作為全球最大的快速消費(fèi)品 (FMCG) 公司之一，聯(lián)合利華一直專注于研發(fā)各類日用新品，涵蓋個(gè)人護(hù)理、家庭護(hù)理以及營(yíng)養(yǎng)品等多個(gè)領(lǐng)域。該公司現(xiàn)目前擁有多芬、家凈、Cif、Knorr、Axe (Lynx)、Ben & Jerry’s 以及其他多個(gè)享譽(yù)全球及本地的品牌，已經(jīng)在不知不覺(jué)中進(jìn)入到了大多數(shù)人的日常生活中。

在快消行業(yè)，消費(fèi)者的需求持續(xù)不斷，競(jìng)爭(zhēng)也隨之日益加劇。因此，品牌需要不斷創(chuàng)新，靈活調(diào)整產(chǎn)品戰(zhàn)略。包裝作為創(chuàng)新的關(guān)鍵一環(huán)，其重要性不言而喻。例如，一個(gè)瓶子的外觀設(shè)計(jì)，有時(shí)甚至能和產(chǎn)品內(nèi)容本身一樣，影響著消費(fèi)者的選擇和感受。對(duì)于像聯(lián)合利華這樣全球領(lǐng)先的快消品牌而言，包裝的材料使用、美觀性、安全性和可持續(xù)性都是必須考慮的因素。因此，一個(gè)看似簡(jiǎn)單的塑料瓶從設(shè)計(jì)初稿到生產(chǎn)線灌裝，傳統(tǒng)流程往往需要數(shù)月之久。

聯(lián)合利華的 CAD 和原型制造負(fù)責(zé)人斯特凡諾·卡德馬蒂里（音譯，Stefano Cademartiri）與 Serioplast全球服務(wù)公司的研發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)理弗拉維奧·米利亞雷利（音譯，F(xiàn)lavio Migliarelli） 攜手合作，共同探索 3D 打印模具在小批量拉伸吹塑成型中的可行性。通過(guò)采用Formlabs的3D打印技術(shù)，他們簡(jiǎn)化了原型制作和試生產(chǎn)的流程，生產(chǎn)周期縮短了 6 周，成本降低了高達(dá) 90%。

塑料產(chǎn)品，如食品與飲料容器、化妝品包裝以及醫(yī)療包裝等，普遍采用吹塑成型技術(shù)作為主要的生產(chǎn)方式。這種方法長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛應(yīng)用于迅速且批量地制造高品質(zhì)的薄壁部件。它的生產(chǎn)周期短，通常僅需一到兩分鐘。同時(shí)該工藝對(duì)于大批量生產(chǎn)而言，具有極高的成本效益，能夠以較低的單位成本制造出數(shù)百萬(wàn)個(gè)相同的部件。

吹塑的工作原理是在模具內(nèi)向受熱的塑料管（稱為型坯或瓶坯）中充氣，使其膨脹至所需的形狀。吹塑成型工藝主要分為三種類型：擠出吹塑成型 (Extrusion Blow Molding, EBM)、注射吹塑成型 (Injection Blow Molding, IBM) 和拉伸吹塑成型 (Stretch Blow Molding, SBM，以下簡(jiǎn)稱為SBM)。SBM通常用于生產(chǎn)如水瓶等高質(zhì)量的玻璃透明 PET 容器。

Serioplast是全球快消品行業(yè)中硬質(zhì)塑料包裝的重要生產(chǎn)商，同時(shí)也是聯(lián)合利華在家庭及個(gè)人護(hù)理市場(chǎng)包裝領(lǐng)域的重要合作伙伴之一。公司高層米利亞雷利透露：“我們每年都會(huì)采用PET、HDPE及PP等材料，生產(chǎn)出高達(dá)40億個(gè)瓶子�！�

Serioplast 意大利研發(fā)機(jī)構(gòu)中的 Seriomac UNIX 4 型腔 SBM 機(jī)器。他們與聯(lián)合利華共同開(kāi)發(fā)了一種全新工作流程，用于在這種大型工業(yè)制造設(shè)備中使用 3D 打印模具。

