EURONORTH RUM 2025
Marea provocare
Tetra Pak s-a confruntat cu provocarea de a face ambalajele mai sustenabile, fără a sacrifica:
- siguranța alimentară,
- rezistența ambalajelor,
- performanța de fabricație.
Soluția
Prin adoptarea tehnologiei de simulare structurală SIMULIA pentru analiza cu elemente finite, Abaqus, cei de la Tetra Pak au modelat digital:
- procesul de sigilare,
- comportamentul materialelor,
- performanța echipamentelor (în diverse formate de ambalare).
Folosind capacitățile avansate de simulare Abaqus, echipa a putut testa virtual noi materiale și ambalaje ecologice. Totul, înainte de a construi prototipuri fizice.
Beneficiile
Simularea a redus semnificativ ciclurile de dezvoltare la Tetra Pak.
De asemenea, a consolidat performanța critică de sigilare.
Nu în ultimul rând, a validat noile materiale sustenabile, înainte ca ele să ajungă în fabrică.
Astfel, întârzierile de producție au fost minimizate iar deșeurile – reduse.
În căutarea ambalajelor alimentare sustenabile
Pentru consumatorii de alimente ambalate, o cutie sau un ambalaj poate fi un obstacol în calea consumului unei mese. Pentru cei de la Tetra Pak, lucrurile stau diferit.
Fiecare ambalaj constituie un instrument crucial. Prin intermediul împachetării, liderul mondial în procesarea și ambalarea alimentelor se asigură că produsele rămân sigure și disponibile la nivel global.
Multinaționala suedeză are sediul central în Elveția. Peste 24 de mii de anagajați, din 27 de companii, deservesc peste 160 de țări.
Motto-ul lor, „Protects What’s Good/Protejează ce e bun”, reflectă misiunea companiei de a proteja nutriția și de a reduce alterarea alimentelor.
Atât Per Karlsson, cât și Karolina Wamsler, au subliniat că o parte semnificativă din producția alimentară globală este irosită înainte de a ajunge la oamenii care au nevoie de ea.
„Fără ambalaje, alimentele se alterează, iar transportarea devine imposibilă. Prin urmare, ambalajul devine important”.
Cutiile Tetra Pak, în special ambalajele aseptice, mențin alimentele sterile și stabile la depozitare până la un an, fără refrigerare. În regiunile care nu dispun de spațiu de depozitare la rece, astfel de ambalaje pot fi o salvare.
În prezent, compania încearcă să creeze ambalaje ecologice care să:
- mențină siguranța,
- maximizeze longevitatea,
- minimizeze impactul asupra mediului.
Provocarea sustenabilității ambalajelor
Obținerea unor ambalaje cu adevărat sustenabile implică rezolvarea unui puzzle ingineresc.
Tetra Pak a fost nevoită să echilibreze obiectivele de mediu cu cerințele stricte de siguranță alimentară și performanță industrială.
Hârtia reciclată sau bioplasticele, de exemplu, introduc incertitudini în ceea ce privește trasabilitatea și igiena. Îndoielile trebuie abordate înainte ca astfel de materiale să poată fi utilizate pentru depozitarea alimentelor.
De asemenea, noile materiale sustenabile se comportă diferit în timpul procesării. În plus, au cerințe diferite care, în anumite privințe, sunt mai dificile decât materialele convenționale.
Ambalajul nu este doar cutia de pe raft. E un întreg sistem.
Tetra Pak proiectează mașini personalizate care formează, umplu, sigilează și taie ambalaje la mare viteză.
„Cea mai rapidă mașină Tetra Pak produce 40.000 de ambalaje pe oră, iar componentele trebuie să reziste în timp”.
Karolina Wamsler, inginer de dezvoltare în modelare și simulare la Tetra Pak
Cu alte cuvinte, fiecare linie de ambalare trebuie să rămână fiabilă, în ciuda utilizării constante și a variabilității materialelor naturale precum cartonul. Cel din urmă diferă în funcție de fibra arborelui și de regiune.
În paralel, clienții din întreaga lume solicită diferite dimensiuni/forme de ambalaje, în funcție de cerințele locale. Prin urmare, o singură dimensiune este rareori potrivită.
Simularea fiecărui aspect al designului ambalajelor
Pentru a aborda problemele, Tetra Pak a apelat la prototiparea digitală.
Echipa de dezvoltare a produselor a utilizat mai multe discipline diferite de simulare pentru a dezvolta:
- ambalajul destinat consumatorilor,
- componentele mașinii.
În departamentul de Tehnologie de Etanșare Tetra Pak, Wamsler și Karlsson utilizează software-ul SIMULIA Abaqus pentru a modela totul, de la solicitările asupra pieselor mașinii până la căldura și presiunea procesului de sigilare.
„În cadrul departamentului de sigilare, folosim simularea pentru a analiza toate aspectele diferite ale dezvoltării, care includ dezvoltarea componentelor și modul de sigilare cu diferite materiale”.
Karolina Wamsler, inginer de dezvoltare în modelare și simulare la Tetra Pak
Aceasta înseamnă construirea de modele multifizice, care combină:
- mecanica structurală,
- analiza termică,
- electromagnetica.
De exemplu, sigilarea unor ambalaje implică încălzire cu ultrasunete sau inducție. Implicit, inginerii simulează câmpurile electromagnetice alături de transferul de căldură rezultat și de lipirea mecanică a straturilor de ambalare.
De asemenea, integrează ocazional dinamica computațională a fluidelor. O fac pentru a examina modul în care materialul de ambalare va interacționa, în timpul umplerii, cu produsul lichid.
