Cómo la impresión 3D potencia la automatización en la alimentación

La hostelería es un sector conocido por sus desafíos. Obras como Confesiones de un chef de Anthony Bourdain, la serie The Bear o la horripilante sátira gourmet de la película El menú muestran que satisfacer a los clientes, obtener beneficios y mantener motivado al personal parece ser un esfuerzo titánico. En 2023, como parece que ocurre con tantos otros sectores, la respuesta a estos desafíos sería incorporar robots en la cocina. Pero... ¿integrar la automatización con la comida? Eso no es tan fácil. 

Hyphen, una startup de automatización en la hostelería de San José, en California, lo ha conseguido. Ha logrado crear y poner en práctica herramientas para la automatización de los restaurantes, colaborando con socios que facturan más de mil millones de dólares en ventas cada año. 

La impresión 3D ha tenido un papel importante en su velocidad para llegar al mercado y en su enfoque modular único para la creación de comida. Utilizan varias impresoras Form 3+, Form 3L y Fuse 1+ 30W para realizar el prototipado rápido de cientos de componentes de maquinaria y para fabricar herramientas de moldeo, piezas de recambio y accesorios para la fabricación.

Aunque algunos productores industriales de alimentos tienen máquinas específicas para ciertos ingredientes, como cortadoras automáticas de lechuga, hasta ahora nadie había sido capaz de crear una solución que abarcara la variedad de ingredientes que desean los clientes de los restaurantes. Hablamos con el CTO y cofundador Daniel Fukuba, el vicepresidente ejecutivo de Hardware y Fabricación Maneesh Jain y con el ingeniero mecánico Jacob Boyer para saber más acerca de cómo Hyphen se está convirtiendo en pionera del mercado de la automatización alimentaria. "Todo en lo que estamos trabajando aquí es completamente nuevo. No existe en el mundo real. Por eso, todo lo que fabricamos está hecho a medida. Y tenemos que hacerlo lo más rápido posible para ser los primeros en llegar al mercado con lo que estamos intentando crear", dice Boyer.

La pandemia ha acelerado los cambios en el sector de la hostelería: desde la proliferación de modelos basados en cuencos hasta el énfasis en opciones personalizables. La salud y el bienestar se han convertido en grandes fuentes de ganancias, e incluso cadenas de restaurantes de bocadillos como Subway han empezado a ofrecer opciones en cuencos para clientes que quieran evitar el pan. 

Estos factores están poniendo a prueba a los trabajadores. En cualquier momento pueden llegar decenas o cientos de pedidos en línea, que deben compaginarse con los pedidos presenciales. Cuando hay que ofrecer volúmenes tan grandes de comida en poco tiempo, es fácil cometer errores. Esto reduce la fiabilidad de los restaurantes y perjudica a la experiencia de los clientes, además de aumentar los costes por el desperdicio de comida que supone. 

La automatización puede ayudar a resolver estos problemas en otros sectores, pero el carácter orgánico de los alimentos hace que para los sistemas robóticos típicos sea difícil manipular los ingredientes. Hyphen ha podido ofrecer el primer juego de herramientas para la automatización de restaurantes creando nuevos sistemas robóticos, y la impresión 3D es la clave de su ritmo rápido de innovación. 

"En los restaurantes que venden su comida en cuencos, todos los pedidos pueden ser personalizados; no suele haber elementos fijos en el menú, así que hace falta un entorno de producción de alta mezcla, que es algo a lo que se prestan las máquinas. Y cuando se trabaja con comida, es muy difícil, porque hay propiedades de los materiales que pueden cambiar a lo largo del día en función de cómo se preparan", dice Fukuba.

El producto de Hyphen es una mesa de preparación modular que resuelve los problemas de espacio, mano de obra, pedidos digitales y demanda de personalización al crear un sistema en los que los restaurantes pueden confiar para que trabaje junto con sus empleados, en vez de a pesar de ellos. Las mesas de preparación, se pueden personalizar, expandir y mover para maximizar la eficiencia. "Diseñamos nuestro sistema para que sea una solución híbrida en la que pueda haber operarios trabajando junto con la automatización", dice Fukuba.

En la mesa de preparación, los ingredientes se distribuyen mediante un sistema de tolvas, balanzas y contenedores. Cada tolva, embudo y dosificador de tornillo se debe calibrar específicamente para el tipo de comida que va a servir. Por ejemplo, el alimento puede ser un pepino, pero hacen falta mecanismos diferentes para pelarlos o cortarlos en rodajas, tacos o cuartos. "Cada ingrediente tiene sus propios requisitos únicos, así que tenemos que crear y probar productos nuevos que estén adaptados a esas características específicas", dice Boyer.

Han podido crear estas mesas de preparación realizando miles de iteraciones de sus componentes. Para hacer maquinaria capaz de manipular la infinidad de posibles variaciones de los alimentos, el equipo diseña y prueba dicha maquinaria utilizando las máquinas de SLA Form 3+ y Form 3L, así como unidades SLS Fuse 1+ 30W.

El laboratorio de impresión 3D trabaja con decenas, si no cientos, de archivos cada semana de diferentes diseñadores e ingenieros. El equipo es capaz de imprimir múltiples versiones de tolvas, dosificadores de tornillo sinfín o carcasas, teniendo en cuenta innumerables factores como el fluido, la viscosidad o la densidad del ingrediente. El trabajo de I+D en Hyphen se centra principalmente en el prototipado de dispensadores y su labor nunca termina. 

