Como a impressão 3D transforma a indústria de alimentos e bebidas

Com as constantes mudanças nas demandas dos consumidores, instabilidade da cadeia de suprimentos e custos crescentes, a indústria de alimentos e bebidas está passando por uma enxurrada de mudanças.

Tanto os pequenos fornecedores, em busca de redução dos custos de produção, quanto os grandes produtores, visando volumes de produção ainda maiores, estão em busca de soluções que os ajudem a superar os desafios que se avolumam.

A impressão 3D é uma das tecnologias que as empresas de alimentos e bebidas integram em seus departamentos de desenvolvimento de produtos e linhas de produção para otimizar processos e diminuir custos.

Para ajudá-lo a compreender melhor o estado da impressão 3D na indústria de alimentos e bebidas, exploramos as áreas de aplicação que podem se beneficiar ao máximo com a tecnologia e destacamos alguns dos exemplos de impressão 3D em ação.

Como as empresas de alimentos e bebidas usam a impressão 3D hoje?

Desenvolvimento de embalagens mais rápido

Na indústria de alimentos e bebidas, a embalagem serve como uma interface entre a marca e o consumidor. Fundamentalmente, um bom design de embalagem atrai a atenção do consumidor e impacta a decisão de compra.

No entanto, o desenvolvimento de designs de embalagem normalmente envolve várias iterações de design que podem ser caras e demoradas. Marcas de alimentos e bebidas recorrem à impressão 3D para acelerar o processo de desenvolvimento de embalagens por meio de uma produção mais rápida e econômica de variações de design.

Isso é possível porque a impressão 3D não requer moldes ou outras ferramentas para a produção, apenas um arquivo de design que é enviado para uma impressora 3D e fabricado em várias horas.

Além disso, em comparação com os métodos convencionais, a impressão 3D pode criar protótipos com as características do produto acabado e em uma variedade de cores e materiais. Isso permite que as empresas de alimentos e bebidas testem a aparência do produto final, aprimorando ainda mais as análises de design.

Por exemplo, Thermos, um fabricante de recipientes isolados para alimentos e bebidas, tem usado a impressão 3D para protótipos de embalagens desde 2006. A mudança de terceirização de trabalhos de prototipagem para impressão 3D interna reduziu o tempo de espera para um protótipo de cinco dias a várias horas.

A empresa afirma que a impressão 3D permitiu otimizar o ajuste da tampa e o desempenho de vazamento de suas canecas térmicas mais vendidas.

Peças de reposição impressas em 3D para fábricas de alimentos e bebidas

As empresas de alimentos e bebidas podem aumentar o tempo de operação da linha usando a impressão 3D para a produção de peças de reposição.

A tecnologia ajuda a garantir que certas peças de reposição sejam disponibilizadas mais rapidamente, ajudando a evitar paradas não planejadas.

Vejamos as fábricas de envase de bebidas, por exemplo. Essas fábricas prosperam em velocidade, com taxas de produção variando entre 40.000 e 80.000 garrafas ou latas por hora. Portanto, se uma planta for fechada, sua lucratividade diminui rapidamente.

Na pior das hipóteses, encontrar o problema, solicitar uma peça de reposição, enviá-la e instalá-la pode demorar alguns dias. Dependendo do tamanho e da produção de toda a linha de envase, uma hora de produção perdida pode custar de $ 4.000 a $ 30.000.

A impressão 3D permite a fabricação de peças sobressalentes sob demanda, o que ajuda a reduzir o dispendioso tempo de inatividade. A redução do tempo de inatividade não planejado, por sua vez, ajuda os fabricantes a adiar investimentos caros em novos ativos e aumentar a produtividade.

Ferramentas ergonômicas mais baratas

A impressão 3D interna torna possível produzir ferramentas para fábricas de alimentos e bebidas mais rapidamente do que com processos convencionais.

Algumas das ferramentas adequadas para impressão 3D são:

• Ferramentas de manutenção
• Ferramentas de segurança
• Ferramentas (des) de montagem
• Ferramentas ergonômicas
• Ferramentas de garantia de qualidade
• Ferramentas de espaçador e alinhamento

Além disso, como a impressão 3D oferece flexibilidade de design, as ferramentas podem ser projetadas ergonomicamente, proporcionando maior facilidade de uso para os trabalhadores e melhorando a precisão na execução de tarefas.

