Reduce – Reuse – Recycle: Herausforderung Rezyklate

Seit über 25 Jahren verfolgt die österreichische Alpla Group mit Sitz in Hard Nachhaltigkeitsziele, darunter die Steigerung der Recyclingfähigkeit der Produkte. Bis 2025 hat sich das Unternehmen zum Ziel gesetzt, alle Verpackungen zu 100 % recycelbar zu gestalten. Ein Viertel des eingesetzten Materials soll dann aus Post-Consumer-Quellen stammen. Zum Erreichen dieser Ziele setzen die Verpackungsprofis virtuelle Produktentwicklungslösungen als Innovations-Katalysator ein. Neben virtuellen Tools wie Virtual und Augmented Reality oder Rapid Prototyping ist die Simulation ein zentraler Baustein. Seit 2011 setzt das Unternehmen bei der Entwicklung von Kunststoffflaschen und dem dafür notwendigen Formenbau auch Simulationslösungen von Altair ein.

Der Verpackungshersteller will jedes Jahr drei Innovationen präsentieren. Um diese neuen Produkte zu entwickeln oder bestehende Verpackungen umweltverträglicher zu machen, verwendet Alpla Simulationslösungen der Altair Hyperworks Produktentwicklungsplattform. Die Abteilung Modelling & Simulation (M&S) am Hauptsitz von Alpla entwickelt Methoden für die virtuelle Abbildung des Herstellungsprozesses. Mit dieser lassen sich die Prozessparameter und die Materialverteilung optimieren. Die Eigenschaften der Verpackungen können dann auf Basis einer Prozesssimulation vorhergesagt werden. Darüber hinaus ist es möglich, verschiedene Designs zu bewerten. Die Software gibt Auskunft darüber, wie sich eine Umgestaltung auf Herstellbarkeit und auf Eigenschaften wie Befüllung, Druckbeständigkeit und Sicherheit der Verpackung auswirken würde. Um den Einfluss einer Designänderung bewerten zu können, werden Prozesssimulation und die Simulation des Endproduktes hintereinandergeschaltet.

Zur weiteren Steigerung der Effizienz in der Produktentwicklung werden die bestehenden Simulationsprozesse bei Alpla zunehmend automatisiert. Dafür wurden Probleme, die von Ingenieuren häufig gelöst wurden, als Standardaufgaben identifiziert und entsprechend automatisiert. Die Kombination dieser Aufgaben erforderte mitunter zwar immer noch manuelle Eingaben, aber damit war bereits der Grundstein für die Automatisierung einer gesamten Lösung gelegt. Der nächste Schritt bestand darin, die Kette der einzelnen Aufgaben in einer Simulation zu automatisieren, sodass der gesamte Lösungsprozess mit minimalen oder sogar ohne manuelle Eingriffe durchgeführt werden konnte. Auf diese Weise können Aufgaben erheblich schneller gelöst werden. Denn je einfacher die Anwendung der Simulation ist, desto umfassender kommt sie zum Einsatz und desto größer ist ihr Nutzen für die Produktentwicklung insgesamt. Welche Ergebnisse die Simulation bei dem Verpackungshersteller schon heute hat, zeigt das Beispiel der Verpackungslösung „Simple One“.

Um den Produktlebenszyklus einer hochwertigen Primärverpackung zu verlängern, bieten sich Nachfülllösungen an. Doch auch diese gilt es so umweltverträglich wie möglich zu gestalten. Alpla hat sich für das Produkt „Simple One“ zum Ziel gesetzt, eine ressourcenschonende Nachfüllverpackung zu entwickeln, die extrem leicht ist, einen geringen Materialeinsatz erfordert, einen hohen Recyclinganteil aufweist und sich durch ein neues Design von den üblichen Nachfüllbeuteln auch noch optisch deutlich abheben soll. Die Formfindung der neuen Flasche war die erste Herausforderung. Die Entwickler mussten eine Form finden, die nach dem Prozess funktioniert, also nach dem Befüllen und Verschweißen eine definierte Form annimmt und dabei eine hohe Stabilität besitzt, ohne Falten zu werfen. Mit dem traditionellen Versuchsansatz wäre diese Aufgabe kaum lösbar, denn die Erstellung immer neuer, modifizierter physischer Prototypen wäre zu kostspielig gewesen und hätte im vorgegebenen Zeitraum wohl auch nicht zum Ziel geführt. Um die Design- und Fertigungsprozesse mit der Produktfunktionalität in Einklang zu bringen, wurde ein simulationsgetriebener Entwicklungsprozess eingesetzt.

