3D列印水瓶功能性原型 隨時隨地製造氣泡水

▲圖片取自Spark To Go官方網站

Spark To Go 致力於打造一種既方便消費者又環保的新型水瓶系統。

這家總部位於慕尼黑的新創公司的兩位聯合創始人最初提出了一種碳酸化系統的想法,該系統要小到可以放入普通水瓶中,隨時隨地生產蘇打水。 

想將這個想法發展成產品,需要有能夠承受高壓力的複雜結構、小細節和高強度的原型。擁有Form 3 SLA 列印機後,他們找到了一種高成本和時間效益的方式製作這種複雜理念的功能原型。

Spark To Go 的創始人之一 Pieter Prinsloo,講述了他和他的聯合創始人 Luke Patruno 如何達成任務,以提供一種可持續發展的塑膠瓶裝氣泡水替代品。 

繼續閱讀以了解 Spark To Go 如何利用 Form 3 雷射光固化 (SLA) 列印機在短短兩天內從概念到最終原型,從而大大降低了他們的時間和原型製作成本。

 

讓氣泡不浪費

「德國消費者在2020年飲用超過一百億公升的氣泡水,那是美國同年飲用量的九倍,而且人口數量只佔美國的三分之一。所以德國確實是對氣泡水很著迷的地方。」Pieter表示。

然而,瓶裝水產業是一次性塑料的主要貢獻者,極度的污染環境。碳酸水領域的一個可能解決方案:內部碳酸化系統。它們旨在在幾秒鐘內將自來水變成氣泡水,並在各地越來越受歡迎。

作為Luke MBA學期間產品創新項目的一部分,他提出了一個迷你碳酸化系統的想法。他的設計方案需要將一個由氣壓驅動的小型二氧化碳 (CO2) 盒安裝在瓶子內,只需按一下按鈕即可將二氧化碳注入水中。這將允許消費者在外連續數天飲用氣泡水,而無需重新購買一次性塑料瓶。 

「你可以在任何地方用普通的自來水裝滿它,然後將它碳酸化,獲取新鮮和多氣的氣泡水,」Luke說。

▲從紙上的2D草圖到最初的瓶蓋設計之一,使用Tough 2000 Resin進行3D列印

Luke和Pieter於 2019 年在慕尼黑工業大學主辦的一次創業活動中認識,他們因著共同創業的熱情和手頭上創新的想法而匯聚在一起。Spark To Go 成立於 2020 年,目標是生產基於 Luke 設計的碳酸化系統。

▲Spark To Go 原型水瓶,頂部採用Tough 2000樹脂印製在Form 3上,並上色

 

選擇對的技術

為了將他們最初的想法從電腦上的 2D 文件轉化為 3D 原型,Pieter 和 Luke 與 Formlabs 合作夥伴Beta2Shape密切的合作。

▲頂部蓋子和碳化機制按鈕在 Form 3 上使用 Tough 2000 Resin 製作原型,然後塗漆

為滿足他們對微型碳酸化系統原型的特定技術要求,他們比較了不同的 3D 列印技術。 

「我在 Beta2Shape 工作過一小短的時間,在那裡我獲得了很多關於 3D 列印和不同技術的知識。這也是我真正可以直接比較 FDM 和 SLA 的地方。」Pieter 說。

我們需要非常堅固的東西,因為在我們的應用中,它需要承受著極高的壓力。它需要水密和氣密,這基本上排除了現有的任何 FDM 技術。盒內的壓力約為 60巴(大氣壓的 60 倍)。當氣體膨脹時,溫度會一路下降到攝氏零下 20度,這是我們在其中一些物件上測量到的最冷溫度。當我看到你們提供的工程材料系列時,這確實是吸引我們使用 Formlabs 系列的原因。」- Pieter Prinsloo

年輕的企業家們決定使用 Formlabs SLA 列印機,使他們能夠對功能物件進行真正的快速原型製作,並在整個產品開發階段繼續與 Beta2Shape 密切合作。作為一家剛接觸 3D 列印的小型企業,Beta2Shape 的支持和專業建議對入門非常有幫助。它還使他們能夠直接比較當地商店的各種樹脂,並根據他們的要求評估它們。 

