Bagaimana Pencetakan 3D Mengubah Industri Makanan dan Minuman

Dengan permintaan konsumen yang terus berubah, ketidakstabilan rantai pasokan, dan peningkatan biaya, industri makanan dan minuman mengalami serentetan perubahan.

Baik pemasok kecil, yang ingin menurunkan biaya produksi, maupun produsen besar, yang menargetkan volume produksi yang lebih tinggi, sedang mencari solusi yang dapat membantu mereka mengatasi tantangan yang menghadang.

Pencetakan 3D adalah salah satu teknologi yang diintegrasikan oleh perusahaan makanan dan minuman ke dalam departemen pengembangan produk dan lini produksi mereka untuk mengoptimalkan proses dan mengurangi biaya.

Untuk membantu Anda lebih memahami keadaan pencetakan 3D di industri makanan dan minuman, kami menjelajahi area aplikasi yang dapat mengambil manfaat paling besar dari teknologi dan menyoroti beberapa contoh pencetakan 3D yang sedang beraksi.

Bagaimana perusahaan makanan dan minuman menggunakan pencetakan 3D saat ini?

Pengembangan pengemasan lebih cepat 

Dalam industri makanan dan minuman, kemasan berfungsi sebagai penghubung antara merek dan konsumen. Pada dasarnya, desain kemasan yang baik menarik perhatian konsumen dan memengaruhi keputusan pembelian.

Namun, mengembangkan desain kemasan biasanya melibatkan banyak iterasi desain yang dapat memakan biaya dan waktu. Merek makanan dan minuman beralih ke pencetakan 3D untuk mempercepat proses pengembangan kemasan melalui produksi variasi desain yang lebih cepat dan hemat.

Hal ini dimungkinkan karena pencetakan 3D tidak memerlukan cetakan atau alat lain untuk produksi, hanya file desain yang dikirim ke printer 3D dan diproduksi dalam beberapa jam.

Selain itu, dibandingkan dengan metode konvensional, pencetakan 3D dapat membuat prototipe dengan fitur produk jadi dan dalam berbagai warna dan bahan. Hal ini memungkinkan perusahaan makanan dan minuman untuk menguji tampilan dan nuansa produk akhir, yang selanjutnya meningkatkan ulasan desain.

Misalnya, Thermos, produsen wadah makanan dan minuman berinsulasi, telah menggunakan pencetakan 3D untuk prototipe pengemasan sejak tahun 2006. Beralih dari pekerjaan pembuatan prototipe outsourcing ke pencetakan 3D internal mengurangi waktu tunggu untuk prototipe dari lima hari hingga beberapa jam.

Perusahaan menyatakan bahwa pencetakan 3D memungkinkan mereka untuk mengoptimalkan kecocokan sumbat tutup dan kinerja penuangan mug termos terlaris mereka.

Suku cadang cetak 3D untuk pabrik makanan dan minuman

Perusahaan makanan dan minuman dapat meningkatkan line uptime dengan menggunakan 3D printing untuk produksi suku cadang.

Teknologi ini membantu memastikan bahwa suku cadang tertentu tersedia lebih cepat, membantu menghindari waktu henti yang tidak direncanakan.

Mari kita ambil pabrik pengisi minuman misalnya. Tanaman seperti itu berkembang pesat, dengan tingkat produksi berkisar antara 40.000 dan 80.000 botol atau kaleng per jam. Jadi, jika sebuah pabrik ditutup, profitabilitasnya dengan cepat menurun.

Dalam skenario terburuk, menemukan masalah, meminta suku cadang, mengirim dan memasangnya, dapat memakan waktu beberapa hari. Bergantung pada ukuran dan keluaran dari seluruh lini pengisian, satu jam produksi yang hilang dapat menelan biaya mulai dari $4.000 hingga $30.000.

Pencetakan 3D memungkinkan pembuatan suku cadang sesuai permintaan yang membantu mengurangi waktu henti yang mahal. Mengurangi waktu henti yang tidak direncanakan, pada gilirannya, membantu produsen untuk menunda investasi yang mahal dalam aset baru dan meningkatkan produktivitas.

Alat ergonomis yang lebih murah

Pencetakan 3D internal memungkinkan pembuatan alat untuk pabrik makanan dan minuman lebih cepat dibandingkan dengan proses konvensional.

Beberapa alat yang cocok untuk pencetakan 3D adalah: 

• Alat pemeliharaan
• Alat keamanan
• (Dis)alat perakitan
• Alat ergonomis
• Alat jaminan kualitas
• Alat pengatur jarak dan pelurusan

Selain itu, karena pencetakan 3D menawarkan fleksibilitas desain, alat dapat dirancang secara ergonomis, memberikan kemudahan penggunaan yang lebih besar bagi pekerja dan meningkatkan akurasi saat melakukan tugas.

