Livsmedelssäker additiv tillverkning – kundcase Välimeren Herkut

”Vi kan nu anpassa oss efter kundernas önskemål bättre än någon annan.”

Petri Klemetti
Vd,Välimeren Herkut
 

3D-printing för att minska driftstopp i livsmedelsproduktionen

Inom livsmedelsindustrin finns många områden där designfriheten och möjligheten att snabbt tillverka delar efter behov som additiv tillverkning (3D-printing) innebär är särskilt lockande. När det gäller produktionslinjer måste även de dyraste och mest avancerade maskinerna anpassas innan de kan tas i användning på fabriken. Additiv tillverkning kan utnyttjas för att skapa delar som behövs för att anpassa utrustningen eller snabbt framställa prototyper för att testa delar som senare ska tillverkas med konventionella subtraktiva metoder. Specialiserade reservdelar kan dessutom vara väldigt dyra och ha långa ledtider. I många fall kan det dessutom vara svårt att hitta en tillverkare som är villig att leverera dem. Additiv tillverkning kan användas för att producera tillfälliga eller permanenta ersättningar för denna typ av delar för att minimera produktionsavbrott och spara pengar.

Ändra befintlig maskin med 3D-printing

Etteplan har omfattande kunskap och erfarenhet av design och tillverkning av 3D-printade komponenter, inklusive material som är godkända för livsmedelskontakt. Etteplan och Välimeren Herkut identifierade tillsammans tre fall där additiv tillverkning skulle ge direkta fördelar genom att möjliggöra nya produkter som kunderna efterfrågade.

Det första fallet var en modifiering av en befintlig förseglingsmaskin av karuselltyp för en ny produkt. Välimeren Herkut hade fått en förfrågan av en kund som ville ha en produkt i små runda plastbägare med lättöppnade lock. Ordern var så stor att försegling för hand inte lät sig göras. En ny maskin skulle däremot ha blivit alltför dyr, så det enda återstående alternativet var att modifiera den roterande plattan i en befintlig maskin. Med konventionella metoder skulle projektet ha blivit väldigt tidskrävande och dyrt.

Fall 1: Förseglingsmaskinens roterande platta med de gamla fyrkantiga och de nya runda förpackningarna

Ersättning och modifiering av reservdelar

Det andra fallet kan beskrivas som en reservdelsersättning och modifiering. Delen var ett enkelt munstycke i en förpackningsmaskin för små portionspåsar med salladsdressing och andra såser. Munstycket mäter upp rätt mängd sås och därefter förseglar maskinen påsen. Det är mycket viktigt att munstycket inte droppar, för annars blir förseglingen inte tät och produkten blir förstörd. Munstyckets centrumdiameter måste anpassas noga efter såsen för att förhindra droppar (dvs. tjockare såser behöver ett bredare munstycke) och man måste testa sig fram för att hitta rätt storlek. Välimeren Herkut hade dock bara munstycken av en storlek till maskinen, vilket begränsade antalet produkter som kunde förpackas.

Fall 2: Maskin för förpackning av såser och dressingar i portionspåsar, exempel på en påse och det ursprungliga munstycket

Det tredje fallet faller under kategorin snabb prototyping. Även här behövde kunden modifiera en befintlig förpackningsmaskin för salladsdressing för en ny produkt med större doseringsvolymer. En ny pump med tillhörande delar skulle ha kostat omkring 40 000 euro.

Fall 3: Doseringskomponenter till en förpackningsmaskin för t.ex. salladsdressing

Tre unika lösningar för att möta kundernas behov

Etteplan tog fram tre unika lösningar för Välimeren Herkut. I fall 1 utvecklade vår designingenjör en smart lösning för att snabbt och till relativt billig pris modifiera den roterande plattan i förseglingsmaskinen. Adaptrar med snäppfästen designades och framställdes genom selektiv lasersintring (SLS) av det livsmedelscertifierade polyamidpulvret PA2200. Adaptrarna tillverkades så att den roterande plattan inte alls behövde modifieras och kan därför användas med båda förpackningsstorlekarna. Adaptrarna kan dessutom enkelt modifieras efter nya kundbehov i framtiden. Modifieringen gav genast resultat då Välimeren Herkut kunde ta emot en beställning på 500 000 förpackningar med de nya bägarna.

Fall 1 – förseglingsmaskin: 3D-printade livsmedelssäkra adaptrar med snäppfästen

I det andra fallet skapade vi en ny parametrisk design för droppfria munstycken. Munstycken i åtta storlekar tillverkades med 3D-printer. För att undvika att mat fastnar på svårrengjorda platser är de olika munstyckena printade i olika färger för enkel identifiering i stället för att ha printade storleksmärkningar. Eftersom munstyckena används kontinuerligt i direkt kontakt med livsmedel undersökte vi olika livsmedelssäkra beläggningar och ytbehandlingar. SLS-printade delar har en för grov yta för kontinuerlig livsmedelskontakt eftersom det finns risk för bakterieansamlingar. Minst en ytbehandling identifierades för att minska grovheten till samma nivåer som rekommenderas för livsmedelsklassat rostfritt stål. Dessutom är de 3D-printade munstyckena så förmånliga att de kan användas en begränsad period utan ytbehandling och sedan ersättas med nya. Alternativt kan de printade munstyckena bara användas som prototyper för att testa nya såser eller dressingar innan man tillverkar optimerade munstycken med konventionella metoder.

Case 2 no-drip nozzle solution: 3D printed parametric nozzle set, color coded by size and safe for food contact

In the 3rd case, the cylinder and piston of the dosing machine were redesigned for increased dosing volume.  The parts were 3D printed in the same food safe plastic material and installed in the dosing machine.  Tests were carried out to ensure that the existing pump could handle the new dosing volume, and then the new component designs were passed along for creation with traditional manufacturing techniques.  The design work, printing of the prototypes, testing, and creation of the final parts cost only a small fraction of what a new pump would cost, and once again new customer requests could be met.

Case 3 dosing solution – 3D printed piston and cylinder to test larger dosing volume with existing pump

Throughout the course of this project, two Etteplan AMO services were utilized: AM engineering (adaption/design for AM) and AM purchasing support.  Having an AM design expert involved in the work ensures that maximum benefits could quickly be gained from the geometric freedoms offered by AM.  The AM purchasing support meant that Välimeren Herkut gained information about AM service bureaus printing materials that are safe for food contact, had a clear overview of available surface coatings and treatments for food contact, as well as several cost-competitive offers for printing the needed parts.

3D printing to enable agile solutions in the food industry

Additive manufacturing can be utilized in the food industry to enable agile solutions to modify production for new food products.  This might include modifying existing machines for new product lines, rapid prototyping to test new machinery design solutions, and spare part replacement or modification.  The Välimeren Herkut cases clearly show the immediate impact of being able to quickly adapt for new customer demands, with additive manufacturing solutions allowing them to accept new large orders.