La fabricació de bosses de mà-ja siguin de paper, plàstic o teixit no teixit-inclou una sèrie de passos: tallar, segellar, plegar i acabar. Aquests passos converteixen les matèries primeres enrotllables contínuament en una bossa acabada per a ús al detall o fàbrica. Afegir nanses i instal·lar pedaços és la tasca mecànica més difícil d'aquests passos. El fabricant de bosses ha de moure una xarxa de diversos materials alhora, aplicar cola o termosellats amb gran precisió i mantenir una velocitat de més de 150 bosses per minut. Per entendre com aquestes màquines gestionen automàticament la inserció i els pegats, hem de mirar les peces mecàniques, els sistemes de sensors i les configuracions de control que funcionen conjuntament.
La línia de base: formació del cos de la bossa
Les bosses s'han de fer abans d'afegir nanses o pegats. En un fabricant de bosses de plàstic estàndard, la pel·lícula cau d'un rotlle gran, es plega en forma de tub i segella a la part inferior. La fulla de tall talla la canonada en butxaques separades amb una longitud adequada. A continuació, cada bossa avança a la cinta transportadora o al sistema de cadena, preparada per al següent pas.
L'alineació de la bossa quan arriba al mànec o a l'estació de reparació és clau per a tots els treballs posteriors. Si la bossa cau 2 mm o 3 mm, la manipulació o el pegat continuarà anant malament, fent una bossa dolenta. L'alineació s'aconsegueix mitjançant guies mecàniques, fotoreceptors que llegeixen l'empremta a la pel·lícula i sistemes de transmissió servo-per ajustar la posició de la bossa mentre es mou. aquestes necessitats d'exactitud estan cobertes per la norma ISO 21848. Estableix límits de mida per a màquines d'envasament flexible.
Inserció del mànec: Preparació i alimentació del material
La inserció automàtica de la nansa comença amb un subministrament separat de materials: un rotlle de material pla-com ara cinta de paper, cinta de plàstic o tires de pel·lícula tallada-es converteix en la nansa de la bossa. El material del mànec s'ha de retallar a una certa longitud i, si es necessita un mànec de llaç, plegueu-lo i col·loqueu-lo al lloc correcte de la bossa abans de connectar-lo.
En un fabricant de bosses per a una bossa circular, primer es talla la tira del mànec a una longitud adequada per a les pestanyes de fixació del bucle del mànec. A continuació, la banda es plega en forma d'U o D mitjançant una taula plegable mecànica amb una placa guia i un carril guia. La forma dels plecs ha de ser la mateixa cada vegada. El canvi en el plec canvia la longitud del mànec, fent-lo desigual. Els sistemes de plegat controlat per servo-han substituït les carpetes mecàniques impulsades per lleves-en màquines més noves. Això es deu al fet que el sistema servo permet canviar les mides de plegat electrònicament sense necessitat de substituir peces.
El reforç del pedaç-col·locant un petit rectangle de material al punt de fixació del mànec per repartir la càrrega i evitar que el mànec trenqui la membrana de la bossa-uneix una xarxa separada de materials de pegat i els talla en pegats individuals. Els pegats es tallen normalment amb una matriu rotativa i s'utilitza una enclusa per tallar el pegat. Això permet que el pegat de la mateixa mida es produeixi a la mateixa velocitat. A continuació, el pegat es mou a la bossa amb ventoses de buit o un dispositiu mecànic. Aquests col·loquen el pegat exactament per sobre del punt de fixació del mànec.
La societat d'enginyers de fabricació ha escrit un article sobre sistemes d'alimentació de material accionats per servo{0}}en processos mecànics. Mostren que quan s'utilitzen alimentadors servo per al control de la tensió en temps real-de la xarxa de material, es pot aconseguir una precisió d'alineació de ± 0,5 mil·límetres a una velocitat de 200 voltes per minut. Aquest nivell de precisió és clau per a la col·locació del pegat. El pegat ha de cobrir completament la zona de fixació del mànec per proporcionar un bon reforç.
L'operació d'unió: adhesiu, segellat tèrmic o soldadura per ultrasons
Un cop el mànec i el pegat de la bossa estiguin al seu lloc, s'han de fixar. A la màquina de fabricació de bosses de mà, hi ha tres tipus de mètodes d'unió utilitzats habitualment. Segons el material d'embalatge, la força d'unió necessària, la velocitat de producció i altres factors a seleccionar.