Cualquier cosa, desde el agua vertida por el tofu hasta el tiempo de recolección de la col rizada, puede afectar a la forma en que el ingrediente se desplaza por esa tolva. Hyphen tiene que gestionar no solo el diseño de las piezas, sino también un enorme catálogo de ingredientes validados, con el fin de estar preparados para ampliar su oferta de productos en cualquier momento.

Cada día puede haber entre una y tres pruebas diferentes con algún ingrediente establecido o para crear referencias. Cuando tienen una referencia de las características del ingrediente, prueban si puede desplazarse de forma correcta y fiable por el sistema. A partir de ahí (y esto puede cubrir entre dos y 20 iteraciones del equipamiento físico), tienen que introducir los datos de la precisión y el diseño de la pieza y seguir esa referencia para cientos de alimentos. 

"Las tolerancias de las máquinas son de mucha ayuda, porque son mejores de lo que necesitamos en la mayoría de los casos. No tenemos que pensar mucho en ello. Por eso, si hacemos formas muy extrañas, es muy útil... el único límite es nuestra imaginación cuando disponemos de estas prestaciones", dice Boyer. 

Para abarcar el volumen de impresión, el equipo invirtió en tres impresoras Form 3+ y añadió inmediatamente la Form 3L en cuanto se lanzó. Incorporar la Fuse 1+ 30W en 2022 les dio la capacidad de empezar a trabajar en la fabricación en lotes de piezas de uso final que no entran en contacto con los alimentos y les permitió imprimir piezas de pequeño tamaño para reparaciones de máquinas en situaciones de uso real. Durante la pandemia, los ingenieros pudieron llevarse a casa las impresoras de escritorio Form 3+ para seguir realizando iteraciones.

La disponibilidad de los materiales de la Form 3+ y la Form 3L ha permitido que el equipo obtenga mejores resultados de su proceso de ensayo. Aunque en un principio usaban la Grey Resin y la Tough 2000 Resin, Fukuba descubrió que imprimir con la Clear Resin permitía al equipo de ensayo crear vídeos y fijarse en cualquier problema enseguida. "Hay muchas cámaras dispuestas alrededor del sistema de ensayo y podemos realizar estos ensayos de referencia para ver rápidamente lo que ocurre dentro de las tolvas al imprimirlas con la Clear Resin".

Debido a lo estrictas que son las normativas de seguridad alimentaria, muchas piezas de uso final que van a entrar en contacto con alimentos acaban fabricándose en acero inoxidable, pero para prototiparlas con precisión, Hyphen usa la Rigid 10K Resin para simular la rigidez y la lisura del resultado final. "La mayoría de los dosificadores de tornillo se harán a partir de una pieza de acero inoxidable envuelta en alambre, así que mientras seguimos ajustando las geometrías, las imprimimos todas con la Rigid 10K Resin", dice Fukuba. 

Para prototipar piezas que se acabarán haciendo con goma o silicona, el equipo utiliza las resinas de la familia Flexible y Elastic en vez de pedir moldes a terceros. Cualquier diseño de sello o del estilo de un fuelle que sea necesario se puede prototipar y probar con rapidez sin detener el proceso para esperar a que llegue un molde.

En el caso de los accesorios para la fabricación y las piezas de uso final que no entren en contacto con los ingredientes, Boyer a menudo compara el coste del utillaje con el de imprimir in situ, y ha llegado a la conclusión de que en la mayoría de las ocasiones, la Fuse 1+ 30W y el Nylon 12 Powder resultan más baratos para sus remesas de bajo volumen que enviar un diseño a una empresa para mecanizarlo.

Algunos prototipos son solo componentes, pero el tamaño y la potencia de la Fuse 1+ permite al equipo de ingeniería de Hyphen construir una mesa de preparación entera y realizar iteraciones de ella en solo 30 días. Para un producto tan grande y con tantas piezas móviles (por no decir la cantidad de alimentos diferentes que será capaz de manipular), un mes es un tiempo innegablemente corto.

El equipo pudo conseguirlo imprimiendo casi todos los componentes en la Fuse 1+ 30W y la Form 3L, salvo la refrigeración y los armazones y chasis metálicos. "Antes de encargar utillaje para varias piezas que se podrían moldear por inyección en el futuro, podemos simular la máquina entera con piezas impresas en 3D. Nos ayuda a encontrar oportunidades para realizar cambios en el diseño de cada máquina y ser flexibles", dice Fukuba.

El sector de la hostelería se mueve con rapidez y a sus trabajadores se les exige mucho para que sigan el ritmo, sobre todo ahora que los pedidos digitales, la personalización y el aumento de los costes están incrementando la presión. Para ofrecer una solución hecha a medida para estos restaurantes, Hyphen tiene que moverse igual de rápido. Al utilizar un parque de impresoras SLA y SLS, los equipos de ingeniería y de diseño pueden afrontar el desafío de la automatización con ingredientes que cambiar continuamente para cada cliente, en cada hora y de cualquier forma.

Para saber más acerca de la impresión 3D para la producción provisional o para ver si la serie Fuse y la serie Form 3 son adecuadas para tu proceso de trabajo, contacta con nuestro equipo o visita nuestra página de recursos.