Krankheiten wie Diabetes werden häufig durch ungesundes Ess- und Trinkverhalten verursacht. Das liegt zum einen daran, dass viele Menschen in Getränken den versteckten Zuckergehalt oft nicht wahrnehmen. Zum anderen schmeckt vielen pures Wasser schlichtweg nicht, sodass sie lieber zu gezuckerten Getränken wie Limonaden oder Säften greifen.
Das Münchner Unternehmen air up hat mit dem Verkauf von Trinkflaschen, die Wasser nur durch Duft aromatisieren, einen neuen Trend für gesunde Getränke mit mehr Geschmack gesetzt. Dabei hat sich das Team von air up das Phänomen des sogenannten retronasalen Riechens zu Nutze gemacht. Denn bis zu 80 % unseres Geschmacks werden nicht durch die Zunge definiert, sondern durch die Nase.
Die Technologie für die neuen Trinkflaschen funktioniert dabei wie folgt: Durch die Aromapods am Mundstück steigen aromatisierte Luftblasen beim Trinken in den Mundraum und gelangen durch den Rachenraum zu den Riechrezeptoren. Diese sind dafür zuständig, den Geruch an das Gehirn weiterzugeben. Da das Aroma der Duftpods aus dem Rachenraum stammt, erkennt unser Gehirn den Geruch, jedoch wird dieser als Geschmack wahrgenommen. Das lässt pures Wasser wie eine leckere, süße Limonade schmecken.
Der 3-D-Druck spielte im Entwicklungsprozess dieser Trinkflaschen eine Schlüsselrolle, sowohl für den direkten Druck von detaillierten und lebensmittelechten Funktionsprototypen als auch für das Rapid Tooling, um schnell und einfach spezielle Werkzeuge und Formeinsätze für traditionelle Fertigungsverfahren herzustellen.
Von Prototypen zur verkaufsfertigen Flasche
Von der Idee bis hin zur finalen Trinkflasche – air up setzte den 3-D-Drucker im gesamten Produktentwicklungsprozess ein. Zunächst wurden die einzelnen Teile designt. Dann mussten die Prototypen entwickelt, getestet und verbessert werden. Das Team des Unternehmens benötigte dafür wasserdichte, luftdichte und lebensmittelechte Prototyp-Materialien. Der 3-D-Druck vereinfachte diese Prozesse bedeutend und eignete sich sehr gut für die Prototypenentwicklung.
Durch den Einsatz von 3-D-Druckern von Formlabs konnte air up die einzelnen Teile in einer CAD-Software designen, leicht anpassen und flexibel verändern. Die STL- oder OBJ-Datei wurde dann in eine Software zur Druckvorbereitung importiert, damit der 3-D-Drucker die Informationen verarbeiten konnte. Im Anschluss wurden die Prototypen direkt vor Ort in wenigen Stunden oder gar Minuten gedruckt. Dabei fiel die Wahl auf den SLA-3D-Druck. Das Druckmaterial bildet verschiedene Kunstharze. Diese befinden sich in Kartuschen und können flexibel ausgetauscht werden. Beim Druck fließt das flüssige Kunstharz in einen Tank und wird dort anschließend mit UV-Strahlen gehärtet. Zu Beginn des Drucks fährt eine Druckplattform herunter, bis sie mit dem Kunstharz abschließt. Anschließend härtet der Laser Schicht für Schicht das Produkt. In diesem Prozess taucht die unterste Schicht immer wieder in das flüssige Kunstharz ein, sodass ein nahtloser Druck möglich ist.
Im Laufe der Produktentwicklung baute das Team von air up seine eigenen Druckmöglichkeiten aus. Dank verschiedener klein- und großformatiger 3-D-Drucker verfügt es nun über flexible und schnelle Kapazitäten zur Prototypenherstellung. Das eröffnet dem Team neue Möglichkeiten. Die Integration neuer 3-D-Drucker in die bestehende Druckerflotte ist dabei sehr unkompliziert.