6 exemplos de impressão 3D na indústria de alimentos e bebidas

1. A impressão 3D ajuda a Pepsi a avançar no design de embalagens

A marca global de alimentos e bebidas Pepsi usou a impressão 3D para criar uma réplica da máscara Black Panther para latas de refrigerante como parte da campanha promocional do filme.

Com o objetivo de desenvolver e produzir 250 máscaras complexas o mais rápido possível, a Pepsi decidiu que criar moldes seria muito caro. Dada sua flexibilidade de design e benefícios econômicos de produção de baixo volume, a impressão 3D forneceu a solução ideal.

Por meio da parceria com o fabricante contratado, Protolabs, a equipe utilizou a tecnologia de extrusão de materiais para criar os protótipos iniciais das máscaras. Eles adicionaram algumas modificações para garantir que o design funcionasse com a imagem na lata e que permaneceria seguro durante o transporte.

Para criar as peças finais, a equipe optou pela tecnologia Multi Jet Fusion da HP por causa de um acabamento de superfície de alta qualidade e menores custos de produção.

No total, demorou menos de seis meses desde a conceptualização até ao produto final, tudo graças à tecnologia de impressão 3D. Tanto as latas de Pepsi quanto suas elegantes máscaras impressas em 3D ajudaram a chamar muita atenção para o filme, mostrando o poder da impressão 3D para ajudar a desenvolver designs de embalagens inovadores.

2. Redesenhando uma peça para uma fábrica de cerveja

Kaspar Schulz, um dos fabricantes de equipamentos de cerveja mais antigos do mundo, recorreu à impressão 3D para testar sua flexibilidade de design.




Em parceria com a GE Additive, Kaspar Schulz identificou algumas peças que poderiam se beneficiar de um redesenho. Um deles é um componente dentro de um vaso Lauter Tun que separa o mosto - o líquido extraído da mosturação da cerveja - dos sólidos.

Esta parte é chamada de braço de estante e a equipe queria melhorar o efeito de filtração da cama de grãos gastos dentro do vaso.

Para atingir esse objetivo, a GE e Kaspar Schulz projetaram uma lâmina mais fina com canais internos, que solta os grãos gastos e distribui a água uniformemente por todo o leito durante a rotação. O chefe de Pesquisa e Desenvolvimento da Kaspar Schulz, Jörg Binkert, acredita que esse recurso irá melhorar o tempo de processamento e o rendimento.

Em geral, a empresa vê os principais benefícios do uso de AM na integração funcional de peças, que ajuda a reduzir o número de juntas e vedações. Essas oportunidades, desbloqueadas pela flexibilidade de design da AM, abrirão o caminho para melhorias incrementais no processo de fabricação de cerveja.

3. Pinças impressas em 3D para uma linha de embalagem de alimentos

Outra aplicação para impressão 3D na indústria de alimentos e bebidas são as pinças robóticas usadas em linhas de processamento de alimentos.

As linhas de processamento de alimentos geralmente exigem soluções personalizadas, e a impressão 3D oferece um meio viável de produzir pinças personalizadas para os requisitos específicos dessas linhas. Além disso, a impressão 3D permite reduzir o peso de uma pinça, proporcionando uma série de benefícios. Por exemplo, uma pinça leve, com a mesma capacidade de carga, suporta movimentos mais rápidos e permite tempos de ciclo mais curtos - um objetivo importante no mundo da manufatura.

Uma empresa que aproveita as vantagens das pinças impressas em 3D é a Marel, empresa de processamento de alimentos islandesa. A organização colaborou com o Instituto Tecnológico Dinamarquês no desenvolvimento de garras de náilon integradas a braços robóticos que agarram carne, como filés, para levantá-la e colocá-la na esteira.



A Marel vê o benefício crítico da impressão 3D em sua flexibilidade:a empresa pode personalizar garras para diferentes clientes sem o custo adicional das ferramentas de fresamento. Além disso, a Marel pode solicitar que as garras sejam impressas em 3D sob demanda, com um prazo de entrega de apenas três dias - o que também ajuda a empresa a reduzir os custos de armazenamento e aumentar a agilidade.

4. Inovando um design de garra robótica

Em outro exemplo, o Langen Group, um fornecedor de equipamentos para um grande produtor de alimentos dos Estados Unidos, fez parceria com o provedor de serviços de impressão 3D, Anubis 3D, para desenvolver ferramentas de ponta de braço leves.

