成本降96%週期縮30%，百事可樂用3D列印模具提速新瓶開發

與傳統的金屬模具相比，百事可樂使用 3D 印表機提高瓶模製造速度、降低成本並擴大靈活性。

在快消品領域，上市速度從未像現在這樣重要——品牌只有持續開發新包裝設計，滿足不斷變化的客戶需求，才能在激烈的競爭中脫穎而出。

百事可樂飲料瓶的設計開發流程從紙質到數字化到3D 列印原型，再到採用 3D 列印模具以生產功能性原型瓶。（圖片來源：百事可樂）

傳統金屬模具製造又貴又費時

然而，包裝設計變更的成本很高，尤其是在瓶裝飲料行業。百事可樂公司位於紐約州的研發園區為了新款飲料瓶的吹塑成型採用傳統金屬模具，常常需要數週的等待和數千美元的成本。“百事可樂可以花費高達10，000 美元來生產單個金屬模具組，具體取決於其複雜性。”百事可樂研究中心全球包裝研發、先進工程和設計高階經理 Max Rodriguez 說。

吹瓶模具傳統上是用金屬加工而成的，這是一種比 3D 列印更慢、更昂貴的工藝（圖片來源：Ingersoll）

他表示一旦瓶子完成數字化設計，使用傳統制造方法加工金屬模具最多需要 4 周時間，然後需要額外兩週時間才能獲得試驗裝置來進行原型的吹塑成型。

3D列印模具加速產品開發週期

為了透過降低原型生產的時間和成本，以便更快將新產品推向市場，Rodriguez 幾年前開始使用 3D 印表機。

儘管 3D 印表機在製作設計原型方面表現出色，但早期的3D 列印模具在耐用性稍有不足——一套3D列印模具只能用來生產100個瓶子。為了提高3D列印模具的使用效率，Rodriguez及其團隊探索使用混合方法，將傳統金屬模具的部件與 3D 列印外掛相結合。

該混合模型已被百事可樂公司與2020年申請獲得專利，它採用了適合大部分商用吹塑機的金屬外模殼，那些能夠決定瓶子幾何形狀的模具內部部件則採用3D列印加工而成。

百事可樂採用3D列印模具加速產品開發。（圖片來自Nexa3D）

百事可樂團隊與芝加哥的增材製造技術分銷商 Dynamism 合作，探索能夠滿足其尺寸和材料要求的工業 3D 列印解決方案。

據介紹，在 2020 年至 2022 年期間，Rodriguez 在第三方使用中試工廠規模的吹塑機進行測試，單個混合模具每小時可生產600 至 800 個瓶子。模組化模具組的概念得到驗證，但材料的耐用性仍然是一個挑戰。

“在吹塑模具熱定形應用中，通常將模具加熱到約 140C 的溫度。材料能夠承受 40 巴的打擊壓力也很重要。”Rodriguez說。他表示三年前開始研究這種混合模具的時候，唯一可行的材料解決方案是氰酸酯。“不過從那時候起，漢高樂泰和巴斯夫等主要材料供應商也加快增材製造應用的材料開發。漢高大約一年前推出了 XPEEK147 材料，它包含了氰酸酯的多項優勢。”

在 Nexa3D NXE 400 上使用 漢高 xPEEK147-Black 材料進行 3D 列印的瓶子模具（圖片來源：Nexa3D）

該團隊將牙石背襯應用到3D列印的嵌件上，以使模腔具有吹塑壓力所需的抗壓強度。他們使用來自北愛爾蘭 Blow Molding Technologies 公司的改進型實驗室專用Blowscan 拉伸吹塑機來生產測試瓶。

Rodriguez說，在過去的幾個月裡，百事可樂一直在使用其混合模具生產瓶子。“時間和成本顯然很重要，但更重要的是能夠靈活地以創紀錄的速度執行多個不同的設計造型，以便我們能夠評估所有下游活動的效能，這將有利於加速新包裝的上市。”這些下游活動包括確認瓶子在百事可樂的包裝線、自動售貨機以及整個分銷網路中的使用體驗。

百事公司研發中心的吹塑試驗資料顯示，採用3D 列印模具生產的樣品與採用金屬模具生產的樣品相媲美。

為了驗證模具與3D印表機使用型號無關，Rodriguez還在Carbon M2 印表機 Stratasys J55 和 Markforged X5都進行模具的3D列印，最終選擇Nexa3D NXE 400 印表機以及漢高樂泰的 xPEEK147 材料。

Rodriguez認為NXE 400 足夠大，可以同時列印多個模具零件，而且速度很快，從而加快了迭代和生產過程。

2020年百事可樂重新設計的飲料瓶。（圖片來自百事可樂）

成本降低96%，週期加快30%

這套混合型模具可在12小時內完成，其中 3D 列印時間為 8 小時，後處理或固化時間為 4 小時。每套模具的成本約為 350 美元。這些混合型模具可用於 10，000 多個瓶子的打樣測試，與傳統金屬工具相比，成本降低了近 96%。

“我們預計使用混合型模具可將產品開發週期將加快 30%。” Rodriguez 說，“然而，這不僅需要3D列印模具，還離不開虛擬分析，兩者相互相成才能加快產品開發週期。”

資料來源：本文由“”雅式橡塑網（AdsaleCPRJ.com）”原創編譯自all3dp及Nexa官網內容，轉載請註明來自“雅式橡塑網(AdsaleCPRJ.com)"