Dank der durch Simulation beschleunigten Produktentwicklung gelang es schnell und effizient, eine Lösung zu finden, die den Design- und Fertigungsanforderungen gerecht wird. Die Verpackung besteht aus bis zu 100 % Post-Consumer-Material (rHDPE) und ist bis zu 60 % leichter als herkömmliche HDPE-Flaschen. Nach dem Gebrauch ist sie recycelbar. Das Nachfüllsystem aus stabilem Kunststoff bietet eine Alternative zu den weichen und daher oft unhandlichen Nachfüllbeuteln und hat zudem ein ansprechendes Erscheinungsbild. Die Verpackungslösung wurde in Zusammenarbeit mit der Kosmetikmarke Susanne Kaufmann als erstes Produkt seiner Art zur Marktreife gebracht und erfolgreich als Nachfüllverpackung für die Glasflaschen der Marke eingeführt.

Durch den erfolgreichen Einsatz von Simulation bei Entwicklungen wie „Simple One“ zeigt sich, welch hohen Wert die Simulation für die Produktentwicklung haben kann. Um dieses Potenzial vollständig auszuschöpfen, rät Altair in einem nächsten Schritt, die Simulation einer breiteren Anwendergruppe im Unternehmen zugänglich zu machen. Für Alpla stellt der Simulationsanbieter die Werkzeuge zur Verfügung, mit der maßgeschneiderte Systeme geschaffen werden. Entscheidend für den Verpackungshersteller ist dabei die hohe Anpassungs- und Automatisierungsfähigkeit der Softwarelösungen. Durch die professionelle Anwendung dieser Möglichkeiten durch die Alpla Simulationsingenieure gelingt es, Prozesse präzise abzubilden und unterschiedliches Know-how zusammenzuführen. „Hyperworks ermöglicht es uns, unser Fachwissen einzubringen und umzusetzen. Dadurch, dass wir die Software auf unsere Bedürfnisse anpassen können, sind wir in der Lage, schnell und effektiv zu arbeiten. Und zwar genau so, wie es für unseren speziellen Bereich notwendig ist“, sagte Oswald Valtiner, Leiter Modellierung & Simulation bei Alpla.

Die Wechselwirkungen in der Produktentwicklung – Gestaltung, Dimensionierung und Fertigungsprozess – sind sehr umfangreich und erfordern viel Know-how. Die Simulationswerkzeuge ermöglichen es den Ingenieuren des Verpackungsentwicklers, ihre Prozesse und ihr individuelles Wissen einfach und präzise abzubilden. Derzeit arbeitet man in Hard daran, die Automatisierung verstärkt einzusetzen, um eine vollständige Demokratisierung der Simulation zu erreichen. Die Simulationsanwendungen für Industriedesigner werden aktuell in der Alpla-Zentrale erprobt. Die Erkenntnisse und Erfahrungen aus diesen Versuchen sollen genutzt werden, um die Automatisierung und Demokratisierung stufenweise fortzuentwickeln. Langfristiges Ziel ist es, die Nutzung der Simulation für alle Entwicklungsprojekte unternehmensweit noch effizienter zu gestalten und die Simulationstechnologie einem breiteren Anwenderkreis zugänglich zu machen.

Quelle: Altair