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.

Fall 2 – lösning med droppfritt munstycke: Parametriskt friformsframställt munstycke, färgkodat efter storlek och säkert för kontakt med livsmedel

I det tredje fallet konstruerades cylindern och kolven i doseringsmaskinen om för ökad doseringsvolym.  Delarna friformsframställdes i samma livsmedelssäkra plastmaterial och installerades i doseringsmaskinen.  Tester genomfördes för att säkerställa att den befintliga pumpen kunde hantera den nya doseringsvolymen, och sedan vidarebefordrades de nya komponentritningarna för framställning med traditionell tillverkningsteknik.  Konstruktionsarbetet, friformsframställningen av prototyperna, testning och framtagning av de slutliga delarna kostar bara en liten del av vad en ny pump skulle kosta, och återigen kunde nya kundbehov tillgodoses.

Fall 3 doseringslösning – friformsframställd kolv och cylinder för test av större doseringsvolym med befintlig pump

Under projektets gång användes två Etteplan AMO-tjänster: AM-konstruktion (anpassning/design för AM) och AM-inköpsstöd.  Med en AM-konstruktionsexpert involverad i arbetet säkerställs att maximal nytta snabbt kan erhållas genom de geometriska friheter som AM erbjuder.  Inköpssupporten på AM innebar att Välimeren Herkut fick information om att AM-servicebyråernas friformsframställda material är säkra för livsmedelskontakt, fick tydlig översikt över tillgängliga ytbeläggningar och ytbehandlingar för livsmedelskontakt, och fick flera konkurrenskraftiga erbjudanden för friformsframställning av de nödvändiga delarna.

3D-printing möjliggör flexibla lösningar inom livsmedelsindustrin

Friformsframställning kan användas inom livsmedelsindustrin för att möjliggöra flexibla lösningar för att modifiera produktionen för nya livsmedelsprodukter.  Här ingår att modifiera befintliga maskiner för nya produktlinjer, snabb prototyptillverkning för att testa nya konstruktionslösningar för maskiner, eller byte eller modifiering av reservdelar.  Välimeren Herkut-fallen visar tydligt den omedelbara effekten av att snabbt kunna anpassa sig efter nya kundkrav, med friformsbaserade tillverkningslösningar som gör det möjligt för dem att ta emot nya stora order.