在嘗試了 Formlabs材料庫中的幾種樹脂後,證明Tough 2000 Resin的強度足以承受壓力和溫度,同時提供合適的尺寸穩定性和精度。 

根據他們與 Beta2Shape 的測試,該團隊購買了他們的第一台 Form 3,並開始開發和迭代他們的碳酸化系統和水瓶設計。

Form 3 讓他們能夠在很短的時間內製作原型,同時 100% 掌控調整和後處理細節。他們使用 Tough 2000 Resin 列印了水瓶原型的瓶嘴和碳酸化系統。 

 

使用Form 3快速原型製作 – 最佳和最努力的員工

在企業內部印製水瓶複雜瓶嘴和碳化機制的不同迭代是小型新創公司的主要財務優勢。用金屬製造完整的水瓶是一項巨大的投資,3D 列印組件能夠幫助他們盡可能地節省資金。

目前,我正在開發原型的第 14 次迭代。我發現我們在一年半多的時間裡,在這台列印機上完成了超過 2,500 小時的 3D 打印。所以這是我們目前最佳、最努力的員工。」-Pieter Prinsloo

 

24 小時內從 2D 到 3D

為了生產準備好向投資者展示或進行 alpha 測試的功能性原型,Pieter 和 Luke 購買了完整的 Formlabs 解決方案,其中包括Form Wash 和 Form Cure。

▲使用 Form 3、Form Wash 和 Form Cure 在 Spark To Go 工作室設置列印農場

(對於瓶子的系統頂部)我們擁有 100% 使用3D 列印的功能性原型,」Pieter 說。

由於使用 Form Cure 的後固化步驟,Tough 2000 Resin 的機械性能能夠達到最佳性質,這表示它具有作為功能性原型的拉伸強度和模量特性,可以承受彎曲、衝擊和反複使用。 

 

節省時間和成本

我們已經設法縮減 (製作原型的時間),我們可以在 12 小時內列印出一套完整的新零件。但是我們仍然需要進行後處理。因此,假設在兩天或 48 小時內,我們可以對原型進行全新的迭代,」Pieter 說。

Form 3 的快速原型製作速度與將原型外包給金屬製造商的傳統方法形成鮮明對比。由於Pieter考慮完全不使用金屬製造 Spark To Go 水瓶,因此他們在研發之初就嘗試了這一點。

他們迅速信任 Formlabs 3D 列印機的兩個決定性原因是:

  • 時間:Spark To Go 瓶的一個外包原型需要長達 8 週的時間,而 Form 3 只需要 48 小時。他們無法等待總共 14 種不同原型設計外包的製作時間。
  • 金錢:一個外包原型的成本相當於一台全新的 Form 3 列印機。

 

透過 3D 列印走向生產

在經過六個原型水瓶的 alpha 測試之後,Spark To Go 的下一步是在投入生產並將創新產品投放市場之前進行募資活動。

▲在投入生產之前發送給外部用戶進行 alpha 測試的 5 個原型

Formlabs 的硬體、材料和軟體使 Spark To Go 能夠加速其迭代過程並大幅降低原型製作成本。這些時間和成本節省使他們能夠擴展其產品線,並創造新的解決方案和產品,為可持續發展的未來做出貢獻。

對於未來展望Pieter回答:「我們創辦這家公司的原因是為了嘗試為人們提供瓶裝水的替代品,這樣當您外出時,您就不必總是從商店購買瓶子。我們也將其視為一家可以發展到其他一次性塑料領域的公司。

Pieter 強調,3D 列印已成為 Spark to Go 業務發展的不可或缺的部分。

我實際上想說,如果沒有 3D 列印機,我認為任何事情都不可能實現。因此,最大的好處是我們可以非常輕鬆且極具成本效益地測試許多不同的想法。」Pieter Prinsloo

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