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Dec 30, 2023

Pepsico trouve une alternative innovante aux outils métalliques coûteux

La rapidité de mise sur le marché n'a jamais été aussi importante pour le consommateur

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La rapidité de mise sur le marché n'a jamais été aussi importante dans le secteur des biens de consommation, car les propriétaires de marques visent à développer de nouvelles conceptions de bouteilles et d'emballages pour répondre aux désirs en constante évolution des clients. Mais la création d'outils métalliques conventionnels pour le soufflage de bouteilles est une proposition coûteuse et chronophage. C'est pourquoi Pepsico cherchait une alternative.

Les produits de la société de boissons Pepsico sont consommés par les consommateurs plus d'un milliard de fois par jour dans plus de 200 pays et territoires à travers le monde. Le groupe a généré plus de 79 milliards de dollars de revenus nets en 2021, grâce à un portefeuille complémentaire de boissons et d'aliments pratiques qui comprend Lay's, Doritos, Cheetos, Gatorade, Pepsi-Cola, Mountain Dew, Quaker et Soda Stream. Le portefeuille de produits de Pepsico comprend une large gamme d'aliments et de boissons agréables, y compris de nombreuses marques emblématiques qui génèrent chacune plus d'un milliard de dollars en ventes au détail annuelles estimées.

L'entreprise agroalimentaire cherchait un moyen d'accélérer la mise sur le marché en optimisant la production de moules de soufflage. Avec les méthodes conventionnelles, ce processus peut être assez long. Une fois qu'un fichier CAO de la conception de l'emballage est créé, l'usinage d'un outil en métal peut prendre jusqu'à quatre semaines, puis deux semaines supplémentaires pour obtenir une unité d'essai pour effectuer le moulage par soufflage proprement dit. Selon Max Rodriguez, directeur principal de la R&D mondiale de l'emballage, de l'ingénierie avancée et de la conception, au centre de recherche Valhalla de Pepsico, la production d'un seul ensemble d'outils en métal pourrait facilement coûter jusqu'à 10 000 dollars, en fonction de sa complexité.

Cela a conduit de nombreuses personnes à essayer d'appliquer l'impression 3D pour raccourcir ce processus, mais les précédentes approches d'outillage rapide avaient également leurs lacunes. Il faudrait deux à trois jours pour imprimer en 3D un seul outil de moulage par soufflage à partir de Digital ABS (un matériau coûteux) sur une machine d'impression 3D Polyjet de 250 000 dollars. Même ainsi, l'outil résultant manquait de durabilité et ne pouvait produire qu'environ 100 bouteilles avant que le moule ne commence à tomber en panne. Cela a incité Rodriguez et son équipe à explorer l'utilisation d'une approche hybride, combinant des parties d'un moule métallique conventionnel avec des inserts imprimés en 3D.

Ce modèle hybride - que Pepsico a breveté fin 2020 - implique l'utilisation d'une coque de moule extérieure en métal universelle qui s'adapte à la plupart des machines de moulage par soufflage commerciales d'aujourd'hui. L'entreprise a ensuite exploré l'utilisation de la fabrication additive pour imprimer uniquement les parties internes essentielles du moule qui donnent la géométrie du produit final. Travailler avec Dynamism a permis à l'équipe de Pepsico de découvrir des solutions industrielles en impression 3D pouvant répondre à leurs exigences.

"Le temps et le coût sont évidemment importants, mais le plus important est d'avoir la possibilité d'avoir la flexibilité d'exécuter un certain nombre d'itérations de conception différentes à un rythme record afin que nous puissions évaluer les performances de toutes les activités en aval. C'est vraiment ce qui nous aide à accélérer", déclare Rodriguez. Ces activités en aval comprennent la confirmation des performances de la bouteille sur les lignes d'emballage, les distributeurs automatiques et son réseau de distribution de Pepsico.

Le groupe a choisi le xPEEK147 de Nexa 3D de Henkel Loctite pour les inserts d'outils imprimés en 3D en raison de la résistance du matériau et des facteurs de performance impressionnants, y compris sa température de déflexion thermique très élevée. Bien que cette approche hybride soit indépendante de la machine, ce qui signifie qu'elle peut utiliser différents types d'imprimantes 3D, Pepsico a trouvé que l'imprimante 3D Nexa 3D NXE 400 ultra-rapide et à haut débit et les performances des matériaux qui l'accompagnent sont idéales pour produire les composants de moule dont elle a besoin.

L'équipe a appliqué un support en pierre dentaire sur les inserts imprimés pour donner aux cavités du moule la résistance à la compression nécessaire pour le soufflage jusqu'à une pression de 40 bars. Il a ensuite utilisé une machine de moulage par étirage-soufflage Blowscan modifiée à l'échelle du laboratoire de Blow Moulding Technologies (BMT), basée en Irlande du Nord, pour produire les bouteilles réelles. BMT est un fournisseur de services stratégiques et un partenaire de confiance de Pepsico depuis cinq ans, a noté Rodriguez.

Pepsico a pris livraison à Valhalla de la repensée Blowscan, une machine de soufflage par étirage à l'échelle du laboratoire au début de cette année, a-t-il déclaré, et produit des bouteilles quotidiennement en utilisant son approche d'outillage hybride depuis quelques mois.

Cette approche "facilite également notre capacité à valider nos outils virtuels car nous sommes désormais capables de les coupler avec des résultats physiques", a-t-il ajouté. Cela aide l'entreprise dans ses travaux de caractérisation des matériaux, d'analyse des performances et d'essais physiques. "Grâce à l'utilisation de ces capacités", déclare Rodriguez, "nous prévoyons une amélioration de 30 % de notre cycle de développement".

Un ensemble complet de moules peut être réalisé en douze heures, avec huit heures de temps d'impression 3D et quatre heures de durcissement. Ces moules hybrides peuvent ensuite être utilisés avec succès pour plus de 10 000 bouteilles avant l'échec, avec une réduction des coûts allant jusqu'à 96 % par rapport à l'outillage métallique traditionnel.

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