L'aplicació de hot melt és el mètode més flexible. És adequat per enganxar nanses i pegats a paper, tela no-teixida i algunes bosses de plàstic. El dipòsit de cola escalfat bombeja l'adhesiu fos a través d'un broquet programable. Aquest broquet posa un patró de cola a la bossa o a l'etiqueta del mànec. El patró de broquet-normalment rectangular, doble-cablejat o amb punts-és controlat per una vàlvula solenoide, que s'obre i es tanca a mesura que la màquina circula. La temperatura i la quantitat de cola han de ser adequades. Massa poca cola, massa feble, pot trencar-se amb el pes. Massa cola pot provocar extrusions que taquin les màquines i les superfícies de les bosses de tela.
Quan la bossa i el mànec siguin del mateix tipus de pel·lícules termoplàstiques, utilitzeu un segellat tèrmic. Escalfeu el segell i premeu el mànec a la bossa. Això fon el punt de contacte de plàstic i es forma una soldadura. Els paràmetres del segell-temperatura, pressió i temps-s'han de configurar per a pel·lícules específiques. ASTM F88 proporciona un mètode de prova estàndard per mesurar la resistència del segellat de materials flexibles. Els fabricants de màquines utilitzen aquestes proves per comprovar la configuració del segell al controlador de la màquina.
La soldadura per ultrasons és un mètode d'envasament relativament nou, especialment adequat per a bosses no teixides. Els altaveus d'ultrasons vibren entre 20 i 40 kHz. Això crea calor de fricció al punt de contacte entre l'etiqueta del mànec i la bossa. La calefacció local es pot soldar sense calor addicional ni cola. La soldadura per ultrasons té els avantatges de neteja, insípid i sense danys tèrmics als materials circumdants. Això és important per a l'ús de bosses-de qualitat alimentària. El NIST va publicar un treball sobre l'establiment de paràmetres de soldadura per ultrasons per a materials termoplàstics no teixits. Van trobar que la força de la soldadura estava estretament relacionada amb l'amplitud de la vibració i la pressió de subjecció. Els millors paràmetres poden variar molt segons el tipus de polímer.
Sincronització: l'arquitectura de control
El principal repte amb la inserció automàtica del mànec i el processament de pedaços és el temps. Les bosses, els materials de mànec, els materials de pegat i el mecanisme d'unió han d'estar tots a la mateixa posició al mateix temps, movent-se a gran velocitat cicle rere cicle, sense marge per a errors de cronometratge. Aquesta sincronització es fa mitjançant la configuració de control en capes.
A la part superior, un controlador lògic programable (PLC) o un controlador de moviment actua com a rellotge principal de la màquina. El controlador indica la ubicació principal-normalment des d'un codificador o una bobina electrònica virtual a l'eix de la línia d'accionament principal-per determinar l'angle del bucle de la màquina. Cada servomotor de la màquina segueix aquesta posició principal i calcula el seu moviment segons la posició principal. Quan la posició de l'amfitrió indica que la bossa ha arribat a la posició del mànec, el mànec que s'introdueix al servo s'accelera per produir el mànec, el pegat es talla i transfereix el servo per produir el pegat, i el sistema d'enllaç s'obre-tot en mil·lisegons.
La Societat d'Electrònica Industrial IEEE ha escrit un article sobre l'evolució de la tecnologia d'eix de línia electrònica en màquines de conversió. Assenyalen que els moderns sistemes de servo distribuïts poden controlar el temps d'un objecte amb una rotació de l'eix principal de ± 0,1 graus. Això és el mateix que el temps de sub-mil·lisegon a velocitats normals de la màquina. Aquest nivell de precisió és el que permet inserir un mànec totalment automàtic a una velocitat de sortida elevada. Els sistemes mecànics antics que utilitzaven lleves, engranatges i corretges de distribució només podien fer-ho amb moltes peces mecàniques i poc espai per al canvi.
Feedback del sensor i garantia de qualitat
El temps sol no és suficient. Les màquines també han de comprovar que cada pas és correcte i negar-se a processar o pegar bosses que no ho siguin. Cada estació té un conjunt de sensors per obtenir informació-en temps real.