通常情況下，Serioplast 會(huì)選擇直接使用 3D 打印或吹塑成型技術(shù)來(lái)制作原型模型。但傳統(tǒng)3D 打印模型在觸感和透明度上往往不盡人意，同時(shí)其可靠性也相對(duì)較低，并不適合直接呈現(xiàn)給消費(fèi)者。然而，若采用SBM技術(shù)制作生產(chǎn)級(jí)別的樣品部件，又需要使用價(jià)格高昂的金屬模具。由于工藝復(fù)雜和模具生產(chǎn)外包需求，試點(diǎn)測(cè)試階段將會(huì)增加6 到 9 周的周轉(zhuǎn)時(shí)間。

米利亞雷利坦言：“我們往往需要等待6到12周才能為客戶提供真正的樣品。這意味著，我們會(huì)耗費(fèi)數(shù)周時(shí)間，僅僅只為了試驗(yàn)一個(gè)新的瓶子設(shè)計(jì)，這樣的工作流程既耗時(shí)又費(fèi)力，有時(shí)結(jié)果也會(huì)令人很沮喪，因?yàn)榭赡軙?huì)面臨需要重頭開(kāi)始的情況�！�

SBM 模具傳統(tǒng)上由金屬通過(guò) CNC 加工制成。這個(gè)過(guò)程不僅需要專業(yè)設(shè)備和CAM 軟件，還離不開(kāi)技術(shù)熟練的操作人員。一般來(lái)說(shuō)，金屬模具的制作會(huì)交給專業(yè)的服務(wù)商來(lái)完成。制作周期大約需要4到8周，而成本則從2000美元到10萬(wàn)美元以上不等，具體取決于部件的復(fù)雜程度和模具所能制造的部件數(shù)量。即使是在公司內(nèi)部自行加工金屬模具，通常也需要 6 周時(shí)間，因?yàn)檫@其中包含了許多環(huán)節(jié)，比如訂購(gòu)材料的周轉(zhuǎn)時(shí)間、CAM和機(jī)器設(shè)置、手動(dòng)拋光，還有機(jī)器等待時(shí)間。

因此，傳統(tǒng)上小批量吹塑成型部件用于原型制造和試點(diǎn)測(cè)試從經(jīng)濟(jì)層面來(lái)說(shuō)并不可行。像聯(lián)合利華這樣的快消品公司也不得不延長(zhǎng)計(jì)劃時(shí)間，并根據(jù)不同材料的外觀性原型做出最終的設(shè)計(jì)決定。但這樣的做法，往往會(huì)導(dǎo)致模具過(guò)時(shí)，造成不必要的成本損失。

在這種情況下，3D打印技術(shù)為低成本且快速制作模具提供了強(qiáng)大的解決方案。這項(xiàng)技術(shù)所需設(shè)備少，能夠釋放 CNC 容量并節(jié)省技術(shù)操作人員的時(shí)間，讓制造商可以將更多精力投入到其他高價(jià)值任務(wù)中。通過(guò)內(nèi)部3D打印，制造商和產(chǎn)品設(shè)計(jì)師在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段引入快速模具制作，從而在產(chǎn)品進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)前驗(yàn)證設(shè)計(jì)和制造流程。3D打印模具早已廣泛應(yīng)用于注塑成型或熱壓成型等工藝中，它不僅可實(shí)現(xiàn)快速迭代、加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，還有助于將更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

在模具制作領(lǐng)域，立體光固化（SLA）3D打印技術(shù)備受推崇。光固化技術(shù)打印出的模具表面光滑且精度高，不僅可以輕松轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品部件，并且脫模方便。值得一提的是，像Form 3L 這樣的大幅面光固化3D打印機(jī)，盡管體積小巧、適合辦公室使用，但卻能打印出大型部件和模具，實(shí)用性極高。

