Comment l'impression 3D transforme l'industrie agroalimentaire

Avec les demandes en constante évolution des consommateurs, l'instabilité de la chaîne d'approvisionnement et l'augmentation des coûts, l'industrie agroalimentaire subit une série de changements.

Les petits fournisseurs, cherchant à réduire les coûts de production, et les grands producteurs, ciblant des volumes de production encore plus élevés, sont à la recherche de solutions qui peuvent les aider à surmonter les défis qui se profilent.

L'impression 3D est l'une des technologies que les entreprises agroalimentaires intègrent dans leurs départements de développement de produits et leurs lignes de production pour optimiser les processus et réduire les coûts.

Pour vous aider à mieux comprendre l'état de l'impression 3D dans l'industrie agroalimentaire, nous explorons les domaines d'application qui peuvent tirer le meilleur parti de la technologie et mettons en évidence certains des exemples d'impression 3D en action.

Comment les entreprises agroalimentaires utilisent-elles l'impression 3D aujourd'hui ?

Développement d'emballages plus rapide 

Dans l'industrie agroalimentaire, l'emballage sert d'interface entre une marque et le consommateur. Fondamentalement, une bonne conception d'emballage attire l'attention du consommateur et a un impact sur la décision d'achat.

Cependant, le développement de conceptions d'emballage implique généralement plusieurs itérations de conception qui peuvent être coûteuses et chronophages. Les marques d'aliments et de boissons se tournent vers l'impression 3D pour accélérer le processus de développement des emballages grâce à une production plus rapide et plus économique de variantes de conception.

C'est possible car l'impression 3D ne nécessite pas de moules ou d'autres outils pour la production, seulement un fichier de conception qui est envoyé à une imprimante 3D et fabriqué en quelques heures.

De plus, par rapport aux méthodes conventionnelles, l'impression 3D peut créer des prototypes avec les caractéristiques du produit fini et dans une variété de couleurs et de matériaux. Cela permet aux entreprises agroalimentaires de tester l'aspect et la convivialité du produit final, améliorant encore les revues de conception.

Par exemple, Thermos, un fabricant de contenants isothermes pour aliments et boissons, utilise l'impression 3D pour les prototypes d'emballages depuis 2006. Le passage de l'externalisation des tâches de prototypage à l'impression 3D en interne a réduit le délai d'exécution d'un prototype de cinq jours à plusieurs heures.

La société déclare que l'impression 3D lui a permis d'optimiser l'ajustement du bouchon et les performances de versement de ses tasses thermos les plus vendues.

Pièces de rechange imprimées en 3D pour les usines agroalimentaires

Les entreprises agroalimentaires peuvent augmenter la disponibilité de leurs lignes en utilisant l'impression 3D pour la production de pièces de rechange.

La technologie permet de garantir que certaines pièces de rechange sont disponibles plus rapidement, ce qui permet d'éviter les temps d'arrêt imprévus.

Prenons l'exemple des usines de remplissage de boissons. Ces usines prospèrent grâce à la vitesse, avec des cadences de production comprises entre 40 000 et 80 000 bouteilles ou canettes par heure. Ainsi, si une usine est fermée, sa rentabilité diminue rapidement.

Dans le pire des cas, trouver le problème, demander une pièce de rechange, l'expédier et l'installer, peut prendre quelques jours. Selon la taille et le rendement de l'ensemble de la ligne de remplissage, une heure de production perdue peut coûter entre 4 000 $ et 30 000 $.

L'impression 3D permet la fabrication de pièces de rechange à la demande, ce qui aide à réduire les temps d'arrêt coûteux. La réduction des temps d'arrêt imprévus, à son tour, aide les fabricants à différer les investissements coûteux dans de nouveaux actifs et à augmenter la productivité.

Outils ergonomiques moins chers

L'impression 3D en interne permet de produire des outils pour les usines agroalimentaires plus rapidement qu'avec les processus conventionnels.

Certains des outils adaptés à l'impression 3D sont : 

• Outils de maintenance
• Outils de sécurité
• Outils de (dé)assemblage
• Outils ergonomiques
• Outils d'assurance qualité
• Outils d'espacement et d'alignement

De plus, comme l'impression 3D offre une flexibilité de conception, les outils peuvent être conçus de manière ergonomique, offrant une plus grande facilité d'utilisation pour les travailleurs et améliorant la précision lors de l'exécution des tâches.

