Una innovadora empresa sueca ha utilizado su experiencia en la aplicación de la tecnología de fusión de haces de electrones para desarrollar un nuevo concepto de herramientas para la producción de la próxima generación de contenedores de fibra moldeada

AIM usa la impresión en 3D para innovar en la fabricación de envases sostenibles

Redacción Interempresas09/12/2020

Mientras los fabricantes de pulpa y papel se esfuerzan por sustituir los envases de plástico de un solo uso para ayudar a limpiar el planeta, el equipo de AIM Sweden AB (AIM), la empresa comercial derivada de la Mid Sweden University, ha desarrollado nuevos métodos de modelado, así como la impresión en 3D, un concepto de herramientas totalmente nuevo que se está introduciendo actualmente en la fabricación de envases de papel moldeado para alimentos y bebidas.

Ya activa y con experiencia en la fabricación de componentes ortopédicos e industriales de metal y plástico, en los últimos cinco años AIM Suecia ha estado utilizando sus tres sistemas GE Additive Arcam EBM Q20plus y Q10plus para desarrollar moldes perforados impresos en 3D de vanguardia que abordan los desafíos únicos de convertir la pulpa húmeda y fibrosa en productos como envases de alimentos y material de embalaje con mayor resistencia, paredes más delgadas y la capacidad de contener líquidos y grasas.

Molde impreso en 3D. Foto: AIM Sweden.

Innovación para la sostenibilidad

Este trabajo, para desarrollar nuevos conceptos de herramientas impresas en 3D así como métodos para modelarlas y producirlas, ha despertado el interés de la industria de la pulpa y el embalaje, ya que está buscando nuevas formas de ayudar a resolver retos ambientales más amplios con nuevas soluciones. También se produce a medida que las actitudes de los consumidores dirigen los hábitos de consumo en una dirección más sostenible y los gobiernos se interesan cada vez más en la reglamentación para ayudar a limpiar nuestro medio ambiente.

La Directiva de la UE sobre plásticos de un solo uso^[1], por ejemplo, establece objetivos ambiciosos para reducir el uso de productos plásticos desechables en Europa. Para mediados de 2021, los Estados miembros europeos tendrán que haber prohibido los productos plásticos de un solo uso para los que existen alternativas fácilmente disponibles. Esto incluye cubiertos, platos y contenedores de poliestireno expandido para alimentos, envases de bebidas y vasos. Para 2026 los Estados Miembros también tienen la obligación de mostrar una reducción ambiciosa y sostenida del consumo de envases plásticos de alimentos y de vasos y tapas de bebidas^[2].

Con el apoyo de GE Additive, cuyas máquinas de fabricación aditiva EBM producen los moldes, la nueva tecnología de AIM Suecia tiene el potencial de cambiar las reglas del juego en la industria de los envases de bienes de consumo por razones de costo, calidad y sostenibilidad.

La tecnología EBM reemplaza los métodos de fabricación convencionales

En el proceso de fabricación actual de productos de fibra moldeada, es necesario detener frecuentemente la línea de producción para su mantenimiento. Tomemos, por ejemplo, las herramientas necesarias para producir bandejas de huevos comunes, un simple producto de fibra moldeada.

Se aplica un vacío a una herramienta de moldeo porosa para drenar el agua y recoger las fibras en un lado del molde. Las fibras se levantan y se secan como producto final. Sin embargo, las herramientas de moldeo convencionales se obstruyen fácilmente, requiriendo una limpieza y/o reparación frecuente, lo que lleva a un importante tiempo de inactividad en la producción.

Además, la producción de los moldes convencionales requiere una cantidad significativa de operaciones manuales y mano de obra, ya que una malla de alambre se fija manualmente a una base metálica de forma tridimensional mediante costura y soldadura. Este proceso consume mucho tiempo, es costoso y no ofrece ninguna oportunidad de optimizar las propiedades de drenaje de forma diferente en las distintas áreas de la herramienta.

Moldes de vasos. Foto: AIM Sweden.

Las nuevas herramientas de moldeo de AIM Suecia, fabricadas adicionalmente con la tecnología EBM de GE Additive, resuelven estos problemas, haciéndolas más baratas, más eficientes y con una mayor esperanza de vida, explica el director técnico de AIM, Axel Bergström, “todo esto comenzó con unos pocos clientes que nos pidieron que fabricáramos herramientas de moldeo para la fibra moldeada. Los primeros moldes eran completamente funcionales, pero también nos desafiaron a mejorar la funcionalidad aumentando la resolución y hacer agujeros de perforación aún más pequeños y distribuidos más uniformemente”.

