Improving corrugated package design with virtual compression test
Heposalmi, Susanna (2022)
Diplomityö
Heposalmi, Susanna
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022033126235
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022033126235
Tiivistelmä
Physical and virtual prototyping are commonly used techniques to improve the product design process and product quality in the field of engineering. However, due to the complex mechanical nature of the corrugated board, which requires specific material models and finite element techniques, the corrugated board packaging industry has not been able to benefit from virtual prototyping on the same scale as the other industrial fields.
This case research investigates the advantages and disadvantages of physical and virtual prototyping with a focus on the effect of virtual prototyping on the design process, material optimization, and reliability. To examine these key parameters, the experiments toward design process, user experience, and prototyping outcome are implemented with comparative design processes in a corrugated board packaging company, where the finite element model-based tool has been developed to improve the product design process and product quality.
The results indicate that a virtually assisted product design process significantly reduces the product development time, enhances material optimization, and adds value to visual 3D content. The reliability of virtual prototyping was found to be acceptable in comparison with physical prototyping, however, to interpret any strength analysis results, a deeper knowledge of the subject and corrugated materials is needed in further research as well as model behavior validation with more complex corrugated designs. Fyysisten ja virtuaalisten prototyyppien testaaminen ja tarkasteleminen ovat teollisessa suunnittelussa yleisesti käytettyjä menetelmiä tuotesuunnitteluprosessin ja tuotteen laadun parantamiseksi. Aaltopahvin monimutkainen mekaaninen rakenne vaatii kuitenkin yksityiskohtaisia materiaalimalleja ja elementtitekniikoita, minkä vuoksi pakkausteollisuus ei ole kyennyt hyödyntämään simulointitekniikoita kuten muut teollisuudenalat.
Tämä tapaustutkimus tarkastelee fyysisten ja virtuaalisten prototyyppien etuja ja haittoja keskittyen elementtimenetelmäsimuloinnin vaikutukseen suunnitteluprosessiin, materiaalioptimointiin ja puristuslujuuden mittaamisen luotettavuuteen. Tutkimus keskittyy suunnitteluprosessin, käyttäjäkokemuksen ja prototyyppien puristuslujuustestaamisen havainnointiin. Tutkimus on toteutettu vertailemalla fyysistä ja virtuaalista testausprosessia aaltopahvipakkauksia valmistavassa yhtiössä, joka on kehittänyt elementtimallipohjaisen sovelluksen tuotelaadun parantamiseksi.
Tulokset osoittavat, että simulointiavusteinen tuotesuunnitteluprosessi lyhentää merkittävästi tuotekehitysaikaa, tehostaa materiaalien optimointia ja luo lisäarvoa materiaalikäyttäytymistä osoittavan 3D-mallin avulla. Tutkittujen rakenteiden ja materiaalien elementtimenetelmäsimuloinnin luotettavuus todettiin hyväksytyksi, mutta lujuusanalyysin tulosten tulkitsemiseksi tarvitaan syvempää tuote- ja materiaaliosaamista.
This case research investigates the advantages and disadvantages of physical and virtual prototyping with a focus on the effect of virtual prototyping on the design process, material optimization, and reliability. To examine these key parameters, the experiments toward design process, user experience, and prototyping outcome are implemented with comparative design processes in a corrugated board packaging company, where the finite element model-based tool has been developed to improve the product design process and product quality.
The results indicate that a virtually assisted product design process significantly reduces the product development time, enhances material optimization, and adds value to visual 3D content. The reliability of virtual prototyping was found to be acceptable in comparison with physical prototyping, however, to interpret any strength analysis results, a deeper knowledge of the subject and corrugated materials is needed in further research as well as model behavior validation with more complex corrugated designs.
Tämä tapaustutkimus tarkastelee fyysisten ja virtuaalisten prototyyppien etuja ja haittoja keskittyen elementtimenetelmäsimuloinnin vaikutukseen suunnitteluprosessiin, materiaalioptimointiin ja puristuslujuuden mittaamisen luotettavuuteen. Tutkimus keskittyy suunnitteluprosessin, käyttäjäkokemuksen ja prototyyppien puristuslujuustestaamisen havainnointiin. Tutkimus on toteutettu vertailemalla fyysistä ja virtuaalista testausprosessia aaltopahvipakkauksia valmistavassa yhtiössä, joka on kehittänyt elementtimallipohjaisen sovelluksen tuotelaadun parantamiseksi.
Tulokset osoittavat, että simulointiavusteinen tuotesuunnitteluprosessi lyhentää merkittävästi tuotekehitysaikaa, tehostaa materiaalien optimointia ja luo lisäarvoa materiaalikäyttäytymistä osoittavan 3D-mallin avulla. Tutkittujen rakenteiden ja materiaalien elementtimenetelmäsimuloinnin luotettavuus todettiin hyväksytyksi, mutta lujuusanalyysin tulosten tulkitsemiseksi tarvitaan syvempää tuote- ja materiaaliosaamista.