Inginerii de la Tetra Pak trebuie să acorde o atenție deosebită și comportamentului materialelor.
O cutie de carton este fabricată din hârtie stratificată, polimeri și uneori aluminiu. Asemenea materiale sunt mai complexe decât plasticul uniform.
Atunci când se introduce un nou strat de acoperire bio-bazat sau o calitate mai subțire a hârtiei, echipa trebuie să se asigure că:
- sigiliul va rezista în continuare,
- ambalajul nu se va rupe.
Abaqus de la SIMULIA oferă o bibliotecă cuprinzătoare de modele de materiale.
„Pentru lucrul cu materiale extrem de complexe, Abaqus are o flexibilitate mare în ceea ce privește subrutinele”.
Karolina Wamsler, inginer de dezvoltare în modelare și simulare la Tetra Pak
O atare flexibilitate le permite celor de la Tetra Pak să simuleze cu precizie, într-un mediu digital, modul în care un nou amestec de polimeri sau hârtie răspunde la:
- sertizare,
- încălzire,
- sarcini pe termen lung.
Simularea nu înseamnă doar câteva teste izolate. Ea face parte dintr-o strategie de proiectare iterativă.
Prototipurile virtuale permit inginerilor Tetra Pak să exploreze rapid nenumărate variații de design.
„Putem evalua sute de configurații diferite și putem găsi designul optim pentru echipamentul nostru”.
Per Karlsson, specialist în tehnologie la Tetra Pak
Pentru un nou format de ambalaj sau material, în loc să fabrice fiecare modificare, inginerii ajustează, în modelul computerizat:
- setările mașinii,
- formele de etanșare,
- grosimea materialului.
Acest fapt economisește timp.
Testarea virtuală este deosebit de importantă atunci când se proiectează pentru sustenabilitate. De exemplu, inginerii pot determina felul în care peretele unui ambalaj mai subțire ar putea afecta rezistența etanșării.
Simularea cu Abaqus permite găsirea unei soluții optime care menține randamentul mașinii și integritatea etanșării cu materiale mai ecologice.
Karlsson susține că o astfel de explorare „nu ar fi posibilă fără simulări, deoarece procesul ar putea dura săptămâni întregi.”
Simularea cu Abaqus le permite celor de la Tetra Pak să inoveze prin design, nu prin încercări și erori costisitoare.
Rezultate rapide și un viitor mai verde
Rezultatele unei abordări bazate pe simulare sunt vizibile.
Ciclurile de dezvoltare, care odinioară durau luni de zile, au fost comprimate semnificativ.
„Lucrând cu simulări poți obține rezultate rapid, înainte de a avea un prototip fizic. Poți testa ideea și obține un răspuns într-o oră sau o zi, ceea ce accelerează întregul proces”.
Karolina Wamsler, inginer de dezvoltare în modelare și simulare la Tetra Pak
Agilitatea înseamnă că Tetra Pak poate răspunde mai rapid cerințelor consumatorilor și obiectivelor de sustenabilitate.
De exemplu, atunci când experimentează cu o nouă acoperire polimerică pe bază de plante, inginerii pot:
- valida virtual designul, dacă mecanismul de etanșare existent funcționează,
- modifica designul, înainte de a fabrica piese reale ale mașinilor/produce materialul.
Prin scurtarea procesului de proiectare, echipa de ingineri se poate concentra pe rafinarea ideilor.
Calitatea rezultatelor se îmbunătățește semnificativ.
Prin testarea digitală a sute de scenarii, Tetra Pak a găsit soluții mai bune decât cele obținute prin metode tradiționale.
Performanța ambalajelor a fost îmbunătățită:
- Sigiliile au devenit mai etanșe și mai fiabile.
- Componentele mașinilor au fost optimizate pentru a evita timpii de nefuncționare, inclusiv la viteze mari.
Echipa Tetra Pak a remarcat că, prin simulare, performanța ambalajelor e înțeleasă mai bine. Astfel, compania își poate spori eficiența și calitatea.
Totodată, simularea permite inovația și sustenabilitatea.
Tetra Pak are capacitatea de a introduce materiale mai ecologice. Iar cu Abaqus poate rezolva rapid orice problemă pe care o ridică materialele noi.
Rezultatul? O îmbunătățire constantă a ambalajelor ecologice, fără a compromite siguranța sau eficiența.
Simularea avansată a devenit un aspect cheie al creșterii eficienței ambalajelor din punct de vedere al resurselor. Mai exact, simularea contribuie la disponibilitatea alimentelor în întreaga lume, prin mijloace sustenabile.
Nu în ultimul rând, Tetra Pak a demonstrat că adoptarea simulării transformă o provocare inginerească în inovație.
Ceea ce a început ca o tentativă de protejare a alimentelor și a planetei a devenit o relație de simbioză. S-au obținut produse:
- mai sigure,
- dezvoltate mai rapid,
- cu o amprentă ecologică mai mică.
Prin impulsionarea virtuală a materialelor și designurilor, inginerii Tetra Pak elaborează următoarea generație de soluții de ambalare sustenabilă.
Fiecare ambalaj alimentar reflectă o bogăție de experimente digitale nevăzute, care determină progrese tangibile în susținerea planetei.
Cei interesați de ambalaje poti citi de asemenea:
- Ambalaje ușoare, obținute mai rapid,
- Packaging Design cu AI și Machine Learning,
- Markforged și industria ambalajelor.
Dacă vă sunt utile articolele noastre, nu ezitați să vă abonați la newsletter.