成形繊維製造用の3Dプリンティングによる型

「EOSマシンを使用することで、他のサプライヤーのマシンでは製造できなかった堅牢なコンポーネントを製造することができます」。

Peter Paul Payr ｜Payr Engineering社長

課題

成型パルプ--この言葉自体は、素材ほど一般的ではありません。古紙から作られたものであれ、牧草のような再生可能な繊維素材から作られたものであれ、リサイクル可能な素材を保護包装材として使用する企業が増えています。小売環境においては、冒頭で述べた卵のパックから、電子機器や家庭用電化製品を保護する特注パッケージまで、その範囲は多岐にわたります。技術の進歩により、この素材は今日さらに多くのことができるようになっています。撥脂性、耐水性、これらすべてがプラスチックなしで可能になっています。

その結果、この素材は他の分野での応用にも興味を持たれるようになりました。これまでは、包装に必要な枚数が問題でした。その理由のひとつは製造工程にあります。基本的には、水に溶かした素材、いわゆるパルプを、真空を利用して多数の小さな開口部をコーティングした穴あき金型に吸い込みます。液体はこれらのスクリーンを介して排出されるか、吸い取られます。穴のあいた型は通常、主にアジアの生産現場で、手作業でふるいにかけられていました - とても高価で時間のかかる作業です。 

Payrは、このような問題に対処するため、道具、特にふるいに注目しました：「このような部品を手作業で仕上げるのはこの国では費用がかかりすぎる上、海外への輸送ルートが長くなり、コストもかかります。従来の工程では生産と製造に時間がかかるため、いずれにしても最適化の可能性がありました」と、Payr Engineeringの社長でペールグループの株主であるPeter Paul Payr氏は説明します。「そのため、スクリーンの製造に代わる方法を探し、アディティブ・マニュファクチャリングにたどり着いたのです。」

ソリューション

Payr社は、特に革新的なアプローチを考え出しました：金型とスクリーンは、以前は2つの部品で構成されていました：金属製のコアと手作業で成形して適用していたラティス構造です。アディティブ・マニュファクチャリングのおかげで革新的な排水構造が開発され、静的に安定した型と、型全体に規則的に分布する排水という本来の機能が1つの部品に統合されました。その結果、必要な製造工程は1つだけとなり、これにより、生産がさらに簡素化され、同じ高品質を維持しながらプロセス全体が加速されました。

Payrが選んだ素材は、アディティブ・マニュファクチャリングで一般的なプラスチックPA12です。使用した3Dプリンターは微細なスクリーン構造を見事に再現しているため、安価で十分な強度があります。Peter Paul Payrはこれが簡単ではないことを認めています：「EOS は、EOS P 396 という極めて高性能な製品をポートフォリオに揃えています。その性能は、特にラティス構造に関して、他の有名メーカーを大きく上回っています。このアプリケーションに必要なコンポーネントの安定性は、他の装置では達成できませんでした。」

パルプの流動抵抗を正しく制御するためには、精度が非常に重要であり、したがって成功には不可欠なものです：一方では、排水構造の形状が、材料が型にどれだけ付着するかを決定し、後のパッケージの安定性を左右します。他方では、水分の残存量に影響し、乾燥時間に影響します。もちろん、アディティブ・マニュファクチャリングは、型設計の自由度の高さや製造に要する時間の短さなど、「古典的」な利点ももたらしています。

結果

しかし、目標が達成されたかどうかを確認するときが、いつも正念場となります。Payr社の新しいツールは、ここで完全に説得力を発揮します。以前は調達に数ヶ月かかっていましたが、新しい複合吸引ユニットは数週間で入手できるようになりました。同様に重要なのは、この転換によって達成されたコスト削減です：「私たちはお客様に大きなメリットを提供できます。ツールの製造コストは、従来の製造方法よりも少なくとも50％低下します。このため、3Dプリンティングによる型は少量のパッケージングやバリエーションに魅力的なのです」と、Peter Paul Payrは誇らしげに語ります。アディティブ・マニュファクチャリングが提供する設計の自由度により、異なる肉厚の最終パッケージングを製造することも可能です。

最適化されたスクリーン技術とともに、Payr社は生産工程全体を見直し、最適化されたツールに基づいて、自社開発のFIBRA MINI成形パルププラントでさらなる可能性を引き出すことができました。例えば、吸引・排水技術を改善することができました。その結果、乾燥に必要なエネルギーが削減され、品質が向上するにもかかわらず壁をさらに薄くすることができるため、材料費も削減され、同時に、材料が少なくて済むということは、造形からリサイクルに至るまで、ライフサイクル全体を通じてのメリットがあるということです。

企業にとってのもう一つのメリットを定量化する方法はありません：サプライチェーンがより弾力的になります。生産工程をよりコスト効率の良い方法に転換することは、珍しいことであるだけでなく、パルプ成型品のサプライヤーにとって、決められたルートからの独立性を高めることにもなります。同時に、このようなサプライチェーンの合理化は、環境面でもさらなるメリットをもたらします。なぜなら、地球の裏側まで輸送する必要がないものは、当然ながらCO2eフットプリントも小さくなるからです。しかし、持続可能性にとってさらに重要なのは、成形パルプの競争力がさらに高まり、より多くのプラスチック包装に取って代わることができるという事実です。

Payr Engineering社とその顧客にとって、成型パルプ用生産ツールの生産転換は、さまざまな意味で成功したプロジェクトです。「輸送ルートを短縮し、生産を回復し、同時にコストを削減し、品質を向上させることができる場所は他にどこにあるでしょうか」とPeter Paul Payr氏は問いかけます。そして、このメリットの連鎖は、アディティブ・マニュファクチャリングという技術から始まります。将来的には、生卵のような、生産者から顧客へ届く製品がますます増えていくでしょう。

私たちは、コストと市場投入までの時間を削減しながら、品質の変動をなくすことができます。私たちのお客様は、サプライチェーンの弾力性を高め、輸送コストを削減し、プラスチック包装の量を減らすことができます。

Peter Paul Payr ｜Payr Engineering社長