“Aumentar la resolución de la perforación a través de una superficie 3D compleja fue un desafío geométrico que empujó los límites de la actual tecnología y conocimiento de impresión aditiva. El equipo de GE Additive en Gotemburgo proporcionó un curso de formación avanzada que fue fundamental para el trabajo de desarrollo de procesos que realizamos más tarde. Ahora, podemos utilizar nuestras máquinas EBM de manera más eficiente y construir pieles de titanio de alta resolución más o menos libres de soporte”, continuó Bergström.

La colaboración ha permitido a AIM Suecia desarrollar una solución de herramientas completamente nueva, así como una estrategia optimizada de construcción de EBM para producir moldes extremadamente finos y altamente apilables con estructuras de soporte mínimas o nulas, reduciendo significativamente el tiempo de producción. En funcionamiento, las delgadas pieles de formación de titanio descansan sobre un soporte de nylon impreso en 3D, también diseñado y producido por AIM Suecia.

Pero esto es sólo el comienzo. Estos moldes ahora hacen viable el diseño y la optimización de la porosidad en una base de agujero por agujero, incluyendo la posición, el tamaño, la forma y el ángulo con una calidad consistente, permitiendo que la fibra moldeada sea utilizada en formas nunca pensadas como posibles.

Controlando la resolución de la porosidad, los productos de fibra moldeada pueden hacerse más finos, más fuertes y más refinados que antes, haciéndolos adecuados para una gama de nuevos usos como los contenedores de bebidas a presión y los recipientes de comida duradera que se crean actualmente usando plásticos.

Muchos moldes impresos de una sola tirada. Foto: AIM Sweden.

Cambiando el mundo: un vaso de papel a la vez

Actualmente, el mundo produce más de 300 millones de toneladas de plástico cada año y se espera que esto se duplique de nuevo en los próximos 20 años. Los envases de plástico son la mayor aplicación, representando actualmente el 26% del volumen total de plásticos utilizados.

El 50% de esto es para fines de uso único, utilizado por unos pocos momentos, pero en el planeta por lo menos durante varios cientos de años. Más de ocho millones de toneladas de plástico se vierten en los océanos cada año^[3][4][5]. La investigación ha predicho que a menos que reduzcamos severamente la producción y el vertido de plástico, para 2050 la masa de plástico en nuestros océanos excederá la masa de los peces^[6].

Los productos a base de fibra están siendo considerados como una alternativa real ya que están basados en materias primas renovables, son reciclables y pueden ser compostados, por lo que no terminan ensuciando el medio ambiente marino. Sin embargo, hasta la fecha, no han sido capaces de ofrecer la rigidez, la impermeabilidad y la competitividad de los costes de sus homólogos plásticos. La tecnología de AIM Suecia cierra esa brecha.

Apilamiento para la eficiencia de los costos de fabricación. Foto: AIM Sweden.

“La EBM, como la mayoría de las tecnologías aditivas, es un proceso intrínsecamente sostenible y eficiente desde el punto de vista energético que, en comparación con las técnicas convencionales, reduce los residuos utilizando únicamente los materiales necesarios. Es genial ver cómo la EBM ha sido una piedra angular de la visión estratégica de AIM Suecia. Su equipo tiene un sólido modelo y propósito de negocio, por lo que no ha sido una sorpresa que esta nueva solución haya despertado el interés de los principales actores del sector de la pulpa y el papel aquí en la región nórdica y más allá”, dijo Eva Karlsson, directora general de GE Additive Arcam EBM.

“Imagina si pudiéramos cambiar todas las tazas de café del mundo para que se hagan con fibras de celulosa renovable”, reflexiona Stefan Thundal, director comercial de AIM Suecia.

“Hasta ahora esto ha sido un sueño imposible, pero cada vez tenemos más pruebas de que nuestras herramientas fabricadas con aditivos para productos de fibra moldeada tienen ventajas significativas sobre las herramientas tradicionales. Con nuestra solución también vemos la oportunidad de modernizar las líneas de producción existentes con herramientas de moldeo impresas en 3D, llegando a una gama más amplia de clientes. Y las tazas de café serían sólo el comienzo. Cada pequeño detalle nos ayuda a todos a ser más sostenibles”.

Este poder de inspiración ha sido el catalizador para que los investigadores e ingenieros de AIM Suecia, aprovechando la experiencia de GE Additive, reimaginen cómo podría funcionar el futuro de la fabricación para el bien del planeta.

[1] https://ec.europa.eu/environment/waste/plastic_waste.htm

[2] https://rethinkplasticalliance.eu/wp-content/uploads/2019/05/ZWE_Unfolding-the-SUP-directive.pdf

[3] https://ourworldindata.org/plastic-pollution

[4] https://plasticoceans.org/the-facts/

[5] http://www3.weforum.org/docs/WEF_The_New_Plastics_Economy.pdf

[6] https://www.theguardian.com/business/2016/jan/19/more-plastic-than-fish-in-the-sea-by-2050-warns-ellen-macarthur