29 de jul.5 min para ler

Ferramentas 3D Personalizadas: Redução de Custos e Aumento de Eficiência na Produção

“Para muitos empreendedores, o custo das ferramentas é um obstáculo decisivo,” diz David Brady, Gerente de Desenvolvimento de Negócios Europeu para os Serviços de AM da Henkel.

“Para ter sucesso, é uma barreira que eles devem superar. Felizmente, a qualidade, a velocidade e a economia da manufatura aditiva avançaram a um ponto em que startups podem efetivamente otimizar o desenvolvimento de produtos, nivelando o campo de jogo para novas marcas e seus clientes potenciais.”

Contexto

A inovação na indústria de confeitaria vai além do sabor. As empresas buscam melhorar a experiência do consumidor, levando-as a criar produtos ainda mais envolventes. Por anos, as empresas de confeitaria e outras no setor alimentício têm considerado a personalização como uma forma de se diferenciar e expandir seus negócios.

Quando moldado em um plástico semelhante à borracha, o silicone possui características como baixa toxicidade e alta resistência ao calor. Um material durável, porém flexível, o silicone é resistente a manchas, fácil de limpar e oferece melhores propriedades antiaderentes do que muitas outras alternativas. Todos esses atributos combinados tornam o silicone um material ideal para aplicações alimentícias.

Desde a década de 1980, os silicones de grau alimentício aprovados pela FDA têm sido usados em uma variedade de utensílios de cozinha, como formas para assar, suportes para panelas, batedores e mais. O silicone é um material ideal para fazer moldes seguros para alimentos, como balas, chocolates e outros doces.

Para a indústria alimentícia, grande parte da empolgação inicial em torno da impressão 3D estava na utilização da tecnologia para imprimir alimentos diretamente. No entanto, empresas do setor de confeitaria também têm usado a tecnologia para melhorar suas operações de manufatura.

APLICAÇÃO:

Ferramentas personalizadas para moldagem de silicone usadas na fabricação de alimentos

MATERIAL:

LOCTITE 3D 3843 HDT60 Alta Resistência

TECNOLOGIA:

Impressora 3D Digital Light Processing (DLP) RapidShape i30+

O Desafio

A maioria das startups enfrenta desafios comuns. Entre outros, elas precisam desenvolver um produto e uma equipe que possa apoiá-lo. Isso geralmente requer dinheiro, o que pode criar um dilema do tipo “ovo ou galinha”. Para obter resultados, os empreendedores precisam de recursos, mas, para atrair capital, devem primeiro demonstrar tração.

Quando se trata de lançar um novo produto de consumo no mercado, o problema frequentemente é amplificado. Entre outros custos iniciais, startups que produzem bens físicos normalmente devem investir em ferramentas. Para muitas, esses obstáculos para levar produtos ao mercado são grandes demais para serem superados.

Esse foi o caso de uma startup na indústria de confeitaria. Eles queriam criar doces personalizados para fazer peças de edição limitada para diversos propósitos, incluindo ocasiões especiais, eventos corporativos e outras celebrações.

Para fabricar seus produtos, eles precisavam de moldes para moldagem de silicone. Tradicionalmente, esses moldes são usinados a partir de alumínio e depois revestidos com níquel para atender aos padrões da FDA para materiais seguros para alimentos. O silicone é então vertido na ferramenta para formar o molde final.

Fluxo de Trabalho Tradicional para Moldagem de Silicone

Pirulitos produzidos com molde de silicone

A Solução

“Com a ajuda de nossos parceiros da Open Materials Platform, desenvolvemos uma solução coesa. Além de apenas imprimir uma ferramenta em 3D, conseguimos criar um processo de fabricação completo para a indústria alimentícia,” diz o Sr. Brady. “Normalmente, o tempo para produzir uma ferramenta usinada complexa pode levar pelo menos quatro semanas. Embora possam ser feitas de alumínio, mais frequentemente as ferramentas são usinadas em aço, polidas e então revestidas com níquel, o que geralmente as torna ainda mais caras. Na indústria de confeitaria, até mesmo uma ferramenta de moldagem relativamente simples geralmente custaria mais de 10.000 euros. Ao reduzir o custo e o tempo envolvidos na fabricação de moldes, estamos cumprindo a promessa da manufatura aditiva e nivelando o campo de jogo para um novo inovador do mercado.”