在 Form 3L 中使用剛性10K樹(shù)脂打印的 3D 打印模具。

清洗后，移除支撐結(jié)構(gòu)，后固化模具。

材料選擇是生產(chǎn)模具的關(guān)鍵。聯(lián)合利華和 Serioplast 需要找到一種既能承受 SBM 工藝的內(nèi)部壓力和高溫，又能維持良好的尺寸精度和穩(wěn)定性的材料。

卡德馬蒂里表示：“在 Formlabs工程師的幫助下，我們終于鎖定了一種理想材料，并用它制造了幾個(gè)測(cè)試使用的瓶子�！�

Formlabs推薦的材料正是剛性10K樹(shù)脂（Rigid 10K Resin），以其出色的強(qiáng)度、硬度和耐熱性脫穎而出，非常適合SBM模具的制造。這種工業(yè)級(jí)高度玻璃填充材料在0.45MPa 條件下的熱變形溫度為218°C，拉伸模量為 10000MPa。利用剛性10K樹(shù)脂打印的模具尺寸穩(wěn)定，能承受數(shù)百次的吹塑成型，且每次成型的結(jié)果都高度一致。

通過(guò)使用剛性10K樹(shù)脂，Serioplast 制作了表面光滑的精密模具，能夠整合精細(xì)特征，包括 0.5mm 的小孔。他們使用拋光機(jī)或手工打磨進(jìn)行后處理，以滿足關(guān)鍵尺寸要求。在模具型腔的 CAD 文件中加入了紋理表面。

卡德馬蒂里說(shuō)道：“我們對(duì)模具進(jìn)行了精細(xì)調(diào)整，特別是那些帶有徽標(biāo)或類似檸檬紋理的瓶子，對(duì)精度的要求極高。幸運(yùn)的是，F(xiàn)ormlabs的打印設(shè)備配合剛性10K樹(shù)脂，讓我們能夠捕捉到精巧細(xì)節(jié)，并將其準(zhǔn)確地呈現(xiàn)在最終的瓶子上�！�

使用剛性10K樹(shù)脂、通過(guò) 3D 打印制造的模具經(jīng)過(guò)手動(dòng)拋光，然后組裝到金屬框架中。

采用光固化3D 打印技術(shù)制作模具僅需要兩天時(shí)間。這一技術(shù)使得試點(diǎn)測(cè)試的周期大幅縮短，從原先的六周壓縮至兩周。同時(shí)，這些3D打印的模具能制造出接近生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的試生產(chǎn)部件，并使用與最終生產(chǎn)單元相同的材料和機(jī)械進(jìn)行成型。此外，3D 打印模具還支持操作人員同時(shí)對(duì)多個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行試點(diǎn)測(cè)試。

使用剛性10K樹(shù)脂經(jīng) 3D 打印制作的聯(lián)合利華 Slice 750mL 瓶子模具，安裝在機(jī)器上的外殼支架上。該團(tuán)隊(duì)可以使用與標(biāo)準(zhǔn)試模相同的工藝窗口，從而測(cè)試最終工藝。

“利用3D打印技術(shù)制作的模具，我們就可以在吹塑機(jī)中放置的外殼支架內(nèi)使用標(biāo)準(zhǔn)布局。這樣，我們不僅在模具設(shè)計(jì)上節(jié)省了大量時(shí)間，還能更輕松地管理3D打印的流程�！� 米利亞雷利說(shuō)道。

若采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行如此大規(guī)模的測(cè)試，幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)檫@意味著需要為每一種設(shè)計(jì)都投入資金制作金屬模具，卻無(wú)法從中獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，且?guī)缀鯚o(wú)法收回模具成本。

3D打印的模具主要是用來(lái)生產(chǎn)樣品部件，供消費(fèi)者們進(jìn)行測(cè)試。這些樣品部件無(wú)論是在觸感、外觀和使用方面都能代表最終產(chǎn)品。因此，對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，樣品就等于是真正的產(chǎn)品。

