Von der Idee zur marktreifen Verpackung in Rekordzeit: Wie 3D-Drucker bei Unilever und Serioplast Workflow integriert werden
Unilever gehört zu den weltweit führenden Herstellern von Konsumgütern und vertreibt unter anderem Marken wie Dove, Domestos, Cif, Knorr, Axe und Ben & Jerry’s. In der hart umkämpften FMCG-Branche zählt Geschwindigkeit zu den entscheidenden Erfolgsfaktoren. Neue Produkte müssen nicht nur schnell entwickelt, sondern auch in funktionalen und ansprechenden Verpackungen auf den Markt gebracht werden. Besonders bei Flaschen ist das Design ein zentraler Einflussfaktor auf die Kaufentscheidung, es muss ästhetisch überzeugen, nachhaltig produziert werden können und zugleich die Anforderungen der industriellen Fertigung erfüllen.
Bisher dauerte es oft mehrere Monate, bis ein neues Flaschendesign vom ersten digitalen Entwurf bis zur Befüllung in der Produktionslinie bereitstand. Herkömmliche Streckblasformen sind kostenintensiv, haben lange Lieferzeiten und lassen nur eingeschränkt kurzfristige Designänderungen zu. Um diesen Prozess zu beschleunigen, testete Unilever gemeinsam mit einem führenden Verpackungshersteller den Einsatz von 3D-gedruckten Formen für Kleinserien im Streckblasverfahren.
Das Ergebnis: Prototypen und Pilotchargen konnten deutlich schneller umgesetzt werden, die Durchlaufzeiten verkürzten sich um sechs Wochen und die Herstellungskosten sanken um bis zu 90 %, ohne Kompromisse bei Qualität oder Funktionalität.
Der bisherige Workflow zur Entwicklung und Prüfung neuer Falschendesigns
Lebensmittel- und Getränkebehälter, Kosmetikverpackungen sowie Verpackungen für Medizinprodukte werden häufig im Blasformverfahren hergestellt, einem seit Jahrzehnten etablierten Massenfertigungsverfahren für hochwertige, dünnwandige Kunststoffteile. Die Produktionszyklen sind dabei äußerst kurz, meist zwischen ein und zwei Minuten, und das Verfahren gilt als besonders wirtschaftlich für die Herstellung großer Stückzahlen identischer Produkte.
Beim Blasformen wird ein erhitzter Kunststoffvorformling durch Innendruck in einer Form auf die gewünschte Geometrie gebracht. Für unterschiedliche Anwendungen kommen Varianten wie Extrusionsblasen, Spritzblasen und Streckblasen zum Einsatz. Letzteres ist insbesondere bei der Fertigung transparenter PET-Behälter wie Wasserflaschen verbreitet.
Serioplast, ein weltweit agierender Hersteller starrer Kunststoffverpackungen, produziert jährlich Millionen von Flaschen aus PET, HDPE und PP für Markenartikelhersteller. In der bisherigen Praxis wurden Prototypen entweder als einfache 3D-gedruckte Modelle oder über das konventionelle Streckblasen gefertigt. 3D-gedruckte Modelle boten jedoch nicht die gewünschte Haptik, Transparenz oder Stabilität für die Kundenvorstellung. Das Streckblasen in Produktionsqualität setzte dagegen den Einsatz aufwendig gefertigter Metallformen voraus – mit langen Lieferzeiten und hohen Kosten.
Die Herstellung solcher Metallwerkzeuge erfolgt in der Regel durch CNC-Zerspanung, erfordert spezialisierte Maschinen, CAM-Software und qualifiziertes Fachpersonal. Häufig wird die Fertigung extern vergeben, was Lieferzeiten von vier bis acht Wochen und Kosten zwischen 2.000 und über 100.000 Euro verursacht, abhängig von Komplexität und Formauslegung. Selbst bei interner Produktion beanspruchen Materialbeschaffung, Einrichtung, Bearbeitung, Politur und Maschinenverfügbarkeit mehrere Wochen.
