Del CAD a la pieza terminada en 48 horas: moldes de PepsiCo fabricados en 3D con plazos ultrarrápidos
PepsiCo: reducción de los costes y del tiempo de desarrollo de las botellas gracias a la impresión 3D
Combinando su tecnología patentada y un nuevo enfoque híbrido, PepsiCo utiliza la fabricación aditiva como catalizador en varios aspectos del desarrollo de botellas, acelerando y mejorando la simulación del rendimiento, el análisis avanzado de sistemas y la producción de prototipos funcionales de alta calidad.
Los productos de PepsiCo se consumen más de mil millones de veces al día en más de 200 países y territorios de todo el mundo. La cartera de productos de PepsiCo incluye una amplia gama de productos populares, incluyendo muchas marcas icónicas que generan cada una más de mil millones de dólares en ventas anuales.
La necesidad
Nunca antes el tiempo de comercialización había sido una cuestión tan crucial en la industria de los bienes de consumo. Los gerentes de las marcas de PepsiCo se esfuerzan por desarrollar nuevos diseños de botellas y envases cada vez más rápido para satisfacer las necesidades siempre cambiantes y evolucionadas de los clientes.
Sin embargo, la creación de utillaje metálico convencional para el soplado de botellas es una operación costosa y que requiere mucho tiempo. Una vez creado el archivo CAD del envase, el mecanizado de una herramienta metálica puede tardar hasta cuatro semanas y otras dos semanas para obtener una pieza de prueba para el soplado real. La producción de un solo juego de herramientas metálicas puede costar hasta 10.000 dólares, dependiendo de su complejidad.
Y es precisamente la reducción de tiempo lo que ya había llevado a las empresas del sector a intentar aplicar la impresión 3D. Sin embargo, en la fabricación de moldes, para PepsiCo los enfoques anteriores de la fabricación rápida de herramientas con impresión 3D habían sido un fracaso. Se necesitaron dos o tres días para imprimir en 3D una sola herramienta de moldeo por soplado en ABS digital (un material caro) en una máquina de impresión 3D PolyJet de 250.000 dólares. La pieza resultante no era duradera y sólo podía producir unas 100 botellas antes de que el molde empezara a deteriorarse.
La risposta
“El tiempo y los costes son obviamente importantes, pero no es lo único. Lo que es más importante es la capacidad de pasar por una serie de diferentes iteraciones de diseño en un tiempo récord para evaluar el rendimiento alcanzado en todas las actividades posteriores. Esto es lo que nos ayuda a acelerar las cosas”, dice Max Rodríguez, director senior de I+D, ingeniería avanzada y diseño global de envases de PepsiCo.
Esto llevó a Max Rodríguez y a su equipo a explorar el uso de un enfoque híbrido, combinando partes de un molde metálico convencional con inserciones impresas en 3D.
El diseño híbrido, patentado por PepsiCo en 2020, implica el uso de un molde metálico externo universal que se adapta a la mayoría de las máquinas de soplado comerciales actuales. PepsiCo exploró entonces la posibilidad de utilizar la fabricación aditiva para imprimir sólo las partes internas esenciales del molde que dan la geometría del producto final. La colaboración con Dynamism permitió a los equipos de PepsiCo encontrar soluciones de impresión industrial en 3D para satisfacer sus necesidades. PepsiCo eligió Henkel Loctite xPEEK147 de Nexa3D para sus insertos de moldes 3D debido a la resistencia de su material y a sus factores de rendimiento, incluida su altísima temperatura de deflexión térmica.
Aunque este enfoque híbrido es independiente de la máquina, lo que significa que puede utilizarse con diferentes tipos de impresoras 3D, PepsiCo descubrió que la impresora Nexa3D NXE 400, ultrarrápida y de alta productividad, y el rendimiento de los materiales que la acompañan, eran ideales para producir los componentes del molde necesarios.
Con este nuevo sistema integrado con la impresión 3D, es posible producir un lote completo de moldes en 12 horas; ocho horas de impresión 3D y cuatro horas de curado.
Estos moldes híbridos pueden utilizarse para más de 10.000 botellas, con una reducción de costes de hasta el 96% en comparación con los moldes metálicos tradicionales. Los equipos aplicaron un soporte de piedra dental a los insertos moldeados para dar a las cavidades del molde la resistencia a la compresión necesaria para el moldeo por soplado con una presión de hasta 40 bares.
Para producir las botellas, el grupo PespiCo utilizó una máquina de moldeo por estirado-soplado BLOWscan de la empresa norirlandesa Blow Moulding Technologies (BMT). BMT ha sido un proveedor de servicios estratégicos y un socio de confianza de PepsiCo durante cinco años. La máquina fue entregada a Valhalla a principios de este año y ha estado produciendo botellas diariamente con su enfoque de herramientas híbridas durante los últimos meses.
Las ventajas de la impresión 3D
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Reducción del tiempo de desarrollo de prototipos de 4 semanas a 48 horas.
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Reducción de los costes de las herramientas de prototipos de 10.000 dólares a 350 dólares por lote de moldes.
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Creación de equipos duraderos capaces de producir más de 10.000 botellas por molde.
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Producción de múltiples iteraciones de diseño para permitir la verificación oportuna de las actividades posteriores.
Los controles posteriores incluyen la confirmación del rendimiento de las botellas en las líneas de envasado, en las máquinas expendedoras y en la red de distribución de PepsiCo. El nuevo proceso “facilita nuestra capacidad de validar incluso nuestros instrumentos virtuales, ya que ahora podemos vincularlos a los resultados físicos”, añade Max Rodríguez. Esto ayuda a PepsiCo en su trabajo de caracterización de materiales, análisis de rendimiento y pruebas físicas. “Con el uso de estos recursos, esperamos que nuestro ciclo de desarrollo mejore en un 30%”.
La impresora 3D de fotopolímeros NXE 400
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