使用 3D 打印模具生產(chǎn)的瓶子與通過(guò)傳統(tǒng)金屬模具工藝生產(chǎn)的最終產(chǎn)品幾乎別無(wú)二致。從左到右：使用剛性10K樹(shù)脂3D 打印的兩件式模具、使用 剛性10K樹(shù)脂3D 打印模具生產(chǎn)的瓶子、使用金屬模具生產(chǎn)的瓶子，以及用于客戶測(cè)試的標(biāo)簽原型瓶。

模塊化模具其中一個(gè)用途是驗(yàn)證 SBM 工藝以及待吹塑的 PET 瓶坯，以便觀察工藝窗口、拉伸比和可行的材料分配。Serioplast 通過(guò)注射成型在內(nèi)部生產(chǎn)瓶坯。雖然有些瓶坯是為特定瓶子量身打造，但他們通常使用無(wú)法修改的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。Serioplast 團(tuán)隊(duì)希望深入了解這些庫(kù)存瓶坯的可用功能范圍，這將有助于他們?cè)谕度肷a(chǎn)之前確定給定瓶坯是否適合吹塑特定瓶子。

“我們使用的工藝窗口與標(biāo)準(zhǔn)試模一致。通過(guò)這樣，我們就可以測(cè)試出最終的工藝窗口，同時(shí)觀察瓶子的變化。在這個(gè)過(guò)程中，我們施加了高達(dá) 30 巴的壓力，效果非常顯著且穩(wěn)定。此外，我們還嘗試了在100°C 下對(duì)瓶坯進(jìn)行加熱，但這也并未對(duì)我們的3D打印模具的型腔造成任何磨損。目前，我們每天能輕松產(chǎn)出多達(dá) 100到200 個(gè)瓶子。隨著時(shí)間的推移，未來(lái)我們的產(chǎn)量有望達(dá)到 1000 瓶�！� 米利亞雷利介紹道。

快速生產(chǎn)模具的另一個(gè)用途是對(duì)生產(chǎn)線特定環(huán)節(jié)進(jìn)行早期測(cè)試。由于使用 3D 打印模具成型的瓶子非常接近生產(chǎn)單元，因此可以用于對(duì)灌裝生產(chǎn)線進(jìn)行一些初步驗(yàn)證，如生產(chǎn)線的流動(dòng)性、裝瓶機(jī)星輪的運(yùn)行狀況、以及封蓋或機(jī)器人裝箱機(jī)等動(dòng)作。提前對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行試點(diǎn)測(cè)試，工廠就能預(yù)先備好所需備件，為大規(guī)模生產(chǎn)做好準(zhǔn)備，加快產(chǎn)品上市速度。

聯(lián)合利華攜手Serioplast，憑借Formlabs的光固化打印機(jī)與剛性10K樹(shù)脂材料，成功將生產(chǎn)周期縮減了70%，模具成本大幅降低了90%，并且僅在兩周內(nèi)就能試生產(chǎn)200個(gè)產(chǎn)品。

“Formlabs 是我們的出色合作伙伴，為我們提供了高品質(zhì)的打印設(shè)備，還協(xié)助我們了解這些材料的特性。這種合作伙伴關(guān)系有助于我們判定是否可以使用 3D 打印模具，”卡德馬蒂里如此說(shuō)道。

德馬蒂里和 Serioplast已經(jīng)使用新工藝測(cè)試了大約 15 種不同

型號(hào)的瓶子。

全新的工作流程助力聯(lián)合利華能更迅速地推出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，同時(shí)顯著降低了與包裝開(kāi)發(fā)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和成本。

卡德馬蒂里表示：“3D 打印機(jī)給我們帶來(lái)的最大影響就是讓夢(mèng)想變得觸手可及。僅需數(shù)周時(shí)間，在電腦屏幕上的設(shè)計(jì)便能實(shí)體化，成為你手中的真實(shí)物品�！� 這正是Formlabs秉持的核心信念，通過(guò)精心設(shè)計(jì)的產(chǎn)品和服務(wù)賦能客戶，讓所有人能夠?qū)?chuàng)意和想法轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，讓3D打印技術(shù)解鎖創(chuàng)新力的無(wú)限可能性。