6 exemples d'impression 3D dans l'industrie agroalimentaire 

1. L'impression 3D aide Pepsi à faire progresser la conception des emballages 

La marque mondiale d'aliments et de boissons, Pepsi, a utilisé l'impression 3D pour créer une réplique du masque Black Panther pour les canettes de soda dans le cadre de la campagne promotionnelle du film.

Visant à développer et produire 250 masques complexes le plus rapidement possible, Pepsi a décidé que créer des moules serait trop coûteux. Compte tenu de sa flexibilité de conception et des avantages économiques de la production à faible volume, l'impression 3D a fourni une solution idéale.

Grâce au partenariat avec le sous-traitant Protolabs, l'équipe a utilisé la technologie d'extrusion de matériaux pour créer les prototypes initiaux des masques. Ils ont ajouté quelques modifications pour s'assurer que la conception fonctionnait avec l'image sur la boîte et qu'elle resterait sécurisée pendant l'expédition.

Pour créer les pièces finales, l'équipe a opté pour la technologie Multi Jet Fusion de HP en raison d'une finition de surface de haute qualité et de coûts de production réduits.

Au total, il a fallu moins de six mois pour passer de la conceptualisation au produit final, le tout grâce à la technologie d'impression 3D. Les canettes de Pepsi et leurs élégants masques imprimés en 3D ont permis d'attirer beaucoup d'attention sur le film, mettant en valeur la puissance de l'impression 3D pour aider à développer des conceptions d'emballage innovantes.

2. Refonte d'une pièce pour une usine de brasserie

Kaspar Schulz, l'un des plus anciens fabricants d'équipements de brassage au monde, s'est tourné vers l'impression 3D pour tester sa flexibilité de conception.

En partenariat avec GE Additive, Kaspar Schulz a identifié quelques pièces qui pourraient bénéficier d'une refonte. L'un d'eux est un composant à l'intérieur d'un récipient Lauter Tun qui sépare le moût - le liquide extrait du brassage de la bière - des solides.

Cette partie s'appelle le bras de soutirage et l'équipe a souhaité améliorer l'effet de filtration du lit de drêche à l'intérieur de la cuve.

Pour atteindre cet objectif, GE et Kaspar Schulz ont conçu une lame plus fine avec des canaux internes, qui détache les grains épuisés et distribue l'eau uniformément dans tout le lit pendant la rotation. Le directeur de la recherche et du développement de Kaspar Schulz, Jörg Binkert, pense que cette fonctionnalité améliorera à la fois le temps de traitement et le rendement.

En général, l'entreprise voit les principaux avantages de l'utilisation de la FA dans l'intégration fonctionnelle des pièces, qui contribue à réduire le nombre de joints et de joints. Ces opportunités, débloquées par la flexibilité de conception de la FA, ouvriront la voie à des améliorations progressives du processus de brassage.

3. Pinces imprimées en 3D pour une ligne d'emballage alimentaire

Une autre application de l'impression 3D dans l'industrie agroalimentaire est celle des pinces robotisées utilisées sur les lignes de transformation des aliments.

Les lignes de transformation des aliments nécessitent souvent des solutions personnalisées, et l'impression 3D offre un moyen viable de produire des pinces personnalisées pour les exigences spécifiques de ces lignes.

De plus, l'impression 3D permet de réduire le poids d'une pince, débloquant de nombreux avantages. Par exemple, une pince légère, avec la même capacité de charge, prend en charge des mouvements plus rapides et permet des temps de cycle plus courts - un objectif clé dans le monde de la fabrication.

Une entreprise qui profite des pinces imprimées en 3D est l'entreprise islandaise de transformation des aliments, Marel. L'organisation a collaboré avec l'Institut technologique danois au développement de pinces en nylon intégrées dans des bras robotiques qui saisissent la viande, comme les filets, pour la soulever et la retirer du tapis roulant.

Marel voit l'avantage essentiel de l'impression 3D dans sa flexibilité :l'entreprise peut personnaliser les pinces pour différents clients sans le coût supplémentaire des outils de fraisage. De plus, Marel peut commander des préhenseurs à imprimer en 3D à la demande, avec un délai de livraison de seulement trois jours, ce qui permet également à l'entreprise de réduire les coûts de stockage et d'augmenter l'agilité.

4. L'innovation d'une conception de préhenseur robotique 

Dans un autre exemple, Langen Group, un fournisseur d'équipements d'un grand producteur alimentaire américain, s'est associé au fournisseur de services d'impression 3D, Anubis 3D, pour développer un outillage léger en bout de bras.

Cet outillage, conçu pour permettre aux robots de ramasser des crackers emballés et empilés et de les placer dans des cartons, devait peser moins d'un kilogramme et pouvoir gérer plusieurs formes et tailles d'emballages.

