La simulazione numerica fa da catalizzatore nell’innovare anche il settore dei beni di consumo e degli elettrodomestici di prossima generazione. Dalle lavatrici ai prodotti per la cura personale e agli alimenti e bevande, i leader del settore dei beni di consumo stanno accelerando la loro pipeline di innovazione con la simulazione. Le moderne soluzioni software consentono agli ingegneri di portare sul mercato prodotti diversi, competitivi, più velocemente e ad un costo inferiore rispetto ai competitor, soddisfacendo contemporaneamente le richieste in tema di sostenibilità dei clienti. Il futuro infatti ci riserverà elettrodomestici interconnessi ed efficienti dal punto di vista energetico.
La simulazione sta già guidando e guiderà l'innovazione alla base delle apparecchiature smart di nuova generazione, rendendole affidabili e durevoli con un utilizzo minimo di energia e risorse. Ma una delle cose che la simulazione sta rendendo e renderà possibile è l’innovazione differenziata nel settore del packaging, con nuovi materiali che renderanno anche i prezzi dei beni di consumo più accessibili.
Le sfide nella progettazione degli imballaggi
Ma quali sono le sfide che ogni ingegnere deve affrontare? Quando si progetta un nuovo imballaggio ci sono alcuni aspetti critici di cui tenere conto. Il punto di partenza è capire come proteggere il prodotto. Questo è un aspetto che fa la differenza, tra un cliente soddisfatto e uno insoddisfatto che ricevendo un prodotto imperfetto o danneggiato farà aumentare il numero dei resi. Di conseguenza, la seconda sfida è minimizzare il costo dell’imballo, tenendo conto che è semplicemente materiale che andrà buttato. Questo viste anche le recenti normative in materia di inquinamento da plastica e derivati, bisogna «convertire» i vecchi imballi di polistirolo in cartone per renderli più green.
Un imballo ha una sua componente anche psicologica, infatti un imballaggio che protegge meglio il prodotto contenuto, fa percepire al cliente una maggiore qualità del prodotto acquistato. Spesso deve anche essere in grado di proteggere oggetti «diversi» (ad esempio una lavatrice, ma con diverse capacitàe quindi diverse masse).
Trattandosi di molte centinaia di migliaia di pezzi l’anno, anche una piccola riduzione di costo comporta un grande risparmio. A volte ci sono anche vincoli geometrici (ad esempio l’altezza) che implicano un risparmio economico dovuto al trasporto. L’imballo deve quindi resistere a diverse prove:
- Clamping: test che prevede la stretta dell’imballaggio nelle pinze del muletto in fase di movimentazione; Il test si concentra sulla movimentazione del prodotto all'interno dello stabilimento o quando viene caricato sul camion da parte del muletto. Le pinze applicano una forza sul packaging affinché il prodotto non scivoli quando viene sollevato. La forza dipende dal tipo di prodotto e da quanti prodotti vengono sollevati insieme;
- Stacking: test di impilamento dei prodotti stoccatti in magazzino; La prova si concentra sull'impilamento dei prodotti stoccati in magazzino, cioè incolonnati uno sull'altro (solitamente da 4 a 6 file di prodotti). La principale problematica che può originarsi è dovuta al fatto che l'azione del peso dei prodotti che agisce per un determinato tempo produce un effetto creep sul polistirolo che può far inclinare la colonna in maniera eccessiva;
- Drop Test: test di cadute libere da una data altezza. Si tratta dei test di caduta libera dei prodotti che sono normati da specifiche interne dei produttori. Sostanzialmente si simula la caduta in fase di scarico del prodotto dal camion. L'altezza e l'angolo d'impatto dipendono dalla tipologia e dal peso del prodotto.
La simulazione numerica nel packaging
Gli ingegneri, oggi, possono contare sulla simulazione numerica per simulare al meglio questi fenomeni, dove è necessario un codice numerico esplicito in quanto per essere descritti matematicamente hanno bisogno in input di definire tutti i contatti complessi, modelli di non linearità dei materiali (spesso utilizzando anche parametri di materiali iperelastici); definire le rotture nel materiale e le forze d’inerzia non trascurabili.
Nella simulazione di imballaggi è anche necessario introdurre tutti i componenti di cui è formato il prodotto: alcuni possono essere semplificati (giunti cinematici, corpi rigidi), altri no. In ogni caso gli odierni software numerici sono in grado di simulare e superare queste sfide con estrema precisione.
I vantaggi della simulazione CAE nella progettazione degli imballaggi
La simulazione con i nuovi codici numerici permette di testare in maniera virtuale diverse configurazioni di imballo (forma, tipologie di cartone, ecc.) e di prodotto, senza rischiare di danneggiare il prodotto stesso, senza il costo del test e dei prodotti da testare, perché tutto questo è semplicemente fatto in ambiente totalmente virtuale.
È possibile valutare differenti concept di prodotto e relativo packaging nella fase di definizione del progetto, prima ancora della prototipazione fisica dei componenti. È possibile vedere cosa accade all’interno del packaging senza dover inserire costose videocamere ad alta risoluzione all’interno del packaging stesso (che oltretutto influenzerebbero la prova). Infine grazie ai software di analisi numerica è possibile anche operare modifiche migliorative al prodotto (se le modifiche all’imballo non sono sufficienti).
La simulazione numerica è la chiave vincente per la progettazione delle apparecchiature, la produzione alimentare, l'imballaggio dei prodotti, l'intelligente scelta dei materiali, la produttività e la sicurezza alimentare riducendo al minimo l'energia e gli sprechi.
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