3Dプリントを過小評価してはいけない：ペプシコがボトルの金型を製造

マーベル映画「ブラックパンサー」の公開に合わせて、ペプシコは3Dプリント技術を使用して、コカコーラのボトルに「ブラックパンサー」のキャラクターの肖像画を印刷した。 3Dプリント技術に関して言えば、ペプシコの現在の応用はまだ100％完璧な応用には至っていないが、この技術の魅力は少しも減っていない。

ペプシコでパッケージ開発を担当するマックス・ロドリゲス氏とエンジニアのタンティップ・テカニル氏は、チームを率いて性能シミュレーションやプロトタイプ製造などの一連の関連作業を実行し、研究開発チームと生産チームに効果的なツールと生産効率を提供するよう努めました。

特許取得済みのモジュラーモールドセットの 1 つは、ほとんどの射出成形機と互換性があり、アルミニウムシェル、歯科用石膏、3D プリントされたインサートが含まれており、100 ml から 3 リットルまでのさまざまなボトルデザインに適していることは特筆に値します。「モジュラーモールドセットは、ラボスケールまたはパイロットプラントスケールの射出成形装置で使用するカスタムモールドを迅速に製造するための手段です」とロドリゲス氏はTCTに語った。

これまでペプシコが提携していたアウトソーシング金型サービスプロバイダーは、金型構造の複雑さに応じて、CNC や EDM などの減算加工法を一般的に使用していました。製品の納品には 2 ～ 4 週間かかり、コストは最大 10,000 ドルでした。

ロドリゲス氏はさらにこう続けた。「試作にかかる時間とコストを削減するため、当初チームは金型全体を3Dプリントしようとしましたが、多くの時間と材料が必要になることがわかりました。最終的に、従来の金属金型と3Dプリント構造を組み合わせたハイブリッドモデル、つまり射出成形機で金属シェルを作り、3Dプリント技術で内部部品を作るという方法を採用することにしました。」

△CarbonのM2マシンで3Dプリントされたモールドインサート。CE認証を取得。チームは、モジュラーモールドセットの処理モードに適合する3Dプリントソリューションを模索しており、その中でも印刷速度が速いデジタル光処理技術が優先事項となっています。一連のテストを経て、ペプシコ社は現在、Nexa3D の NXE400 装置と xPEEK 147 材料を使用しています。

△ Nexa3D NXE 400 で xPEEK 147 素材を使用して 3D プリントされたボトル金型 (画像提供: Nexa3D)
テカニル氏は次のように説明しました。「3D プリント技術を使えば、完全な金型を 12 時間で完成させることができます。そのうち 8 時間は 3D プリント時間、4 時間は硬化時間です。PEEK 素材は硬化に 3 時間しかかからず、反りの程度もはるかに少なくなります。もちろん、金型の組み立て時の許容誤差が許容範囲内であることを確認するために、素材の収縮も考慮します。」

統計によると、Modular Mold Set で作られた各金型は、数千本のボトルを生産できます。このソリューションにより、ペプシコは約 90% のコスト削減を実現し、納期を数週間から数日に短縮しました。

ロドリゲス氏は、1万本以上のボトルの検証テストを通じて、この金型の生産効率は1分あたり600～800本であることが検証され、次の目標は「数万本」の効率に到達することだと語った。このテクノロジーにより、複数の製品設計の反復を実装する柔軟性が得られ、下流の市場活動をいつでもすべて評価できるようになります。

ペプシコが3Dプリント技術の検討を始めたのは今回が初めてではない。当初はストラタシスのPolyJet技術とデジタルABS素材（熱変形温度58～68℃）を使用していたが、当時は金型1セットあたり100個のサンプルしか製造できなかった。現在、PolyJet は実験室の射出成形機と組み合わせて使用され、少量のサンプルを生産しています。サンプル数が 5,000 に達すると、DLP システム動作が選択されます。

ペプシコは、Carbon M2からNexa3D NXE400まで、コスト、機械性能、材料性能の間で最適なソリューションを見つけることに注力しています。このアイデアは、将来的には他のサプライヤーのソリューションにもなるでしょう。

△Neza3DのNXE400マシンでxPEEK素材を使用して3Dプリントされた金型インサート。ほとんどの場合、金型は48時間以内に作成でき、機能サンプルは1週間以内に作成できます。ペプシコ社は現在、熱硬化アプリケーション用のコンフォーマル冷却チャネルを統合するための金属 3D プリントの使用や、射出成形金型を作成するためのポリマー技術の活用も検討しています。

3D CAD ファイル変換によって作成されたプロトタイプ製品は、従来の処理方法で作成されたものと完全に同等です。サプライチェーンからマーケティング、さらには消費者に至るまで、生産ラインにおける 3D プリント技術の良好なパフォーマンスを評価できます。この技術により開発サイクルが大幅に短縮されたことは明らかです。

ペプシコは、特許取得済みのテクノロジーとハイブリッドアプローチを使用して、パフォーマンスシミュレーションの高速化と改善、高度なシステム分析、高品質の機能プロトタイプの作成など、ボトル開発のあらゆる側面を進化させるために付加製造を推進しています。 3D プリントにより、これまでにない設計能力が得られ、ブランド設計や新製品の印刷の余地が広がり、プロモーション効果が向上し、顧客との距離が縮まりました。

偶然にも、TCTアジア展示会は、製造業のあらゆる分野における3Dプリントの応用と探求に常に重点を置いてきました。2022年、TCTアジア展示会は深センで開催され、同時開催イベントであるTCTアジアサミット-消費財フォーラムが特別に計画されています。フォーラムでは、製品パッケージ、ジュエリーデザイン、3Cエレクトロニクス、家電製品における3Dプリント技術の応用に関する議論と共有に重点が置かれます。ゲスト募集チャンネルがオープンしました。業界の専門家の皆様は、ぜひご登録いただくか、適切なゲスト候補者を推薦してください。

2022年の特別な年、TCTアジアは上海に一旦別れを告げ、南の深センへ向かい、 8月31日から9月2日まで深セン世界会議展示センター（宝安）から再び出航します。

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