L'équipe d'Anubis 3D a appliqué un logiciel d'optimisation de la topologie pour créer une conception qui répond à la fois aux exigences et convient à l'impression 3D. Dans le processus d'optimisation, les algorithmes du logiciel ont analysé les contraintes et les contraintes sur la structure et ont ajusté la géométrie d'une pièce pour la résistance et le poids plus léger.

Ensuite, pour augmenter encore la prise de l'outil, l'équipe a créé un nouveau design, avec des trous et des canaux profilés, qui n'aurait pas pu être fabriqué de manière conventionnelle.

3D- imprimé en nylon, en utilisant la technologie d'impression 3D à base de poudre d'EOS, la pièce résultante s'est avérée meilleure que prévu. La nouvelle pince fournit quatre fois la force de préhension des pinces à vide traditionnelles, utilise moins d'air et a une plus grande puissance de préhension.

5. Krones développe un twister de canettes imprimé en 3D 

Le fabricant allemand de machines d'emballage et d'embouteillage Krones a également montré comment les pièces imprimées en 3D peuvent être intégrées dans des machines personnalisées dans l'industrie des boissons.

L'un de ces projets impliquait un twister de canettes, imprimé en 3D à l'aide d'un matériau thermoplastique. Dans une brasserie, par exemple, un retourneur de canettes inverse verticalement les canettes de bière de 180 degrés après qu'elles aient été remplies et cousues afin qu'elles puissent ensuite être pasteurisées à l'envers.

Pendant le développement du 3D- composant imprimé, de nombreux facteurs différents doivent être analysés, y compris la séquence de mouvement optimale des boîtes lorsqu'elles sont inversées.

L'équipe de développement a eu besoin de plusieurs tentatives pour créer une conception répondant à toutes les exigences. Mais grâce aux avantages offerts par la FA, le chemin de la conception à la mise en œuvre réelle était court.

En plus d'un développement plus rapide, l'impression 3D crée des twisters de boîtes avec un haut niveau de répétabilité - ce qui était un défi avec un processus d'usinage manuel qui entraînait des écarts dans la géométrie des pièces.

Krones a déjà testé avec succès le retourneur de canettes en interne, avec jusqu'à 150 000 canettes par heure, et prévoit désormais d'intégrer le composant dans chacune de ses nouvelles lignes de mise en conserve.

6. Heineken optimise sa ligne de fabrication avec l'impression 3D

Après environ deux ans d'utilisation de l'impression 3D, Heineken a identifié plusieurs applications qui ont contribué à améliorer la sécurité et la productivité de ses opérations.

Avec l'aide de la technologie d'impression 3D par extrusion d'Ultimaker, les ingénieurs de la brasserie Heineken en Espagne ont rapidement compris qu'ils pouvaient économiser beaucoup de temps et d'argent en imprimant en 3D des pièces et des outils optimisés sur mesure pour sa ligne de production. .

Par exemple, un poussoir de canettes en métal, utilisé pour rejeter et diriger les bouteilles, coûterait considérablement plus cher et aurait un délai de livraison plus long qu'une alternative en plastique repensée imprimée en 3D.

De même, l'entreprise a commencé à imprimer en 3D un outil de bouchage, qui desserre et resserre les colonnes de roues de guidage qui appliquent les étiquettes des bouteilles.

L'impression 3D de l'outil a permis de réaliser des économies considérables de 70 % et d'accélérer les délais de livraison (de trois jours à un jour) par rapport à la méthode précédente d'usinage CNC. D'autres outils plus simples, comme un coupe-caoutchouc toroïdal, peuvent être imprimés en 3D en moins d'une heure.

Dans l'ensemble, la brasserie a vu plusieurs améliorations dans sa production après l'adoption de la FA en interne. En moyenne, Heineken a déclaré avoir des délais de livraison 80 % plus rapides et des coûts de pièces 80 % inférieurs.

Impression 3D dans l'industrie agroalimentaire :le moteur de l'efficacité

L'industrie agroalimentaire est confrontée à de nombreux défis, et l'impression 3D offre une solution efficace à certains d'entre eux. Il aide les entreprises agroalimentaires à développer de meilleurs emballages, à rester agiles grâce à l'impression 3D à la demande de pièces de rechange et d'outillage, et à améliorer les opérations avec des composants avancés.

À l'avenir, nous verrons de plus en plus d'entreprises agroalimentaires étudier la technologie pour améliorer l'efficacité et relever de front les défis d'un avenir incertain.