Settore beverage, i vantaggi della simulazione

La simulazione ha permesso ad Amcor di velocizzare lo sviluppo di nuovi imballaggi plastici riducendone nel contempo i costi.

Amcor, produttore primario di imballaggi plastici, è costantemente alla ricerca di modi per ridurre la quantità di plastica dei contenitori per bevande mantenendo invariati la resistenza e i costi di produzione. Simulando i contenitori lungo tutto il processo di progettazione con Simulia di Dassault Systèmes, i clienti di Amcor beneficiano di una riduzione dei costi di produzione e dei rischi di rottura, mentre il Pianeta Terra e i suoi abitanti vedono un minore afflusso di rifiuti nelle discariche e un futuro più verde per tutti.

Come direttore della progettazione avanzata in Amcor Rigid Plastics, Hansong Huang trascorre le giornate insieme ai suoi colleghi disegnando contenitori plastici che siano al tempo stesso leggeri e resistenti e che soddisfino altre richieste dei clienti: belli da vedere ed economici da produrre. Oltre che sostenibili.

Arte e scienza in Amcor

Amcor Limited conta oltre 35 mila addetti e 200 siti produttivi in tutto il mondo. Da oltre 150 anni l’azienda progetta e produce un’ampia gamma di imballaggi ecologici per alimenti e bevande, per prodotti per la salute, per la casa, per l’igiene personale e altri ancora. Con quartier generale ad Ann Arbor in Michigan (USA), 65 impianti e 6600 dipendenti, la divisione serve clienti di ogni genere, da Pepsi-Cola e Coca-Cola a Kraft Foods, da Jim Beam a Bausch & Lomb, producendo ogni anno oltre 20 miliardi di contenitori, preforme e chiusure.

Per progettare questi prodotti nel modo più rapido ed efficace possibile, Huang e altri membri del reparto di ricerca e sviluppo presso il vicino centro R&D di Manchester utilizzano tecnologie di progettazione digitale avanzate fra cui Abaqus Unified FEA (Finite Element Analysis) di Simulia, Catia e altri strumenti software di Dassault Systèmes. Grazie a queste soluzioni, possono passare dal concept iniziale alla produzione in pochi mesi.

“Less is more”

Togliere un grammo o anche mezzo grammo da ognuno dei miliardi di contenitori che Amcor e i suoi clienti producono ogni anno genera risparmi enormi. Riducendo il consumo di PET (polietilentereftalato) e di altre termoplastiche, si abbattono i consumi di combustibili fossili per la loro produzione. Diminuisce così anche il fabbisogno di energia per la lavorazione delle materie prima e la fabbricazione dei prodotti finiti, con un impatto minore su riciclo e smaltimento.

Amcor è consapevole di tutti questi aspetti. Dal 2006 le iniziative di alleggerimento dell’azienda hanno ridotto il consumo di resine PET di oltre 45 mila t all’anno. Nell’ultimo decennio questa attività ha contribuito a ridurre il peso delle tipiche bottiglie per riempimento a caldo del 35-50%. L’azienda si è inoltre recentemente impegnata a produrre entro il 2025 solo imballaggi riciclabili o riutilizzabili e a incrementare notevolmente la quota di materiali riciclati usati in produzione.

Alzare l’asticella

Prima di investire nel software di progettazione e simulazione avanzata di Dassault Systèmes, il processo di progettazione di Amcor era simile a quello della gran parte delle aziende del settore. Gli ingegneri sviluppavano alcuni progetti da sottoporre ai clienti, quindi venivano fabbricati gli stampi, soffiati i contenitori prototipo che poi venivano testati in laboratorio. Un paio di progetti arrivavano alla fase pilota in produzione e venivano testati sulle linee di riempimento e nelle catene di fornitura del cliente. Costi e tempi si sommavano velocemente. I progettisti erano restii a provare nuove strategie di alleggerimento. Tutto ciò è cambiato con la simulazione con Abaqus. Oggi i progettisti di Amcor possono generare facilmente e velocemente tutte le iterazioni di progetto virtuali che desiderano e validare le prestazioni prima di fresare un solo pezzo di metallo. Utilizzando Abaqus lungo tutto il processo, ogni prodotto può essere verificato in termini di integrità strutturale, individuando i possibili punti di cedimento e valutando l’utilizzo in condizioni reali. Potendo fare affidamento sul processo virtuale, lo stampaggio rapido in casa e la produzione pilota diventano più dei test per il cliente che iterazioni di progetto. «La nostra capacità di simulazione è uno degli aspetti che rendono Amcor unica nel settore, La nostra velocità e la reattività alle esigenze dei clienti ci distinguono dalla concorrenza», afferma Huang.

Potenza in bottiglia per ridurre tempi e costi

Per alleggerire un imballaggio non basta togliere materiale. Poiché le bevande sportive ed energetiche, il tè in bottiglia e le acque aromatizzate hanno livelli di pH inferiori alle bevande gassate, sono più esposte alla contaminazione e devono essere imbottigliate a caldo per uccidere i microrganismi. Quando il liquido si raffredda dalla temperatura di riempimento di circa 85 °C, il vuoto che si genera potrebbe far collassare la bottiglia. Invece di aumentare il peso, Amcor produce contenitori che sono flessibili in alcune zone specifiche, ad esempio la base o le nervature centrali, per compensare il vuoto e mantenere la rigidità complessiva. Tutte queste migliorie sono state realizzate grazie alla simulazione e all’analisi a elementi finiti con Abaqus. «Abbiamo diminuito del 30% il peso del contenitore di una bevanda sportiva dopo oltre 60 iterazioni – osserva Huang – e senza simulazione non ce l’avremmo mai fatta». La capacità di simulare progetti serve anche al business. I tecnici creano animazioni e grafiche per mostrare ai clienti le bottiglie virtuali e aiutarli a capire le complessità che si celano dietro la progettazione e la produzione. «Spiegando i concetti con le immagini – prosegue Huang – è più facile convincere i clienti che togliere ancora un grammo di materiale come loro chiedono potrebbe essere una pessima idea». Una volta individuato il progetto ottimale, Abaqus facilita l’approvazione del cliente ancora in fase concettuale, molto prima della prototipazione.

Superare i limiti per fare innovazione

Padre di due figli, Huang è attento alla tutela dell’ambiente per le future generazioni. Questo è uno dei motivi per cui insiste nella ricerca di prodotti più leggeri e resistenti che utilizzano meno materiale. Riciclabilità e riusabilità sono al centro della strategia di ricerca e sviluppo di Amcor. «Quando esploriamo nuovi polimeri prodotti con fonti rinnovabili – conclude Huang – le loro proprietà vengono inserite nel software di simulazione per prevederne le prestazioni e i costi in un contesto realistico. Abbiamo sfruttato la simulazione per ridurre i livelli di stress e migliorare il ciclo di riutilizzo. Naturalmente serve anche molto aiuto da parte dell’intera società per realizzare la nostra missione. Quando lanciamo prodotti puntando al 100% di riciclo e riutilizzo, restano molte difficoltà da gestire sul fronte dei clienti e dei fornitori per quanto riguarda la longevità e la riusabilità dei prodotti. La simulazione è uno strumento prezioso in quest’ambito».