A startup de confeitaria colaborou com a Henkel para ver como a impressão 3D poderia melhorar seu fluxo de trabalho. A fabricação de alimentos é uma indústria altamente regulamentada, de acordo com a FDA. Qualquer novo produto ou ferramenta que entre em contato direto com alimentos teria que passar por um processo de aprovação.

Os revestimentos com níquel são aprovados pela FDA em parte porque oferecem prevenção de corrosão e limpeza fácil. O revestimento com níquel também ajuda os produtos a suportar as temperaturas extremas de calor e frio que são comuns no processamento de alimentos. Além disso, o revestimento com níquel oferece uma camada antiaderente resistente à água, óleos, gorduras e vapor, tornando-o ideal para moldagem de silicone.

Em vez de usinar os moldes a partir de alumínio ou aço, a startup colaborou com a Henkel para descobrir se eles poderiam ser impressos em 3D e, em seguida, revestidos com um revestimento de níquel aprovado pela FDA.

A equipe da Henkel aproveitou sua expertise em materiais e seu extenso portfólio de resinas imprimíveis em 3D para encontrar um material que fosse duro, resistente e proporcionasse um acabamento de superfície adequado para eletrodeposição. O LOCTITE 3843 foi selecionado, e ferramentas de teste foram fabricadas aditivamente em uma impressora 3D RapidShape i30+ DLP. Com a tecnologia da RapidShape, os parâmetros de material apropriados e validados são armazenados na impressora e a tecnologia patenteada de feedback de força DLP entrega partes de alta precisão em um curto período de tempo. Após a impressão das ferramentas de teste, elas foram revestidas eletroliticamente com níquel. Em seguida, o silicone foi vertido na ferramenta de teste revestida com níquel. Finalmente, o molde de silicone completo é liberado e os doces são fabricados.

Moldagem de Silicone com Moldes Impressos em 3D

Transição da impressão 3D e revestimento com níquel para o molde final de silicone

BENEFÍCIOS

“Estamos impulsionando a personalização em massa ao capacitar nossos clientes,” diz o Sr. Brady. “Com nossos materiais altamente engenheirados, eles podem reinventar completamente sua abordagem para ferramentas alimentícias. Em vez de se preocupar com o retorno sobre o investimento em uma ferramenta, eles podem se concentrar em oferecer produtos de consumo novos e únicos. Eles podem aproveitar tendências, experimentar novos designs e produzir em pequenas quantidades de maneira econômica. É uma vantagem competitiva significativa.”

Como previsto, a fabricação aditiva dos moldes ofereceu uma vantagem de velocidade tremenda. Tradicionalmente, moldes usinados normalmente levam quatro semanas para serem produzidos. Com ferramentas impressas em 3D, a empresa pode estar pronta para fazer novos moldes de silicone líquido em poucos dias.

Além da redução significativa no tempo de entrega, a startup se beneficia de economias impressionantes. Moldes tradicionais geralmente custam 10.000 euros. O custo para imprimir em 3D e revestir os moldes com níquel foi de cerca de 500 euros, uma economia de 95%.

Renderizações CAD do Molde de Confeitaria Impressos em 3D

Para a startup, as economias de custo ajudaram a reduzir a barreira de entrada. O objetivo para o produto era criar uma forma distintiva e facilmente reconhecível nas prateleiras das lojas. Pelo preço de um único molde usinado, eles puderam experimentar muitas iterações diferentes em menos tempo do que costumava levar para uma iteração. Mas o benefício não é apenas para empreendedores. A mesma abordagem pode também ajudar empresas estabelecidas a conduzir P&D de forma mais econômica.

Além da prototipagem, os menores custos com ferramentas também permitem que as empresas de confeitaria produzam pequenas quantidades de forma mais econômica, possibilitando a oferta de personalização, edições limitadas e branding para eventos corporativos. O processo aditivo usado na impressão 3D também pode aprimorar o design do produto, oferecendo aos designers uma nova liberdade para usar formas complexas que não são possíveis com uma máquina-ferramenta linear.

Juntos, esses benefícios ajudaram a startup a criar um novo produto com máximo apelo nas prateleiras. Eles podem escalar seus negócios com menos capital e potencialmente causar impacto em um mercado altamente competitivo.

Para outras empresas nas indústrias de confeitaria e processamento de alimentos, isso destaca o que é possível através da colaboração. A manufatura aditiva tem o potencial de ajudar a reduzir custos e operar de forma mais eficiente, além de impulsionar os esforços de desenvolvimento de produtos e criar novas oportunidades de negócios com pequenas produções e personalização.