Moldes da PepsiCo fabricados em 3D: do CAD à peça acabada em 48 horas

Os produtos da PepsiCo são consumidos mais de mil milhões de vezes por dia em mais de 200 países de todo o mundo e incluem marcas icónicas que geram, cada uma, um volume de vendas anual superior a mil milhões de dólares. Combinando a sua tecnologia patenteada e uma nova abordagem híbrida, a PepsiCo utiliza o fabrico aditivo como catalisador em vários aspetos do desenvolvimento de garrafas, acelerando e melhorando a simulação de desempenho, a análise avançada de sistemas e a produção de protótipos funcionais de alta qualidade.

Nunca antes o tempo de colocação de um produto no mercado foi uma questão tão crucial na indústria dos bens de consumo. Os gestores das marcas da PepsiCo esforçam-se por desenvolver novos designs de garrafas e embalagens cada vez mais rapidamente, para satisfazer as necessidades dos clientes em constante mudança e evolução.

No entanto, a criação de moldes metálicos convencionais para a moldagem por sopro de garrafas é uma operação dispendiosa e que exige muito tempo. Uma vez criado o ficheiro CAD da embalagem, a maquinagem de um molde pode demorar até quatro semanas e podem ser necessárias mais duas semanas para se obter uma peça de teste. Isto para não falar do elevado custo destas ferramentas.

A possibilidade de poupança de tempo é uma das principais razões pelas quais as empresas tentam aplicar a impressão 3D nos seus processos. No entanto, no fabrico de moldes, as abordagens anteriores da PepsiCo ao fabrico rápido com impressão 3D tinham sido um fracasso. Foram necessários dois ou três dias para imprimir em 3D um único molde em ABS digital (um material caro) numa máquina de impressão 3D PolyJet de 250 mil dólares. A peça resultante não era duradoura e só podia produzir cerca de 100 garrafas antes de o molde se começar a deteriorar.

“O tempo e os custos são obviamente importantes, mas não são os únicos fatores a considerar. O mais importante é a capacidade de passar por uma série de diferentes iterações de conceção em tempo recorde para avaliar o desempenho alcançado em todas as atividades posteriores. É isso que nos ajuda a acelerar o processo”, afirma Max Rodriguez, diretor sénior de I+D, Engenharia Avançada e Design Global de Embalagens da PepsiCo.

Esta convicção levou Max Rodriguez e a sua equipa a explorar a utilização de uma abordagem híbrida, combinando partes de um molde metálico convencional com insertos impressos em 3D.

A conceção híbrida, patenteada pela PepsiCo em 2020, implica a utilização de um molde metálico externo universal que se adapta à maioria das máquinas de moldagem por sopro comerciais atuais. A PepsiCo explorou então a possibilidade de utilizar o fabrico aditivo para imprimir apenas as partes internas do molde, que dão a geometria do produto final. A colaboração com a Dynamism permitiu às equipas da PepsiCo encontrar soluções de impressão industrial em 3D para satisfazer as suas necessidades. Para a produção dos insertos, a PepsiCo escolheu o Henkel Loctite xPEEK147 da Nexa3D, um material de elevada resistência e desempenho, com uma elevadíssima temperatura de deflexão térmica.

Embora esta abordagem híbrida seja independente da máquina, o que significa que pode ser utilizada com diferentes tipos de impressoras 3D, a PepsiCo concluiu que a impressora Nexa3D NXE 400 e o desempenho dos materiais que a acompanham eram ideais para produzir os componentes do molde necessários.

Com este novo sistema integrado com a impressão 3D, é possível produzir um lote completo de moldes em 12 horas; oito horas de impressão 3D e quatro horas de cura.

Estes moldes híbridos podem ser utilizados para mais de 10 mil garrafas, com uma redução de custos que chega até 96% em comparação com os moldes metálicos tradicionais. As equipas aplicaram um suporte de gesso dentário aos insertos para dar às cavidades do molde a resistência à compressão necessária para a moldagem por sopro com uma pressão de até 40 bar.

Para produzir as garrafas, o grupo PepsiCo utilizou uma máquina de moldagem por estiramento e sopro BlowScan da empresa Blow Moulding Technologies (BMT), sediada na Irlanda do Norte. A BMT tem sido um fornecedor de serviços estratégicos e um parceiro de confiança da PepsiCo desde há cinco anos. Desde que foi instalada em Valhalla, a máquina tem estado a produzir garrafas diariamente com a sua abordagem de ferramentas híbridas.

Vantagens da impressão 3D

• Redução do tempo de desenvolvimento de protótipos de quatro semanas para 48 horas.
• Redução dos custos das ferramentas de protótipo de 10 mil para 350 dólares por lote de moldes.
• Criação de equipamentos duradouros capazes de produzir mais de 10 mil garrafas por molde.
• Produção de múltiplas iterações de conceção para permitir a verificação oportuna das atividades posteriores.

O novo processo “facilita a nossa capacidade de validar até os nossos instrumentos virtuais, uma vez que podemos agora associá-los aos resultados físicos”, acrescenta Max Rodriguez. Isto ajuda a PepsiCo no seu trabalho de caraterização de materiais, análise de desempenho e testes físicos: “Com a utilização destes recursos, esperamos que o nosso ciclo de desenvolvimento melhore em 30 por cento”.

Com um volume de impressão de 16 litros, dimensões de 27,5 cm x 16 cm x 40 cm (2,5 vezes maior do que as máquinas convencionais), otimização inteligente graças à tecnologia LSPc patenteada pela Nexa3D, a NXE 400 é uma impressora versátil, adequada para uma grande variedade de aplicações. Além disso, trabalha com uma vasta gama de materiais, produzidos em colaboração com diversas empresas da indústria química, mundialmente reconhecidas, para disponibilizar soluções para as mais diversas aplicações em todo o tipo de indústrias.

* Derivado de gesso especialmente calcinado, fabricado para proporcionar propriedades melhoradas de resistência e dureza.