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Aug 13, 2023

ペプシコ、高価な金属工具に代わる革新的な代替品を発見

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ブランド所有者は、絶え間なく変化する顧客の要望に対応するために新しいボトルやパッケージのデザインを開発することを目指しているため、消費財分野では市場投入までのスピードがこれまで以上に重要になっています。 しかし、ボトルのブロー成形用の従来の金属工具を作成するには、費用と時間がかかります。 だからこそペプシコは代替手段を探していたのだ。

飲料会社ペプシコの製品は、世界中の 200 以上の国と地域で消費者に 1 日に 10 億回以上楽しまれています。 同グループは、Lay's、Doritos、Cheetos、Gatorade、Pepsi-Cola、Mountain Dew、Quaker、Soda Streamを含む補完的な飲料および便利な食品のポートフォリオによって、2021年に790億ドルを超える純収益を生み出しました。 ペプシコの製品ポートフォリオには、推定年間小売売上高がそれぞれ 10 億ドルを超える多くの象徴的なブランドを含む、幅広い楽しい食品や飲料が含まれています。

食品および飲料会社は、ブロー金型の生産を最適化することで市場投入までの時間を短縮する方法を探していました。 従来の方法では、このプロセスに非常に時間がかかることがあります。 パッケージ デザインの CAD ファイルが作成されると、金属ツールの機械加工に最大 4 週間かかり、その後、実際のブロー成形を行うための試用ユニットを入手するのにさらに 2 週間かかります。 また、ペプシコのヴァルハラ研究センターのグローバル・パッケージング研究開発、先進エンジニアリング・設計担当シニアマネージャー、マックス・ロドリゲス氏によると、その複雑さに応じて、単一の金属工具セットを製造するには、簡単に最大1万ドルのコストがかかる可能性があるという。

このため、多くの人がこのプロセスを短縮するために 3D プリンティングを適用しようとしていますが、以前のラピッド ツーリング アプローチにも欠点がありました。 25 万ドルの Polyjet 3D 印刷機で Digital ABS (高価な材料) から 1 つのブロー成形ツールを 3D 印刷するには 2 ～ 3 日かかります。 それでも、結果として得られたツールは耐久性に欠けており、金型が壊れ始めるまでに約 100 個のボトルしか製造できませんでした。 このため、ロドリゲス氏と彼のチームは、従来の金型の部品と 3D プリントされたインサートを組み合わせたハイブリッド アプローチの使用を検討するようになりました。

ペプシコが 2020 年後半に特許を取得したこのハイブリッド モデルには、今日のほとんどの商用ブロー成形機に適合する汎用金属製の外側金型シェルが使用されています。 その後、同社は積層造形を使用して、最終製品の形状を生み出す金型の重要な内部部品のみをプリントすることを検討しました。 Dynamism との連携により、ペプシコ チームは、要件を満たす 3D プリンティングの産業ソリューションを導入しました。

「時間とコストは明らかに重要ですが、より重要なのは、下流のすべてのアクティビティのパフォーマンスを評価できるように、記録的なペースで多数の異なる設計の反復を実行する柔軟性を持つ能力を持つことです。それが本当に重要です。」加速するのに役立ちます」とロドリゲスは言います。 これらの下流の活動には、ペプシコの包装ライン、自動販売機、流通ネットワークでボトルがどのように機能するかを確認することが含まれます。

同グループは、材料の強度と、非常に高い熱たわみ温度などの優れた性能要因により、3D プリントツールインサートとして Henkel Loctite の Nexa 3D の xPEEK147 を選択しました。 このハイブリッド アプローチはマシンに依存せず、さまざまなタイプの 3D プリンターを使用できますが、ペプシコは、超高速、高スループットの Nexa 3D NXE 400 3D プリンターとそれに付随する材料性能が、必要な金型コンポーネントの製造に最適であることを発見しました。

研究チームは、印刷されたインサートに歯科用石材の裏打ちを施し、最大 40 bar の圧力でブロー成形に必要な圧縮強度を金型キャビティに与えました。 次に、北アイルランドに拠点を置く Blow Molding Technologies (BMT) の改良された実験室規模の Blowscan ストレッチブロー成形機を使用して、実際のボトルを製造しました。 ロドリゲス氏は、BMTは過去5年間、戦略的サービスプロバイダーであり、ペプシコの信頼できるパートナーであったと述べた。

同氏によると、ペプシコは今年初めに再設計された実験室規模の延伸ブロー成形機「Blowscan」をヴァルハラで納入し、過去数カ月にわたりハイブリッドツーリングアプローチを使って毎日ボトルを生産しているという。

このアプローチにより、「仮想ツールを物理的な結果と組み合わせることができるため、仮想ツールの検証能力も向上します」と同氏は付け加えた。 これは、同社の材料特性評価作業、性能分析、物理試験に役立ちます。 「これらの機能を使用することで、開発サイクルが 30% 改善されると期待しています。」とロドリゲス氏は言います。

完全な金型セットは、3D プリントに 8 時間、硬化に 4 時間を要し、12 時間で作成できます。 これらのハイブリッドで作られた金型は、故障する前に 10,000 本以上のボトルに問題なく使用でき、従来の金属工具と比較してコストを最大 96% 削減できます。

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