Esta ferramenta, projetada para permitir aos robôs pegar biscoitos empacotados e empilhados e colocá-los em caixas de papelão, tinha que pesar menos de um quilo e ser capaz de lidar com embalagens de vários formatos e tamanhos.



A equipe Anubis 3D aplicou um software de otimização de topologia para criar um projeto que atendesse aos requisitos e fosse adequado para impressão 3D. No processo de otimização, os algoritmos do software analisaram tensões e deformações na estrutura e ajustaram a geometria de uma peça para resistência e menor peso.

Em seguida, para aumentar ainda mais a aderência da ferramenta, a equipe criou um novo design, com orifícios perfilados e canais, que não poderiam ter sido fabricados de forma convencional.

3D- impresso em náilon, usando a tecnologia de impressão 3D à base de pó da EOS, a parte resultante ficou melhor do que o esperado. A nova garra fornece quatro vezes a força de aperto das garras a vácuo antigas, usa menos ar e tem maior poder de coleta.

5. Krones desenvolve um redemoinho de latas impresso em 3D

O fabricante alemão de máquinas de embalagem e engarrafamento Krones também mostrou como as peças impressas em 3D podem ser integradas em máquinas personalizadas na indústria de bebidas.



Um desses projetos envolveu um can twister, impresso em 3D usando um material termoplástico. Em uma cervejaria, por exemplo, a torção de latas inverte verticalmente as latas de cerveja em 180 graus depois de enchidas e costuradas para que possam ser pasteurizadas de cabeça para baixo.

Durante o desenvolvimento do 3D- componente impresso, muitos fatores diferentes precisam ser analisados, incluindo a sequência de movimento ideal das latas à medida que são invertidas.

A equipe de desenvolvimento precisou de várias tentativas para criar um design que atendesse a todos os requisitos. Mas, graças às vantagens oferecidas pelo AM, o caminho do design à implementação real foi curto.

Além de um desenvolvimento mais rápido, a impressão 3D cria latas com alto nível de repetibilidade - o que era um desafio em um processo de usinagem manual que resultava em desvios na geometria da peça.

A Krones já testou com sucesso o latas twister internamente, com até 150.000 latas por hora, e agora espera integrar o componente em cada uma de suas novas linhas de enlatamento.

6. Heineken otimiza sua linha de fabricação com impressão 3D

Após cerca de dois anos usando a impressão 3D, a Heineken identificou vários aplicativos que ajudaram a melhorar a segurança e a produtividade de suas operações.

Com a ajuda da tecnologia de impressão 3D de extrusão da Ultimaker, os engenheiros da fábrica da Heineken na Espanha aprenderam rapidamente que poderiam economizar muito tempo e dinheiro imprimindo em 3D peças e ferramentas personalizadas otimizadas para sua linha de produção .

Por exemplo, um empurrador de lata de metal, usado para rejeitar e direcionar garrafas, custaria substancialmente mais e teria um prazo de entrega mais longo do que uma alternativa de plástico reprojetado impressa em 3D.

Da mesma forma, a empresa iniciou a impressão 3D de uma ferramenta de rolha, que afrouxa e aperta as colunas das rodas guia que aplicam os rótulos dos frascos. A impressão 3D da ferramenta resultou em uma economia de custos dramática de 70 por cento e tempo de entrega mais rápido (de três dias para um) em comparação com o método anterior de usinagem CNC. Outras ferramentas mais simples, como um cortador de borracha toroidal, podem ser impressas em 3D em menos de uma hora.

No geral, a cervejaria viu várias melhorias em sua produção após a adoção do AM internamente. Em média, a Heineken disse que experimentou tempos de entrega 80 por cento mais rápidos e custos de peças 80 por cento mais baixos.

Impressão 3D na indústria de alimentos e bebidas:o impulsionador da eficiência

A indústria de alimentos e bebidas enfrenta muitos desafios e a impressão 3D oferece uma solução eficiente para alguns deles. Ele ajuda as empresas de alimentos e bebidas a desenvolverem melhores embalagens, permanecerem ágeis com impressão 3D sob demanda de peças sobressalentes e ferramentas e melhorar as operações com componentes avançados.

Daqui para frente, veremos mais empresas de alimentos e bebidas investigando a tecnologia para aumentar a eficiência e enfrentar os desafios de um futuro incerto.