Diese langen Vorlaufzeiten machten das wirtschaftliche Prototyping kleiner Stückzahlen im Blasformverfahren bislang unattraktiv. Unternehmen mussten Designentscheidungen häufig auf Basis rein visueller Muster treffen, mit dem Risiko, dass anschließend teures Werkzeug ungenutzt bleibt und Entwicklungskosten verloren gehen
3D-Drucker als effizientes Fertigungswerkzeug: 70% schneller und 90% günstiger
Der 3D-Druck bietet eine effiziente Möglichkeit, Fertigungswerkzeuge in kurzer Zeit und zu deutlich geringeren Kosten herzustellen. Da keine aufwendige CNC-Bearbeitung erforderlich ist, werden Maschinenkapazitäten frei und qualifizierte Fachkräfte können sich auf komplexere Aufgaben konzentrieren. Hersteller und Produktentwickler profitieren von der Möglichkeit, durch sogenanntes Rapid Tooling Design und Prozessparameter realitätsnah zu validieren, bevor in die kostenintensive Massenproduktion übergegangen wird. Bereits in Verfahren wie Spritzguss und Thermoformen bewährt, ermöglicht der 3D-Druck schnelle Iterationen, kürzere Entwicklungszeiten und Produkte mit höherer Marktrelevanz.
SLA-3D-Druck mit dem Formlabs Form 3L für präzise Blasformen
Für die Herstellung von Formen ist das Stereolithografie-Verfahren (SLA) besonders geeignet, da es eine sehr glatte Oberflächenqualität und hohe Maßgenauigkeit liefert. Diese Eigenschaften werden direkt auf das Endprodukt übertragen und erleichtern zugleich das Entformen. Mit Großformatgeräten wie dem Form 3L von Formlabs lassen sich selbst größere Formeinsätze im eigenen Haus produzieren, wodurch Transport- und Lieferzeiten entfallen.
Die Wahl des richtigen Materials ist dabei entscheidend. Für das Streckblasen wird ein Werkstoff benötigt, der sowohl hohen Innendrücken als auch den Temperaturen des Prozesses standhält und gleichzeitig formstabil bleibt. Unilever und Serioplast setzen dafür auf Rigid 10K Resin, ein glasgefülltes Hochleistungsmaterial mit hoher Steifigkeit, Wärmeformbeständigkeit bis 218 °C (bei 0,45 MPa) und einer exakten Detailwiedergabe. Damit können selbst filigrane Strukturen wie 0,5-mm-Bohrungen oder feine Logos präzise in die Flaschenoberfläche übertragen werden.
Die Maschinen aus dem Anwendungsfall im Portrait
Form 3L – Großformatige Präzision im 3D-Druck
- Entwickelt für großformatige Prototypen und Serienteile, die in einem Stück und ohne aufwändiges Zusammenfügen gefertigt werden können
- Liefert glatte, detailreiche Oberflächen, die sich direkt für Designbewertungen, Funktionstests oder Kundenpräsentationen eignen
- Ermöglicht den gleichzeitigen Druck mehrerer Designs, was Iterationen beschleunigt und Entwicklungskosten senkt
- Unterstützt eine breite Palette an Hochleistungsmaterialien, von besonders robust bis hitzebeständig, um verschiedenste Anforderungen abzudecken
Form Cure L – Professionelles Nachhärten für maximale Performance
- Speziell entwickelt für großformatige Drucke aus dem Form 3L, um Materialeigenschaften vollständig zu aktivieren
- Kombiniert Wärme und präzise UV-Bestrahlung, damit Teile ihre volle Festigkeit, Maßhaltigkeit und Wärmebeständigkeit erreichen
- Erhöht die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Bauteile, entscheidend für Funktionsteile, Werkzeuge oder Endverbrauchsprodukte
- Vollautomatische Programme für jedes Harz sparen Zeit und sorgen für reproduzierbare Ergebnisse, auch bei hohen Stückzahlen
Vom CAD-Modell über den 3D-Druck und Nachbearbeitung zur einsetzbaren Flasche in zwei Tagen
Nach dem Druck auf dem Form 3L werden die Stützstrukturen entfernt, die Bauteile gewaschen, nachgehärtet und gegebenenfalls poliert, um die finalen Abmessungen einzuhalten. Strukturierte Oberflächen lassen sich bereits im CAD anlegen und werden direkt in die Form integriert. Anschließend wird der gedruckte Formeinsatz in einen Metallrahmen eingebaut, der in der Blasformmaschine wie eine herkömmliche Pilotform eingesetzt werden kann.
Dank dieses Ansatzes reduziert sich die Durchlaufzeit für funktionsfähige Blasformen von sechs auf zwei Wochen. Die so hergestellten Vorserienteile entsprechen in Material und Herstellungsverfahren weitgehend den späteren Serienprodukten. Zudem lassen sich parallel mehrere Designvarianten testen, ohne dass für jede Form hohe Investitionskosten anfallen.