6 contoh pencetakan 3D dalam industri makanan dan minuman 

1. Pencetakan 3D membantu Pepsi memajukan desain kemasan 

Merek makanan dan minuman global, Pepsi, telah menggunakan pencetakan 3D untuk membuat replika topeng Black Panther untuk kaleng soda sebagai bagian dari kampanye promosi film tersebut.

Bertujuan untuk mengembangkan dan memproduksi 250 topeng rumit secepat mungkin, Pepsi memutuskan bahwa membuat cetakan akan terlalu mahal. Mengingat fleksibilitas desain dan manfaat produksi volume rendah yang ekonomis, pencetakan 3D memberikan solusi ideal.

Melalui kemitraan dengan produsen kontrak, Protolabs, tim menggunakan teknologi ekstrusi material untuk membuat prototipe awal topeng. Mereka menambahkan beberapa modifikasi untuk memastikan bahwa desainnya sesuai dengan gambar di kaleng dan akan tetap aman selama pengiriman.

Untuk membuat bagian akhir, tim memilih teknologi Multi Jet Fusion dari HP karena permukaan akhir yang berkualitas tinggi dan biaya produksi yang lebih rendah.

Total, butuh waktu kurang dari enam bulan untuk beralih dari konseptualisasi ke produk akhir, semua berkat teknologi pencetakan 3D. Baik kaleng Pepsi dan topeng cetak 3D yang ramping membantu mendapatkan banyak perhatian untuk film tersebut, menunjukkan kekuatan pencetakan 3D untuk membantu mengembangkan desain kemasan yang inovatif.

2. Mendesain ulang bagian untuk pabrik pembuatan bir

Kaspar Schulz, salah satu produsen peralatan pembuatan bir tertua di dunia, beralih ke pencetakan 3D untuk menguji fleksibilitas desainnya.

Dalam kemitraan dengan GE Additive, Kaspar Schulz mengidentifikasi beberapa bagian yang dapat mengambil manfaat dari desain ulang. Salah satunya adalah komponen di dalam kapal Lauter Tun yang memisahkan wort – cairan yang diekstraksi dari menumbuk bir – dari padatan.

Bagian ini disebut racking arm dan tim ingin meningkatkan efek filtrasi dari tempat tidur biji-bijian bekas di dalam bejana.

Untuk mencapai tujuan ini, GE dan Kaspar Schulz merancang blade yang lebih tipis dengan saluran internal, yang mengendurkan butiran yang terbuang dan mendistribusikan air secara merata ke seluruh lapisan selama rotasi. Kepala Penelitian dan Pengembangan Kaspar Schulz, Jörg Binkert, yakin fitur ini akan meningkatkan waktu pemrosesan dan hasil.

Secara umum, perusahaan melihat manfaat utama penggunaan AM dalam integrasi fungsional suku cadang, yang membantu mengurangi jumlah sambungan dan segel. Peluang ini, yang dibuka oleh fleksibilitas desain AM, akan membuka jalan bagi peningkatan bertahap dalam proses pembuatan bir.

3. Grippers cetak 3D untuk lini pengemasan makanan

Aplikasi lain untuk pencetakan 3D dalam industri makanan dan minuman adalah robot gripper yang digunakan pada lini pengolahan makanan.

Jalur pemrosesan makanan sering kali memerlukan solusi khusus, dan pencetakan 3D menawarkan cara yang layak untuk memproduksi gripper yang disesuaikan untuk kebutuhan spesifik lini ini.

Selain itu, pencetakan 3D memungkinkan pengurangan berat gripper, membuka berbagai manfaat. Misalnya, gripper yang ringan, dengan kapasitas beban yang sama, mendukung gerakan yang lebih cepat dan memungkinkan waktu siklus yang lebih pendek – tujuan utama dalam dunia manufaktur.

Salah satu perusahaan yang memanfaatkan grippers cetak 3D adalah perusahaan pengolahan makanan Islandia, Marel. Organisasi tersebut bekerja sama dengan Institut Teknologi Denmark dalam pengembangan gripper nilon yang diintegrasikan ke dalam lengan robot yang mengambil daging, seperti fillet, untuk mengangkatnya ke dalam dan ke luar ban berjalan.

Marel melihat manfaat penting dari pencetakan 3D dalam fleksibilitasnya:perusahaan dapat menyesuaikan gripper untuk pelanggan yang berbeda tanpa biaya tambahan alat penggilingan. Selain itu, Marel dapat memesan gripper untuk dicetak 3D sesuai permintaan, dengan waktu pengiriman hanya tiga hari – yang juga membantu perusahaan mengurangi biaya penyimpanan dan meningkatkan kelincahan.

4. Menginovasi desain gripper robotik 

Dalam contoh lain, Langen Group, pemasok peralatan untuk produsen makanan utama AS, bermitra dengan penyedia layanan pencetakan 3D, Anubis 3D, untuk mengembangkan perkakas ujung yang ringan.

