Tetra Pak使用SIMULIA对可持续食品包装的追求

我们有机会在2025年SIMULIA欧洲北部区域用户会议（RUM）上采访了Tetra Pak的技术专家Per Karlsson和建模与仿真开发工程师Karolina Wamsler，讨论他们的演讲：迈向全球最可持续的食品包装的模拟 |EURONORTH2025年春季。了解Tetra Pak如何利用达索系统旗下SIMULIA品牌的结构仿真技术，加速当今可持续包装的设计与密封性能。

挑战

瑞乐面临着在不牺牲食品安全、包装强度或制造性能的前提下，使包装更具可持续性的复杂挑战。

解决方案

通过收养西穆利亚结构仿真技术，阿巴库斯在有限元分析方面，Tetra Pak数字化建模了封口工艺、材料行为及设备性能，涵盖多种包装格式。利用Abaqus先进的仿真能力，团队可以在实际原型制造前虚拟测试新的环保材料和包装。

优点

仿真显著缩短了瑞乐的开发周期，增强了关键密封性能，并在材料进入工厂前验证了可持续材料，减少浪费，避免了生产延误。

走进Tetra Pak对可持续食品包装的追求

全球食品包装领导者通过利用SIMULIA Abaqus技术，推动安全、可持续包装，加速设计和优化密封性能。

对于包装食品的消费者来说，纸盒或包装通常被视为进食餐食的障碍物。但在食品加工和包装领域的全球领导者Tetra Pak，每一包都是将食物送到餐桌上的关键工具，同时确保其在全球范围内安全可得。这家瑞典跨国公司总部位于瑞士，涵盖27家市场公司，服务于160多个国家。它在全球雇佣了超过24,000名员工。公司的座右铭“保护美好事物”体现了保护营养和减少腐败的使命。

Tetra Pak技术专家Per Karlsson指出，全球大量粮食生产在尚未到达需要的人手中就被浪费掉了。“没有包装，你无法运输，也无法在不变质的情况下获得。因此，实际的包装变得非常重要，“Tetra Pak 建模与仿真开发工程师 Karolina Wamsler 解释道。四乐盒，尤其是其无菌包装，能在无冷保存的情况下保持食品无菌和保温长达一年，这在缺乏冷藏的地区是救命稻草。现在，公司致力于打造环保智能包装，既能保持安全，又最大化使用寿命，同时最大限度地减少环境影响。

包装的可持续发展挑战

实现真正可持续的包装需要解决一个复杂的工程难题。丽乐必须在环境目标（如使用可再生或再生材料）与严格的食品安全和工业绩效要求之间取得平衡。例如，再生纸或生物塑料在可追溯性和卫生方面存在不确定性，必须解决这些问题，才能安全使用这些材料储存食品。新型可持续材料在加工过程中表现不同，且有不同的要求，在某些方面比传统材料更具挑战性。

包装不仅仅是货架上的纸盒;而是整个系统创造了它。Tetra Pak 设计定制填充机，能够以惊人的速度成型、填充、封口和切割包装。瓦姆斯勒解释：“我们最快的机器每小时可生产40,000个包裹，而且这些部件需要使用多年。”换句话说，每条包装线都必须保持坚固和可靠，尽管持续使用以及纸板等天然材料的多样性（因树纤维或地区而异）。全球客户根据当地需求要求不同的包装尺寸和形状，因此很少能用一刀切的方案。

模拟包装设计的每一个环节

为了解决这些多方面的问题，Tetra Pak转向数字原型制作。产品开发团队利用多种不同的仿真领域来开发消费者包装和机器组件。在Tetra Pak的密封技术部门，Wamsler和Karlsson使用SIMULIA Abaqus有限元分析软件来建模从机械部件的应力到密封过程的热量和压力等各方面。“在密封部门，我们利用模拟来考察开发的各个方面，包括组件开发以及如何用不同材料进行密封，”Wamsler说。这意味着构建结合结构力学、热分析甚至电磁学的多物理模型。例如，某些封装密封涉及超声波或感应加热，因此工程师会在传热和包装层机械结合的同时模拟电磁场。他们偶尔还会结合计算流体力学，研究包装材料在填充过程中与液体产品的相互作用。

