Das VTT Technical Research Centre of Finland hat in Zusammenarbeit mit der Aalto-Universität und finnischen Industriepartnern eine neue Technologie zur Formung von Karton in einem einzigartigen kontinuierlichen Verfahren entwickelt, um von Origami inspirierte Strukturen für faserbasierte Verpackungsmaterialien von Rolle zu Rolle herzustellen.
Die Origami-Faltungen verleihen dem Karton völlig neue Eigenschaften. Das geringe Gewicht und die Langlebigkeit der Strukturen bieten eine hervorragende und optisch ansprechende Alternative zu schützenden Verpackungsmaterialien wie Kunststoff und expandiertem Polystyrol. Die Ästhetik des Materials hat auch das Interesse von Designern geweckt.
Dominanz des E-Commerce
Der Markt für Verpackungsmaterialien wächst weiter, da der E-Commerce dominiert. Es gibt jedoch auch zunehmende Bedenken hinsichtlich des CO2-Fußabdrucks von Verpackungen sowie der Zusammensetzung der Materialien. So sorgen beispielsweise globale Nachhaltigkeitsthemen wie Mikroplastikverschmutzung dafür, dass die Nachfrage nach neuen, nachhaltigen Verpackungslösungen weiter steigt.
Die Projekte FOLD und FOLD2, an denen 13 verschiedene Unternehmen, Organisationen und Universitäten in unterschiedlichen Phasen beteiligt sind, sind Grundpfeiler in dem Bestreben, die Verwendung von Karton als Verpackungsmaterial zu erneuern und zu erweitern. Das zweiphasige Projekt begann mit der Entwicklung einer Maschine zum Falten von Origami-Karton. In der nächsten Phase des Projekts sollen andere Materialien getestet werden. Das Ergebnis war ein durchschlagender Erfolg, der zu neuen Anwendungen von Karton als Verpackungsmaterial führte, das flexibel, haltbar, vielseitig und nachhaltig ist.
„Die Technologie von FOLD ist weltweit einzigartig. Durch Origami-Falten wird Karton zu einem flexiblen, schützenden und optisch ansprechenden Material, das es in der branchenweiten Produktion so bisher nicht gab. Mit der von uns entwickelten Technologie können auch faltbare Materialien aus recycelten Produkten hergestellt werden“, erklärt Jarmo Kouko, Gründer des FOLD-Projekts und Leiter des Forschungsteams bei VTT.
Inspiration durch Origami in Handarbeit
Die ursprüngliche Inspiration für das Projekt erhielt Kouko bei der Teilnahme an einer Verpackungskonferenz zum Thema Falttechniken. Traditionell wird Origami in Handarbeit gefertigt, wobei die Herstellung der komplizierten und komplexen Faltungen oft mehrere Stunden in Anspruch nimmt. Dieser intensive Prozess wäre normalerweise eine Einschränkung für kommerzielle Verpackungen, aber Kouko ließ sich von der Idee des maschinellen Faltens inspirieren, mit dem Materialien zu schützenden, leichten und optisch ansprechenden Formen veredelt werden können.
Die Lösung repliziert den manuellen Faltprozess mechanisch und bietet den Vorteil einer gleichbleibenden Präzision und Qualität, die von Hand nur schwer zu erreichen wäre. Da die Technologie auf eine Reihe von handelsüblichen Kartonqualitäten angewendet werden kann, sind keine Anpassungen an den verwendeten Materialien erforderlich.
„Das japanische Miura-Origami-Muster, das wir ausgewählt haben, ist relativ einfach, sodass es sich potenziell für das Falten vieler anderer Materialien eignet. Wir haben die Möglichkeiten der Entwicklung von Techniken und Modellen untersucht, bei denen Filz oder Folien aus PET, die in Kunststoffverpackungen weit verbreitet sind, in die Miura-Form gebracht werden könnten. Wir haben auch einige Vorversuche mit anderen Materialien, wie z. B. Aluminiumfolie, durchgeführt“, fährt Kouko fort.