Perkakas ini, yang dirancang untuk memungkinkan robot mengambil kerupuk yang dibungkus, ditumpuk dan dimasukkan ke dalam kotak kardus, harus memiliki berat kurang dari satu kilogram dan mampu menangani berbagai bentuk dan ukuran kemasan.

Tim Anubis 3D menerapkan perangkat lunak pengoptimalan topologi untuk membuat desain yang memenuhi persyaratan dan cocok untuk pencetakan 3D. Dalam proses optimasi, algoritma perangkat lunak menganalisis tegangan dan regangan pada struktur dan menyesuaikan geometri bagian untuk kekuatan dan bobot yang lebih ringan.

Kemudian, untuk lebih meningkatkan cengkeraman alat, tim membuat desain baru, dengan lubang dan saluran berprofil, yang tidak dapat dibuat secara konvensional.

3D- dicetak dengan nilon, menggunakan teknologi pencetakan 3D berbasis bubuk dari EOS, bagian yang dihasilkan ternyata lebih baik dari yang diharapkan. Gripper baru memberikan empat kali daya cengkeram dari gripper vakum lama, menggunakan lebih sedikit udara, dan memiliki kekuatan pengambilan yang lebih besar.

5. Krones mengembangkan twister kaleng yang dicetak 3D 

Produsen mesin pengemasan dan pembotolan Jerman Krones juga telah memamerkan bagaimana komponen cetak 3D dapat diintegrasikan ke dalam mesin khusus dalam industri minuman.

Salah satu proyek tersebut melibatkan twister kaleng, dicetak 3D menggunakan bahan termoplastik. Di tempat pembuatan bir, misalnya, can twister membalikkan kaleng bir secara vertikal 180 derajat setelah diisi dan dijahit sehingga dapat dipasteurisasi dengan posisi terbalik.

Selama pengembangan 3D- komponen tercetak, banyak faktor berbeda yang perlu dianalisis, termasuk urutan gerakan optimal kaleng saat terbalik.

Tim pengembang membutuhkan beberapa upaya untuk membuat desain yang memenuhi semua persyaratan. Namun berkat keunggulan yang ditawarkan oleh AM, jalur dari desain hingga implementasi sebenarnya menjadi singkat.

Selain pengembangan yang lebih cepat, pencetakan 3D menciptakan twister kaleng dengan tingkat pengulangan yang tinggi – yang merupakan tantangan dengan proses pemesinan manual yang akan menghasilkan penyimpangan dalam geometri bagian.

Krones telah berhasil menguji can twister di rumah, dengan hingga 150.000 kaleng per jam, dan sekarang mengharapkan untuk mengintegrasikan komponen ke dalam setiap jalur pengalengan barunya.

6. Heineken mengoptimalkan lini produksinya dengan pencetakan 3D

Setelah sekitar dua tahun menggunakan pencetakan 3D, Heineken mengidentifikasi beberapa aplikasi yang membantu meningkatkan keselamatan dan produktivitas operasinya.

Dengan bantuan teknologi pencetakan 3D ekstrusi Ultimaker, para insinyur di pabrik pembuatan bir Heineken di Spanyol dengan cepat mengetahui bahwa mereka dapat menghemat banyak waktu dan uang dengan mencetak 3D suku cadang dan alat khusus yang dioptimalkan untuk lini produksinya .

Misalnya, pendorong kaleng logam, yang digunakan untuk menolak dan mengarahkan botol, akan jauh lebih mahal dan memiliki waktu tunggu lebih lama daripada alternatif cetak 3D plastik yang didesain ulang.

Demikian pula, perusahaan memulai pencetakan 3D alat penghenti, yang mengendurkan dan mengencangkan kolom roda pemandu yang menerapkan label botol.

Pencetakan 3D alat ini menghasilkan penghematan biaya yang dramatis sebesar 70 persen dan waktu pengiriman yang lebih cepat (dari tiga hari menjadi satu) dibandingkan dengan metode pemesinan CNC sebelumnya. Alat lain yang lebih sederhana, seperti pemotong karet toroidal, dapat dicetak 3D dalam waktu kurang dari satu jam.

Secara keseluruhan, pabrik bir mengalami beberapa peningkatan pada produksinya setelah adopsi AM in-house. Rata-rata, Heineken mengatakan bahwa ia mengalami waktu pengiriman 80 persen lebih cepat dan biaya suku cadang 80 persen lebih rendah.

Pencetakan 3D di industri makanan dan minuman:Penggerak efisiensi

Industri makanan dan minuman bergulat dengan banyak tantangan, dan pencetakan 3D memberikan solusi yang efisien untuk beberapa tantangan tersebut. Ini membantu perusahaan makanan dan minuman mengembangkan pengemasan yang lebih baik, tetap gesit dengan pencetakan suku cadang dan perkakas 3D sesuai permintaan, dan meningkatkan operasi dengan komponen canggih.

Ke depan, kita akan melihat lebih banyak perusahaan makanan dan minuman menyelidiki teknologi untuk mendorong efisiensi dan menghadapi tantangan masa depan yang tidak pasti.