| Produktion von 200 Teilen | Zerspante Metallform | 3D-gedruckte Form |
|---|---|---|
| Ausrüstung | CNC-Maschine (intern) oder Outsourcing | Form 3L + Rigid 10K Resin |
| Durchlaufzeit Pilottest | 6–8 Wochen | 2 Wochen |
| Kosten des Werkzeugbaus | 2.500–10.000 € | 500–1.000 € |
Schnellere Marktreife durch Kundentests und Feinjustierung der Fertigungstraße
3D-gedruckte Blasformen ermöglichen es Herstellern, realistische Prototypenflaschen deutlich schneller und kostengünstiger zu produzieren. Diese Testflaschen entsprechen in Haptik, Optik und Funktion nahezu vollständig dem späteren Serienprodukt und werden von Testpersonen als echte Produkte wahrgenommen. Dadurch können Designentscheidungen bereits vor der Investition in teure Metallformen abgesichert werden. Anpassungen lassen sich frühzeitig vornehmen, was kostspielige Fehler vermeidet und Entwicklungszeiten erheblich verkürzt.
Prozessvalidierung unter realistischen Bedingungen
Neben der Designprüfung dienen 3D-gedruckte Formen auch zur Validierung des Streckblasverfahrens und der eingesetzten PET-Vorformlinge. Gerade bei standardisierten Vorformlingen, die nicht individuell modifiziert werden können, ist es wichtig, die Bandbreite der möglichen Prozessparameter zu kennen.
Mit den additiv gefertigten Formen werden realistische Testreihen durchgeführt, bei denen Streckrate, Materialverteilung und Temperaturverhalten präzise überprüft werden. Die Belastung entspricht exakt den Produktionsbedingungen: ein Prozessdruck von rund 30 bar und eine Vorformlingserwärmung auf etwa 100 °C. Selbst nach mehreren hundert Zyklen zeigen die Formen keine relevanten Verschleißspuren. Produktionsnahe Stückzahlen von 100 bis 200 Flaschen pro Tag sind problemlos erreichbar, bei längeren Testläufen sogar bis zu 1000 Flaschen.
Frühe Abstimmungen der Produktionslinie
Da die Testflaschen aus 3D-gedruckten Formen den Serienprodukten in Maßhaltigkeit und Materialeigenschaften sehr nahekommen, eignen sie sich hervorragend, um Produktionsanlagen bereits vor dem Serienstart zu optimieren. Dies umfasst unter anderem die Überprüfung der Bewegungsabläufe in der Abfülllinie, das Testen von Sternrädern in den Abfüllmaschinen, die Validierung der Verschließ- und Etikettierprozesse sowie die Feinabstimmung der Verpackungs- und Sammelpacker-Systeme.
Durch diese frühzeitigen Pilottests lassen sich Ersatzteilbedarfe rechtzeitig identifizieren, Stillstandszeiten minimieren und Produktionslinien optimal auf die Massenfertigung vorbereiten. Dies verkürzt die Time-to-Market erheblich und steigert die Prozesssicherheit ab dem ersten Produktionstag.
Wettbewerbsvorteil durch kürzere Entwicklungszyklen und geringere Kosten
Durch den Einsatz von SLA-3D-Druckern in Kombination mit Rigid 10K Resin konnte Serioplast in Zusammenarbeit mit Unilever den gesamten Entwicklungsprozess für neue Flaschendesigns signifikant beschleunigen. Innerhalb kurzer Zeit wurden bereits rund 15 verschiedene Modelle unter realistischen Bedingungen getestet. Die Pilotproduktion, die zuvor mehrere Wochen beanspruchte, lässt sich nun in lediglich zwei Wochen umsetzen. Dabei werden bis zu 200 Einheiten in Vorserienqualität hergestellt, die sowohl für interne Prüfungen als auch für Verbrauchertests genutzt werden können.
Die Effizienzgewinne sind erheblich: Die Durchlaufzeiten verkürzen sich um rund 70 %, während die Werkzeugkosten um bis zu 90 % sinken. Neben der reinen Zeit- und Kostenersparnis ermöglicht der neue Prozess eine deutlich höhere Flexibilität in der Produktentwicklung. Designvarianten lassen sich schneller validieren, Anpassungen können unmittelbar umgesetzt und in weiteren Iterationen geprüft werden. So wird das Risiko teurer Fehlentwicklungen reduziert, und die Markteinführung neuer Produkte erfolgt wesentlich früher.
Dieser optimierte Workflow unterstützt Unternehmen dabei, Verpackungslösungen effizienter zu gestalten und Innovationen ohne lange Vorlaufzeiten umzusetzen. Die Kombination aus 3D-gedruckten Formen und einer eng abgestimmten Entwicklungs- und Testphase bietet nicht nur technologische Vorteile, sondern verbessert auch die strategische Wettbewerbsposition, indem Produkte schneller, kostengünstiger und mit höherer Qualität auf den Markt gebracht werden.
