와 씰의 수를 줄이는 데 도움이 됩니다. AM의 설계 유연성으로 잠금 해제된 이러한 기회는 양조 프로세스의 점진적 개선을 위한 길을 열 것입니다.

3. 식품 포장 라인용 3D 프린팅 그리퍼

식품 및 음료 산업에서 3D 프린팅을 위한 또 다른 애플리케이션은 식품 가공 라인에 사용되는 로봇 그리퍼입니다.

식품 가공 라인에는 종종 맞춤형 솔루션이 필요하며 3D 프린팅은 이러한 라인의 특정 요구 사항에 맞게 맞춤형 그리퍼를 생산하는 실행 가능한 수단을 제공합니다.

또한 3D 프린팅은 그리퍼의 무게를 줄여 다양한 이점을 제공합니다. 예를 들어, 하중 용량이 동일한 경량 그리퍼는 더 빠른 움직임을 지원하고 제조 세계의 주요 목표인 더 짧은 사이클 시간을 가능하게 합니다.

3D 프린팅 그리퍼를 활용하는 회사 중 하나는 아이슬란드 식품 가공 회사인 Marel입니다. 이 조직은 필레와 같은 고기를 잡고 컨베이어 벨트에서 들어올리는 로봇 팔에 통합된 나일론 그리퍼 개발에 대해 덴마크 기술 연구소(Danish Technological Institute)와 협력했습니다.

Marel은 유연성에서 3D 프린팅의 중요한 이점을 알고 있습니다. 회사는 밀링 도구에 대한 추가 비용 없이 다양한 고객을 위해 그리퍼를 사용자 정의할 수 있습니다. 또한 Marel은 그리퍼를 주문형 3D 인쇄로 주문할 수 있으며 배송 시간은 단 3일입니다. 이는 회사가 보관 비용을 줄이고 민첩성을 높이는 데에도 도움이 됩니다.

4. 로봇 그리퍼 설계 혁신

또 다른 예에서, 미국의 주요 식품 생산업체의 장비 공급업체인 Langen Group은 3D 프린팅 서비스 제공업체인 Anubis 3D와 협력하여 경량의 end-of-arm tooling을 개발했습니다.

로봇이 포장된 크래커를 집어 골판지 상자에 넣을 수 있도록 설계된 이 도구는 무게가 킬로그램 미만이고 다양한 패키지 모양과 크기를 처리할 수 있어야 했습니다.

Anubis 3D 팀은 토폴로지 최적화 소프트웨어를 적용하여 요구 사항을 충족하고 3D 인쇄에 적합한 디자인을 만들었습니다. 최적화 과정에서 소프트웨어 알고리즘은 구조의 응력과 변형을 분석하고 강도와 경량화를 위해 부품의 형상을 조정했습니다.

그런 다음, 도구의 그립을 더욱 높이기 위해 팀은 기존 방식으로는 제조할 수 없었던 프로파일링된 구멍과 채널이 있는 새로운 디자인을 만들었습니다.

3D- EOS의 분말 기반 3D 프린팅 기술을 사용하여 나일론으로 프린팅한 결과 결과물이 예상보다 좋았습니다. 새로운 그리퍼는 기존 진공 그리퍼보다 4배 더 강력한 그립력을 제공하고 적은 양의 공기를 사용하며 더 큰 피킹력을 제공합니다.

5. Krones, 3D 인쇄 캔 트위스터 개발

독일의 포장 및 병입 기계 제조업체인 Krones는 3D 인쇄 부품을 음료 산업의 맞춤형 기계에 통합하는 방법도 선보였습니다.

그러한 프로젝트 중 하나에는 열가소성 재료를 사용하여 3D로 인쇄한 캔 트위스터가 포함되었습니다. 예를 들어 양조장에서 캔 트위스터는 맥주 캔을 채우고 봉합한 후 수직으로 180도 뒤집어서 거꾸로 세워 저온 살균할 수 있도록 합니다.

3D- 인쇄된 구성 요소의 경우 캔이 뒤집힐 때 최적의 동작 순서를 포함하여 다양한 요인을 분석해야 합니다.

개발 팀은 모든 요구 사항을 충족하는 디자인을 만들기 위해 여러 번 시도해야 했습니다. 그러나 AM이 제공하는 이점 덕분에 설계에서 실제 구현까지의 경로는 짧았습니다.

3D 프린팅은 더 빠른 개발 외에도 높은 수준의 반복성을 가진 캔 트위스터를 생성합니다.

Krones는 이미 사내에서 시간당 최대 150,000개의 캔으로 캔 트위스터를 성공적으로 테스트했으며 이제 각 새 통조림 라인에 구성 요소를 통합할 예정입니다.

6. Heineken은 3D 프린팅으로 제조 라인을 최적화합니다.

Heineken은 약 2년 동안 3D 프린팅을 사용한 후 작업의 안전성과 생산성을 개선하는 데 도움이 되는 여러 응용 프로그램을 확인했습니다.

스페인 하이네켄 양조장 공장의 엔지니어들은 Ultimaker의 압출 3D 프린팅 기술 덕분에 생산 라인에 최적화된 맞춤형 부품과 도구를 3D 프린팅함으로써 많은 시간과 비용을 절약할 수 있다는 사실을 빠르게 깨달았습니다. .

예를 들어, 병을 거부하고 지시하는 데 사용되는 금속 캔 푸셔는 재설계된 플라스틱 3D 인쇄 대안보다 훨씬 더 많은 비용과 더 긴 리드 타임이 있습니다.

마찬가지로 이 회사는 병 라벨을 부착하는 가이드 휠의 기둥을 풀고 조이는 스토퍼 도구를 3D 프린팅하기 시작했습니다.

3D 프린팅 도구는 이전의 CNC 머시닝 방법에 비해 70%의 극적인 비용 절감과 더 빠른 납기(3일에서 1일로)의 결과를 가져왔습니다. 원환형 고무 절단기와 같은 다른 간단한 도구는 1시간 이내에 3D 인쇄할 수 있습니다.

전반적으로 양조장은 사내에서 AM을 채택한 후 생산량이 몇 가지 개선되었습니다. 평균적으로 Heineken은 배송 시간이 80% 빨라지고 부품 비용이 80% 절감되었다고 말했습니다.

식음료 산업의 3D 프린팅:효율성의 원동력

식품 및 음료 산업은 많은 과제와 씨름하고 있으며 3D 프린팅은 그 중 일부에 대한 효율적인 솔루션을 제공합니다. 이는 식품 및 음료 회사가 더 나은 포장을 개발하고 예비 부품 및 도구의 주문형 3D 프린팅으로 민첩성을 유지하며 고급 구성 요소로 작업을 개선하는 데 도움이 됩니다.

앞으로 더 많은 식품 및 음료 회사가 효율성을 높이고 불확실한 미래의 도전 과제를 해결하기 위해 기술을 조사하는 것을 보게 될 것입니다.