Die Materialauswahl fiel während der Prototypentwicklung auf ein weißes Kunstharz, das universell einsetzbar ist und sich daher gut für die Prototypisierung eignet. Aber auch Dentalmaterialien wie biokompatible Harze kamen gelegentlich zum Einsatz. Zwar wurden diese eigentlich für zahnmedizinische Anwendungen wie Bohrschablonen entwickelt. Doch durch ihre biokompatible (und lebensmittelechte) Eigenschaft eignen sie sich auch hervorragend für die Trinkflasche.
Komplexe Geometrien schnell und einfach herstellen
Bei der Trinkflasche sind das Mundstück und die Duftpods entscheidend für die retronasale Wahrnehmung während des Trinkens. Insbesondere das Design des Mundstücks stellte sich dabei als sehr komplex heraus. Doch mithilfe von Rapid Tooling konnte das Team schnell und einfach Formeinsätze für den Silikonguss herstellen. So musste für ein Mundstück nur noch das Silikon in die fertige, 3-D-gedruckte Silikonform gegossen und anschließend am fertigen Prototypen getestet werden. Hunderte Iterationen später hatte das Team somit auch schon das finale Mundstück für die verkaufsfertige Trinkflasche.
Neben dem Silikonformenbau der komplexen Mundstücke wurden mithilfe von Rapid Tooling auch die Prototypen der Pod-Vorrichtungen und Strohhalme entwickelt. Durch das Zusammenspiel aus den 3-D-gedruckten Formen und dem Gießsilikon erreichte das Team besondere Detail- und Maßgenauigkeit, ohne dabei Zeit einzubüßen. Und durch die hausinternen Iterationen und Prototypentests konnten die Qualität der Produkte kontinuierlich und kosteneffizient verbessert werden.
Auf dem Weg zu weiteren Innovationen
Durch die einfache Handhabung der 3-D-Drucker und der Inhouse-Produktion konnten die Designer selbst aus ihren Entwürfen Prototypen anfertigen, sie direkt testen und flexibel Änderungen vornehmen und waren an keine langen Wartezeiten von Zulieferern gebunden.
Außerdem zeigt ein quantitativer Vergleich zwischen dem Rapid Prototyping und dem Rapid Tooling mit hausinternen 3-D-Druckern und ausgelagertem Prototyping mit Silikonformenbau: Eine Iteration mit Rapid Tooling erforderte intern 24 Stunden und ca. 16 Euro Materialkosten. Demgegenüber nahm ein Outsourcing des Prozesses vier Wochen in Anspruch und bedurfte ca. 20 000 Euro.
Insgesamt konnte air up dank 3-D-Druck und Rapid Tooling viele Fehler vermeiden und das Produkt schneller auf den Markt bringen. Und nicht zuletzt hat der 3-D-Druck den Arbeitsalltag der Designer enorm erleichtert und beschleunigt.
Das Endergebnis: Ein Trinksystem und abwechslungsreiche Aromapods, die 5 bis 7 l Wasser aromatisieren können. So wird das pure Wasser attraktiver zum Trinken, bleibt jedoch frei von jeglichen versteckten Zuckerzusätzen. Hinzu kommmt, dass Verbraucher dadurch nicht mehr auf fertig abgefüllte PET-Einwegplastikflaschen zurückgreifen müssen.
Das Team von air up feierte nur zwei Jahre nach seine Gründung den Meilenstein von einer Million Kunden und konnte bis März 2022 auf rund 240 Mitarbeitende anwachsen. Ziel des Unternehmens ist es, an weiteren Innovationen mit dem 3-D-Druck zu arbeiten und die Grenzen des 3-D-Drucks in der Lebensmittelbranche für zukünftige Projekte zu erweitern.
Autor: Stefan Holländer
Managing Director EMEA,
Formlabs