四乐百的工程师还必须密切关注材料行为。纸盒由层叠的纸张、聚合物，有时还有铝制成——这些材料比均匀塑料复杂得多。在引入新的生物基涂层或更薄的纸质时，团队必须确保密封依然牢固，包装不会撕裂。SIMULIA 的 Abaqus 提供了全面的材料模型库，对于真正新颖的行为，工程师们编写了自定义子程序代码。Wamsler指出：“对于处理极其复杂的材料，[Abaqus]在子程序方面具有极大的灵活性。”这种灵活性使得Tetra Pak能够精确模拟新聚合物或纸张混合物在压接、加热或长期负载下的响应——全部在数字环境中进行。“我们整个公司经常用Abaqus。它非常坚固且易于使用，“她补充道。

仿真不仅仅是孤立的测试;这是迭代设计策略的一部分。虚拟原型让Tetra Pak工程师能够快速探索无数设计变体。卡尔松说：“我们可以评估数百种不同的配置，找到最优的设备设计。”对于新的包装格式或材料，工程师会在计算机模型中调整机器设置、封口形状或材料厚度，而不是每次都自行制造，从而节省大量时间。例如，他们可以确定包装壁变薄可能如何影响密封强度，或修改过的密封钳口如何更均匀地分布压力。这种虚拟测试在设计可持续发展时尤为重要。

使用Abaqus进行模拟，能够找到一个最优解，以保持机器吞吐量和密封完整性，同时使用更环保的材料。卡尔松强调，如此广泛的探索“基本上离不开模拟是不可能的。所有循环都可能持续数天、数周......我们得到了模拟的巨大帮助;我们真的加快了循环的速度。”使用Abaqus进行模拟使Tetra Pak能够通过设计创新，而非昂贵的反复试验。

快速成果与更绿色的未来

这种仿真驱动的方法带来了显著的回报。曾经需要数月时间打造和拆解实体原型的开发周期，如今被大幅压缩。“与模拟系统合作......即使没有[实体]原型，你也能很快获得结果，“Wamsler解释道。“你其实可以试试这个想法，一小时或一天内就能得到答案。这真的有助于加快整个过程。”这种灵活性使得Tetra Pak能够更快地响应消费者需求和可持续发展目标。例如，在尝试新型植物基聚合物涂层时，工程师可以虚拟地验证现有密封机制是否仍然有效，或者在实际制造任何机械零件或材料生产之前很久就对设计进行调整。仿真缩短了每个设计循环，工程团队可以专注于完善想法，而非调试原型。

结果质量也有所提升。通过数字化测试数百种场景，Tetra Pak找到了比传统方法更好的解决方案。包装性能得到提升：密封更紧密可靠，机器部件优化以避免高速停机。Tetra Pak 团队指出，通过模拟，他们对包装性能有了全面的了解，提升了多样化产品的效率和质量。同样重要的是，仿真促进了可持续发展的创新。Tetra Pak可以引入更环保的材料，并通过Abaqus，快速解决这些新材料带来的各种问题，从密封完整性到机器磨损。结果是环保包装的稳步改进，同时不影响安全性和效率。先进的仿真已成为提高包装资源效率的关键方面，从而帮助通过可持续方式让全球范围内的食品供应。

最终，Tetra Pak证明了拥抱模拟能将工程挑战转化为创新。最初在保护食物与保护地球之间进行微妙平衡，最终变成双赢局面：更安全的产品、更快的开发速度以及更小的环境足迹。通过将材料和设计推向极限，Tetra Pak的工程师们自信地打造下一代可持续包装解决方案。每一个食品包装都反映了大量无形的数字实验，推动着可持续发展的实质进展。