Βελτιστοποίηση μεταλλικών συσκευασιών με τη μέθοδο της ταχείας πρωτοτυποποίησης

Abstract

Ο σχεδιασμός και η δημιουργία των πρώτων μικρών συσκευασιών για διατήρηση των τροφίμων ξεκίνησε στις αρχές του 1790, από τον Nicholas Appert, για τις ανάγκες του στρατού του Ναπολέοντα. Από τότε η πρόοδος, στις συσκευασίες αυτές, ήταν εντυπωσιακή, με αποτέλεσμα στις μέρες μας να αποτελούν τη βασική μέθοδο συντήρησης των τροφίμων. Χαρακτηριστικό είναι ότι στις Ηνωμένες Πολιτείες η παραγωγή κονσέρβας προσεγγίζει τα 30 εκατομμύρια τεμάχια ετησίως. Η μεγάλη αυτή ζήτηση, όπως είναι φυσικό έχει ωθήσει την βιομηχανία στην χρήση σύγχρονής τεχνολογίας με στόχο τη μείωση του κόστους, περιορίζοντας τις ανάγκες σε πρώτες ύλες αλλά και την ικανοποίηση των απαιτήσεων σε θλιπτικά φορτία και σε συνθήκες υπό πίεσης. Η επιθυμία αυτή για βελτιστοποίηση των συσκευασιών, ικανοποιείται κυρίως στις μέρες μας με τη χρήση αριθμητικών μεθόδων όπως τα πεπερασμένα στοιχεία. Τα εξειδικευμένα αυτά υπολογιστικά πακέτα προσομοιώνουν τις μηχανικές δοκιμές σε συσκευασίες και μελετούν την επίδραση των χαρακτηριστικών της στην αντοχή σε θλίψη και σε υπό πίεση. Η τεχνική αυτή πάντως αν και έχει δώσει πολύ σημαντικά αποτελέσματα παρουσιάζει πολύ υψηλό κόστος, προϋποθέτει τη συνεργασία ειδικών επιστημόνων και γενικά απαιτεί μεγάλη προσπάθεια μέχρι την προσέγγιση του τελικού στόχου. Οι σύγχρονες όμως απαιτήσεις των εταιρειών για αύξηση της ταχύτητας ανάπτυξης νέων προϊόντων με παράλληλη μείωση του συνολικού κόστους υποχρέωσαν τις ομάδες σχεδιασμού στην αναζήτηση μιας νέας πιο ευέλικτης τεχνολογίας. Η νέα αυτή τεχνολογία, επιτρέπει τη δημιουργία φυσικών αντικειμένων σχεδιασμένα σε υπολογιστή και λέγεται Μέθοδος της Ταχείας Πρωτοτυποποίησης (Rapid Prototyping & Manufacturing). Η διαδικασία βελτιστοποίησης με τη μέθοδο της ταχείας πρωτοτυποποίησης αποτελείται από οκτώ βήματα με κύριο χαρακτηριστικό τη δημιουργία πρωτοτύπων ελάχιστα ή και σημαντικά διαφοροποιημένα από τα αρχικό σχέδιο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία χρησιμοποιήθηκε και αξιολογήθηκε η μέθοδος για πι βελτιστοποίηση μεταλλικών συσκευασιών, οπότε και κατασκευάστηκαν οκτώ διαφορετικά πρωτότυπα συγκεκριμένων διαστάσεων. Κάθε ένα από αυτά δοκιμάστηκε σε θλίψη και σε συνθήκες υπο πίεσης, με τη χρήση κατάλληλων πειραματικών συσκευών και μελετήθηκε η επίδραση των χαρακτηριστικών της συσκευασίας στην αντοχή τους. Πιο συγκεκριμένα μελετήθηκε η επίδραση του βάθους των δακτυλίων ενίσχυσης, της απόστασης των δακτυλίων, του πάχους του τοιχώματος και του αριθμού των δακτυλίων και σχεδιάστηκαν τα αντίστοιχα διαγράμματα μεταβολής της αντοχής.