Häufige Fragen zum 3D-Druck in der Produktentwicklung und Verpackungsindustrie
Unilever nutzt großformatige SLA-3D-Drucker wie den Form 3L, um Streckblasformen für Kleinserien direkt im eigenen Haus herzustellen. Mit dem Material Rigid 10K Resin können Formen gefertigt werden, die hohen Temperaturen und Drücken im Streckblasprozess standhalten. So lassen sich innerhalb weniger Tage funktionsfähige Prototypen und Pilotserien erstellen, die den späteren Serienprodukten in Haptik, Optik und Funktion nahezu entsprechen. Dadurch können Designvarianten realistisch getestet, Anpassungen schnell umgesetzt und die Markteinführung beschleunigt werden.
3D-gedruckte Blasformen reduzieren die Durchlaufzeiten um bis zu 70 % und die Werkzeugkosten um bis zu 90 %. Statt mehrere Wochen auf eine CNC-gefertigte Metallform zu warten, können Pilotformen in rund zwei Wochen bereitstehen. Das ermöglicht eine schnellere Validierung von Designs, weniger Risiko teurer Fehlentwicklungen und eine höhere Flexibilität in der Produktentwicklung. Auch kleine Stückzahlen von 100 bis 200 Flaschen lassen sich wirtschaftlich produzieren.
Ja, die verwendeten Materialien sind speziell für hohe Belastungen entwickelt. Rigid 10K Resin etwa hält Temperaturen bis 218 °C (bei 0,45 MPa) und Drücken bis ca. 30 bar stand. Selbst nach mehreren hundert Produktionszyklen zeigen die Formen kaum Verschleiß. Dadurch können nicht nur Einzelmuster, sondern auch produktionsnahe Kleinserien hergestellt werden, die realistische Tests unter Serienbedingungen ermöglichen.
3D-Druck bietet in der Produktentwicklung die Möglichkeit, Entwürfe schnell und kostengünstig in reale, funktionsfähige Modelle zu überführen. Unternehmen können Designvarianten parallel erstellen, ergonomische Tests durchführen, mechanische Eigenschaften prüfen oder Produktionsprozesse simulieren. Dies verkürzt Entwicklungszyklen, steigert die Innovationsgeschwindigkeit und erlaubt es, Marktfeedback frühzeitig in den Entwicklungsprozess einfließen zu lassen. Neben Verpackungen wird diese Methode auch in Branchen wie Medizintechnik, Automobilbau und Konsumgüterentwicklung eingesetzt.
Mit realistischen Prototypen können Produktionslinien schon vor Serienbeginn eingerichtet und optimiert werden. Dies umfasst das Testen von Abfüll-, Verschließ- und Etikettierprozessen sowie die Abstimmung von Verpackungsanlagen. So lassen sich potenzielle Probleme identifizieren, Ersatzteile rechtzeitig beschaffen und Stillstandszeiten vermeiden. Die Serienproduktion kann dadurch vom ersten Tag an mit hoher Effizienz und Prozesssicherheit starten.
Nach dem Druck werden die Bauteile zunächst von Stützstrukturen befreit und gründlich gewaschen, um überschüssiges Harz zu entfernen. Anschließend erfolgt das Aushärten (Post-Curing) im Form Cure L, wo gezielte UV-Bestrahlung und Wärme die Materialeigenschaften – Festigkeit, Maßhaltigkeit und Wärmebeständigkeit – vollständig aktivieren. Je nach Anwendung werden Oberflächen poliert oder strukturiert, um die gewünschten funktionalen oder optischen Eigenschaften zu erzielen. Dieser Schritt ist entscheidend, damit die Bauteile ihre volle Performance im Einsatz erreichen.
Die Nachbearbeitung stellt sicher, dass die gedruckten Teile die spezifizierten mechanischen und thermischen Eigenschaften erreichen und im vorgesehenen Produktionsprozess zuverlässig funktionieren. Ohne diesen Schritt könnten Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität oder Belastbarkeit beeinträchtigt sein. Bei funktionalen Anwendungen wie Blasformen ist die präzise Nachbearbeitung essenziell, da selbst kleine Abweichungen die Passgenauigkeit und damit die Produktqualität beeinflussen können.
Als zertifizierter Formlabs-Partner unterstützen wir dich dabei, die passende 3D-Drucklösung für deine Anwendung zu finden. In unseren kostenfreien Webinaren und Beratungsgesprächen zeigen wir dir, wie du mit den Formlabs 3D-Druckern, die Oberflächenqualität verbesserst, Prozesse automatisierst und deine Fertigung nachhaltig optimierst.
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