Impresión en 3D: una buena opción para el diseño de empaques

Las primeras etapas del proceso de desarrollo de nuevos empaques pueden tener un efecto desproporcionado en el costo final del empaque. Cuando los detalles se afinan y validan desde el principio, muchas de las etapas posteriores, como la construcción de moldes, pueden proceder de manera más uniforme y sin elevar los costos. A la inversa, si no se detectan los errores durante la etapa de diseño inicial, los cambios al diseño en las etapas posteriores pueden inflar los costos y retrasar la producción. La impresión en 3D de nuevos conceptos de diseño es una forma poderosa de optimizar esas etapas iniciales cruciales, lo que da una gran ventaja a los productores de empaques porque los integra en sus ciclos de desarrollo.

Las tendencias actuales en el desarrollo de empaques (al igual que en el desarrollo de productos) están creando un interés cada vez mayor en la impresión en 3D. Como parte integral del producto final, los empaques se personalizan cada vez más frecuentemente y los fabricantes se ven sometidos a una presión en constante aumento por salir al mercado en menos tiempo. La impresión en 3D puede ayudar a los productores de empaques a enfrentar estos retos. Puede acelerar las iteraciones del diseño mejorando la visualización y la comunicación, reducir los costos de desarrollo eliminando costosas revisiones en las etapas finales del proceso o, lo que resulta más oneroso, rehacer moldes.

La tecnología de manufactura aditiva reduce los tiempos y los costos en el proceso de desarrollo
La impresión en 3D es una técnica aditiva porque funciona mediante la unión de materiales, en general en capas, para crear un objeto a partir de datos de un modelo 3D. En general, es considerablemente más rápido y económico imprimir en 3D un prototipo de empaque que emplear una de las tecnologías sustractivas más tradicionales, como CNC, o la creación manual de modelos. Sin coincidencia, la impresión en 3D se utiliza ampliamente en la creación de prototipos rápidos, ya que ofrece una ruta rápida para crear un prototipo; dependiendo de la tecnología, la disponibilidad del sistema y otros factores, puede tomar un par de horas crear un prototipo.

Existen varias tecnologías de impresión en 3D para el diseño de empaques, incluyendo la impresión en 3D por inyección de tinta, la estéreolitografía (SLA, por sus siglas en inglés), sinterizado láser selectivo (SLS) y modelado fusionado por deposición (FDM, por sus siglas en inglés). La impresión en 3D por inyección de tinta, presentada por Objet en el 2000, está cobrando cada vez mayor atención. En gran medida, esto se debe a la resolución de las partes, precisión, lisura de la superficie y a los materiales que se utilizan con la impresión en 3D por inyección de tinta, que simulan de cerca los requisitos de tipos comunes de empaques y contenedores (en particular para productos de electrónica de consumo, alimentos, medicamentos y empaques de cosméticos).

Asimismo, la impresión a alta velocidad y el ser adecuada para utilizarse en oficinas ordinarias, significan que con la impresión en 3D, los diseñadores pueden tener acceso casi inmediato a modelos en cuestión de horas. La rápida respuesta en las iteraciones del diseño puede acelerar todo el ciclo de desarrollo, ayudando con ello a los fabricantes a salir más rápido al mercado con nuevos productos para empaque. Por ejemplo, una compañía de empaques, una de las más grandes del mundo especializada en empaques para alimentos, ha vuelto la impresión en 3D por inyección de tinta parte integral de su proceso de diseño de empaques. Utiliza una impresora 3D por inyección de tinta para crear prototipos y para la producción de moldes hasta en 75% de los trabajos. Según esta compañía, la compresión del tiempo y la velocidad de procesamiento comparados con el maquinado tradicional son beneficios importantes de la impresión en 3D.

Soporte a pruebas de ajuste, forma y función
Cualquier sistema de impresión en 3D para empaques debe poder producir modelos que sean adecuados no sólo para pruebas de ajuste y forma, sino también para pruebas funcionales (principalmente función mecánica) de tipos variados de empaques. Esto requiere la posibilidad de producir prototipos con estabilidad dimensional; que permitan la visualización de un paquete opaco o transparente; y que simulen el desempeño de tapones y cierres, incluyendo broches de presión.

Además, como el termoformado es tan común en la manufactura de empaques, un sistema 3D que pueda crear prototipos precisos de empaques formados al vacío resulta muy valioso. Las capacidades de impresión en 3D de alta resolución así como también las propiedades especiales de materiales, garantizan juntas la alta precisión de los empaques y contenedores que se manufacturan empleando este método.

Simulación de polipropileno
La simulación del polipropileno (PP) es muy importante porque se utiliza muy comúnmente en los empaques para productos de electrónica de consumo y alimentos.

Simulación de PMMA
Las pruebas de ajuste y forma son particularmente importantes para empaques de cosméticos, donde se utiliza a menudo el metacrilato de polimetilo (PMMA, por sus siglas en inglés) como alternativa de bajo costo a los policarbonatos claros cuando no se necesita dureza.

Simulación de ABS
Los empaques de alto rendimiento, en particular para dispositivos electrónicos, alimentos y medicamentos, se hacen a menudo con acrilonitrilo butadieno estireno (Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS) debido a la combinación de fuerza y rigidez del plástico térmico con flexibilidad similar al de las bandas elásticas. Con prototipos de empaques basados en ABS, los requisitos de las pruebas funcionales tienden a ser más demandantes, en línea con las exigencias de los empaques para productos finales con cierres con broches de presión.

Más allá de los prototipos: llevando la impresión en 3D a series de producción cortas
La resistencia a las altas temperaturas del material similar a ABS abre nuevas oportunidades para incrementar el valor de la impresión 3D más allá de la producción de empaques y llevarla a producción.

La impresión de un molde de producción en una impresora 3D para múltiples materiales, utilizando material de impresión 3D similar a ABS, permitiría a los productores de empaques reducir sus costos y su tiempo de respuesta en dichas corridas cortas de producción. Es un campo emergente pero que promete mucho, así que será interesante ver cómo se desarrolla.

Resumen – Beneficios de la impresión en 3D y los prototipos rápidos para las empresas de empaques
Mediante la integración de la impresión en 3D en el flujo de trabajo de diseño y desarrollo, las compañías productoras de empaques pueden progresar por múltiples iteraciones del diseño en un solo día. Recuerde: no por nada este enfoque se conoce como prototipos rápidos.

Con esta velocidad de respuesta, además de alta precisión y detalle fino en los modelos, los fabricantes pueden perfeccionar con agilidad sus diseños de empaques (sin comprometer la calidad y al mismo tiempo gozando de reducciones importantes en los costos). La capacidad de detectar errores al principio del proceso y las muchas oportunidades de ahorrar tiempo ayudarán a los productores de empaques a evitar la pérdida de ciclos de ventas, lo cual es crucial para toda empresa. Finalmente, con la impresión en 3D, los productores de empaques pueden mejorar su competitividad (en términos de costo y tiempo de salida al mercado).