尽管食品罐已经使用了 210 多年，但罐头制造商和包装钢行业今天仍在优化食品罐和其他锡制容器的每一个细节。 创新等级的集装箱钢是基础；工艺和几何调整，单个组件进一步开发的初始指南。 然而，输出材料的微小变化会极大地影响可加工性。 必须使机器和工具适应材料的新特性，因为无法预见用于包装的新钢在改变的物理条件（例如厚度减少）下的表现。 这就是包装行业的一种新方法发挥作用的地方：有限元方法 (FEM)。
德国唯一一家马口铁制造商蒂森克虏伯拉塞尔斯坦 (Thyssenkrupp Rasselstein) 不再像过去那样使用成本高昂的“反复试验”方法来测试创新包装钢材的使用、包装几何形状的变化或包装厚度的减少；几年来，他一直在使用有限元方法 (FEM) 以虚拟和高效的方式模拟测试。 为此，这家德国生产商组建了一个团队，帮助其客户提高效率。 通过这种方式，可以更快、更轻松地完成优化。 “有限元模拟可以虚拟地执行几何和加工优化。我们包装钢的详细描述构成了产品优化的基础，包括材料优化，以及根据客户的要求优化罐、盖或组件。使用此程序可以在节省大量时间和资源的情况下实施优化，”蒂森克虏伯拉塞尔斯坦有限公司应用技术总监 Manuel Köhl 博士说。
详细描述钢材
对所谓的包装钢材料图表进行准确逼真的模拟，对材料特性进行精确而广泛的描述。 例如，使用有限元方法，食品或气雾罐制造商甚至在加工更精细或更创新的容器钢之前就知道某些项目在实践中是否可行。
“近年来，高强度集装箱钢的开发一直是 Rasselstein 的优先事项。例如，在此前提下开发的 rasselstein® Solidflex 牌号可显着减少“易开”瓶盖和气雾罐组件的厚度。目前，我们正在将此系统转移到其他等级，特别针对三片罐和 DWI 罐进行了优化。正是针对这个产品组，我们检查了新钢材和针对它们优化的凹槽形状的性能，同时考虑了新的厚度减少，”Köhl 说。 但是，有限元方法可以应用于所有类型的罐头及其部件，例如气雾罐部件、旋开盖或皇冠盖。
基于 FEM 的系统及其在新包装钢中的逐步应用，不仅通过减少以这种方式实现的厚度来节省资源，还减少了运输过程中的二氧化碳排放。 “此外，FEM 允许项目产品的具体化，从而鼓励包装行业的创新。制造商可以大胆开展更雄心勃勃的项目，并提出更具创意的解决方案，”科尔说。
蒂森克虏伯 Rasselstein 现在通过可用的材料图表扩展其数据库，并为全球客户提供有限元模拟服务。 尤其是不具备复杂计算能力的中型企业将受益。 “通过这种方式，中小型公司可以在不产生大量费用的情况下测试设计和优化。我们还向大公司提供经过验证的材料信函供他们自己计算，同时通过我们的 FEM 专家为他们提供产品和过程模拟服务。这将节省他们在规划和产品开发阶段的时间，”Köhl 解释道。
有限元方法将有助于该行业的可持续发展
通过 FEM 方法，thyssenkrupp Rasselstein 使用了一种已经应用于其他高性能领域的技术：“到目前为止，FEM 主要用于汽车领域；这是包装行业的新鲜事物，”Ioana Weinand 说。 开发工程师负责在 thyssenkrupp Rasselstein 实施有限元方法，以及在客户和内部项目中应用仿真功能。 Rasselstein FEM 团队目前得到了一名博士候选人的支持，他正在与埃尔兰根大学合作，以基础和科学的方式促进包装钢的表征。
FEM 是 thyssenkrupp Rasselstein GmbH 提高其流程效率和敏捷性的综合数字化战略的核心。 “我们相信，世界经济论坛将有助于提高钢铁和包装行业的可持续性。
很快，如果没有有限元方法，我们将无法设想扇区。 出于这个原因，我们将更加专注于未来的 FEM 主题，因为我们希望站在这项创新技术进一步发展的前沿，”Köhl 强调说。
