식음료 산업 혁신: 3D 프린팅이 주도하는 혁신과 효율성

끊임없이 변하는 소비자 수요, 공급망 변동성, 상승하는 비용 속에서 식음료 부문은 급속한 변화를 겪고 있습니다.

중소 공급업체는 생산비 절감을, 대기업은 더 높은 생산량을 추구합니다. 두 그룹 모두 이러한 과제를 헤쳐나갈 기술을 모색하고 있습니다.

3D 프린팅은 제품 개발과 생산 라인의 핵심 도구로 부상해 공정 최적화와 비용 절감을 가능케 합니다.

아래에서 가장 영향력 있는 적용 분야를 탐색하고 3D 프린팅 실제 사례를 소개합니다.

식음료 분야 3D 프린팅 현재 적용 사례

포장 개발 가속화

포장은 브랜드와 소비자 간 첫 접점으로, 인식과 구매 결정에 영향을 미칩니다. 전통적 포장 설계는 여러 번의 비용이 드는 반복과 금형 제작을 필요로 합니다.

3D 프린팅은 금형이 필요 없습니다. 디지털 설계 파일을 몇 시간 내 출력해 최종 제품의 외관, 감촉, 색상, 소재를 거의 그대로 구현한 프로토타입을 만듭니다.

예를 들어, Thermos는 2006년부터 사내 3D 프린팅을 이용해 단열 용기 프로토타입을 제작해왔습니다. 외주 프로토타입에서 사내로 전환하면서 프로토타입 리드타임이 5일에서 몇 시간으로 단축되었고, 주력 Thermos 머그컵의 캡 피팅과 따르는 성능을 신속히 최적화할 수 있었습니다.

생산 라인용 주문형 예비 부품

시간당 4만~8만 개를 처리하는 음료 충전 라인에서 다운타임은 제조사에 시간당 4,000~30,000달러의 생산 손실 비용을 초래합니다. 전통적 예비 부품 조달은 수일이 걸려 수익성을 갉아먹습니다.

3D 프린팅은 핵심 부품의 주문형 제조를 가능케 해 다운타임을 줄이고 막대한 자본 지출을 연기시킵니다. 신속한 프로토타이핑은 반복적 테스트도 용이하게 해 부품이 엄격한 식품 산업 안전 기준을 충족하도록 합니다.

비용 효율적 인체공학 툴

사내 3D 프린팅으로 유지보수, 안전, 조립, 인체공학, 품질보증, 정렬 툴을 신속히 제작할 수 있습니다. 설계 유연성으로 툴을 최적의 인체공학에 맞게 조정해 작업자 안전과 작업 정확도를 높입니다.

• 유지보수 툴
• 안전 툴
• 분해/조립 툴
• 인체공학 툴
• 품질보증 툴
• 스페이서 & 정렬 툴

사례 연구: 업계 선도 6가지 사례

1. 펩시의 3D 프린팅 블랙 팬서 마스크

펩시는 Protolabs와 협업해 한정판 소다 캔용 블랙 팬서 마스크 250개를 제작했습니다. 금형 제작은 비용이 너무 많이 들었지만, 3D 프린팅은 설계 유연성과 신속한 소량 생산을 제공했습니다.

팀은 먼저 소재 압출 프로토타입을 사용한 뒤 내구성을 위해 설계를 다듬었습니다. 최종 생산에는 HP의 멀티 제트 퓨전을 사용해 더 낮은 비용으로 고품질 마감을 구현했습니다.

6개월 만에 마스크가 준비되어 프로모션 캠페인의 임팩트를 증폭시켰고, 3D 프린팅이 혁신적 포장 개념을 가속화하는 능력을 입증했습니다.

2. GE Additive로 양조 장비 재설계

전통적인 양조 장비 제조사 Kaspar Schulz는 GE Additive와 제휴해 라우터 튠 내부의 래킹 암을 재설계했습니다. 새로운 설계는 내부 채널이 있는 더 얇은 블레이드를 특징으로 해 곡물 분리수 분배를 개선했습니다.

GE와 Kaspar Schulz는 적층 제조로 조인트와 씰 수를 줄여 신뢰성과 수율을 높였습니다. 재설계로 공정 시간 단축과 생산 효율 향상이 기대됩니다.

3. 식품 가공용 3D 프린팅 그리퍼

3D 프린팅으로 맞춤화된 로봇 그리퍼는 섬세하거나 불규칙한 식품 취급에 필수적입니다. 아이슬란드 식품 가공 기업 Marel은 덴마크 기술연구소와 제휴해 육류 필렛을 안전하게 들어올리는 나일론 그리퍼를 개발했습니다.

경량 설계로 더 빠른 암 동작이 가능해 사이클 타임을 줄이고 처리량을 높였습니다. Marel은 새 그리퍼를 단 3일 만에 주문 생산할 수 있어 재고 비용을 절감하고 유연성을 높였습니다.

4. 포장용 최적화된 엔드오암 툴링

주요 미국 식품 생산업체에 장비를 공급하는 Langen Group은 Anubis 3D와 협업해 적층된 크래커를 집어 상자에 담는 경량 엔드오암 툴을 만들었습니다.

위상 최적화 소프트웨어로 1kg 미만으로 강도를 확보하도록 설계되었습니다. 3D 프린팅 나일론 툴링은 기존 진공 그리퍼의 4배 집게 힘을 제공하면서 더 적은 공기 압력을 필요로 했습니다.

5. Krones의 3D 프린팅 캔 트위스터

독일 포장 전문 기업 Krones은 충전 및 밀봉 후 맥주 캔을 180도 뒤집어 거꾸로 선 상태에서 살균할 수 있는 열가소성 캔 트위스터를 개발했습니다.

동작 시퀀스 개선을 위해 여러 반복이 필요했지만, 적층 제조가 개발 주기를 단축하고 높은 반복성을 보장했습니다. 이는 수작업 가공이 어려워하던 과제입니다.

테스트에서 시간당 15만 캔 처리량을 달성했으며, Krones은 이 부품을 신규 캔 라인 전반에 표준화할 계획입니다.

6. Heineken의 사내 3D 프린팅 이니셔티브

Heineken의 스페인 양조장은 2년간 Ultimaker 압출 프린터를 도입해 맞춤형 플라스틱 툴과 부품 생산으로 상당한 시간과 비용 절감을 발견했습니다.

금속 캔 푸셔를 3D 프린팅 플라스틱 대체품으로 교체해 비용과 리드타임을 줄였습니다. 라벨 부착 휠용 스토퍼 툴은 비용 70% 절감과 납기 3일에서 1일로 단축을 이뤘습니다.

전체적으로 Heineken은 부품 비용 80% 절감과 80% 빠른 납기를 보고해, 사내 적층 제조의 실질적 혜택을 입증했습니다.

3D 프린팅: 식음료 분야 효율성의 촉매제

업계 리더들은 포장 간소화, 주문형 예비 부품 확보, 고급 툴링 개발을 위해 3D 프린팅으로 전환하고 있습니다. 이 모든 과정에서 비용 절감과 리드타임 단축을 실현합니다.

공급망이 변동성을 유지하고 소비자 기대가 진화하는 가운데, 적층 제조는 식음료 기업이 불확실한 미래에서 번영할 수 있게 하는 유연하고 확장 가능한 솔루션을 제공합니다.