Zusammenarbeit mit der Industrie für eine schnellere Kommerzialisierung
Acht Industrieunternehmen waren am FOLD-Projekt beteiligt und wirkten sowohl an der Entwicklung als auch an der Finanzierung mit. Die aktuelle Phase, bekannt als FOLD2, begann im März 2024 mit der fortgesetzten Unterstützung durch ein Konsortium von Unternehmen. Das Ziel für die Zukunft ist es, die Einsatzmöglichkeiten der Technologie auf andere Materialien auszudehnen und Partner in ganz Europa für Pilotprojekte sowie globale Partner für die Vermarktungsphase nach Abschluss von FOLD2 zu finden.
„Die Verpackungsindustrie ist sehr an FOLD interessiert; die enge Zusammenarbeit mit verschiedenen Unternehmen ermöglicht es uns, schnell von der Innovationsphase zur praktischen Anwendung überzugehen. Wenn das Projekt wie geplant verläuft, könnte Origami-Karton in drei bis fünf Jahren auf den Markt kommen“, so Jari Räsänen, F&E-Manager bei Stora Enso, einem der am Projekt beteiligten Unternehmen.
Schönes Material inspiriert Designer
Neben seiner Vielseitigkeit und Umweltfreundlichkeit inspiriert das FOLD-Material auch Designer. Auf den Designwochen 2023 in Finnland und den Niederlanden wurden bereits Demo-Pakete aus dem Origami-Karton vorgestellt, die auf Begeisterung stießen.
So ist beispielsweise bei Anwendungen für Luxusartikel, etwa in der Kosmetikindustrie, die Ästhetik der Verpackung ein wichtiger Teil des Kundenerlebnisses. FOLD bietet Verbrauchern ein hochwertigeres Auspackerlebnis, das zudem umweltbewusster ist als traditionell verwendete Lösungen wie Luftpolsterfolie aus Kunststoff und expandiertes Polystyrol. „Aufgrund seines interessanten visuellen Erscheinungsbilds und des nachwachsenden Materials eignet sich Origami gut für Konsumgüter“, sagt Essi Arola vom skandinavischen Hautpflege- und Kosmetikunternehmen Lumene.
„Das Falten von Karton eröffnet uns völlig neue Möglichkeiten bei der Entwicklung faserbasierter Verpackungen, beispielsweise für die Lebensmittelindustrie. Mit unserem neuen japanischen Eigentümer sind Origami-Faltungen ein besonders interessantes Thema“, sagt Annika Sundell vom Verpackungsunternehmen Walki Group. Das Material regt auch zu neuen Forschungsarbeiten und praktischen Lösungen in verschiedenen Disziplinen an.
Multidisziplinäre Zusammenarbeit
„Dieses Projekt ist ein gutes Beispiel für die Kraft der multidisziplinären Zusammenarbeit. Die Lösung von Problemen im Zusammenhang mit Faltungen erfordert nicht nur ein Verständnis der idealen geometrischen Strukturen, sondern auch Kenntnisse über Materialien und Modellierung durch Design- und Ingenieurwissenschaften. Unvoreingenommene handgefertigte Prototypen haben neben praktischen Anwendungen zahlreiche neue Forschungsfragen aufgeworfen. Neben Verpackungslösungen eignen sich die Ergebnisse des Projekts beispielsweise auch für Schleifmittel und Innenstrukturen“, fasst Kirsi Peltonen zusammen. Sie ist Mathematikdozentin an der Aalto-Universität mit Schwerpunkt Origami.
Neben VTT und der Aalto-Universität waren auch Anpap, Business Finland, Elomatic, Lumene, Metsä Board, Mirka, Orfer, Soften und Stora Enso am FOLD-Projekt beteiligt. Am FOLD2-Projekt sind VTT, die Aalto-Universität, Anpap, Business Finland, Marja-Suomen Taimituotanto, Mirka, Soften, Stora Enso und Walki beteiligt.