Quan els sensors fotoelèctrics entren a la taula plegable, comprova si el material del mànec és allà i al lloc correcte. Si el sensor mostra que falta la tira de mànec o no està alineada, el controlador pot provocar un mal funcionament i aturar la màquina abans que es formi una bossa defectuosa. Els sistemes visuals-càmeres petites amb programari d'anàlisi d'imatges-s'utilitzen cada cop més per comprovar la col·locació dels pegats i el patró de forma de cola. El sistema visual fa una fotografia de cada bossa mentre passa pel punt de control i la compara amb una imatge de referència. Les bosses que varien massa estan marcades per a l'eliminació posterior de la derivació.
El marc HACCP de la FDA, tot i que es va dissenyar originalment per a la seguretat alimentària, ha estat utilitzat pels fabricants de màquines com a model per aturar defectes. En inserir la inserció del mànec i publicar passos com a punts de control clau, i afegint detecció automàtica a cada pas, els fabricants poden demostrar que els fabricants de bosses proporcionen una sortida estable i impecable que es pot rastrejar per establir la configuració del procés.
Variacions de manipulació de pegats: pegats de reforç i pegats de finestres
El processament de pedaços en un fabricant de bosses de mà funciona de dues maneres diferents, utilitzant les mateixes peces mecàniques però de maneres diferents. Com s'ha esmentat anteriorment, els pegats de reforç es troben al punt de fixació del mànec per dispersar la càrrega. Pegats per a finestres-un rectangle de pel·lícula transparent col·locat sobre un forat de la bossa per crear una finestra transparent-requereix diferents paràmetres de posicionament, però utilitza els mateixos sistemes d'alimentació, tall i unió de pegats.
Ser capaç de manejar els dos tipus de pegats a la mateixa màquina és una característica de disseny del fabricant de bosses portàtils flexibles. El rotllo de material de pegat es pot canviar de material de reforç opac a film transparent per a finestres. Els motlles de tall també són intercanviables per fer pegats de diferents mides. Els controls s'actualitzen perquè coincideixin amb la mida del nou pegat i la configuració d'enllaç. Aquesta flexibilitat permet que una màquina produeixi una varietat d'estils de bosses sense gaire canvi mecànic-una bossa en forma d'anell-amb pegats de reforç, una bossa-tallada amb troquelats amb pegats per a finestres o una bossa-només pegat sense.
L'estudi de l'Institut de Maquinària d'Embalatge de la Universitat Estatal de Michigan va analitzar la rapidesa amb què els envasadors multifunció passen d'una feina a una altra. Van descobrir que les màquines amb sistemes de manipulació de pedaços programables servo-reduïen els temps de commutació entre un 60 i un 75% en comparació amb els sistemes regulats mecànicament. Aquesta reducció del temps de canvi millora directament l'ús de la màquina i redueix els residus durant el canvi entre tirades de producte.
Velocitat, manteniment i límits de l'automatització
La velocitat màxima d'un porta bosses amb una inserció automàtica de mànec no està fixada per cap component. Es determina pel temps total que permeten tots els passos del cicle. Amb 150 bosses per minut, la màquina completa un cicle complet cada 400 mil·lisegons. Durant aquest temps, la bossa ha d'estar al seu lloc, la nansa s'ha de tallar i plegar, el pegat s'ha de tallar i moure, s'ha d'aplicar cola, s'ha de prémer i afluixar el sistema d'unió i la bossa acabada s'ha d'enviar a la zona de recollida. Cada pas utilitza part d'un pressupost de 400-mil·lisegons. La resta del temps-el temps entre el final d'un pas i l'inici del següent és un coixí de cronometratge per absorbir petits canvis.
A mesura que augmenta la velocitat, el coixí de cronometratge es fa cada cop més petit. A 200 bosses per minut, el temps de cicle baixa a 300 mil·lisegons. És possible que la junta no sigui suficient per gestionar els canvis normals en l'alimentació del material, l'assecat de la cola o la resposta del sensor. Les màquines són més sensibles a la qualitat del material, la temperatura ambient i el desgast de la màquina. Les necessitats de manteniment són més freqüents i els defectes aleatoris són més probables.
Els estàndards de maquinària d'envasat OMAC, creats sota IEEE, proporcionen un sistema per al control de l'estat de la màquina i la recerca d'avaries. Això ajuda els operadors a identificar i resoldre ràpidament els problemes de temps. Les màquines que segueixen els estàndards OMAC mostren dades de diagnòstic detallades -, incloses les mesures de temps a cada lloc i els registres que canvien amb el temps. Això permet un manteniment precoç i un ajustament del procés.
Conclusió
El fabricant de bosses de mà adopta un sistema de tall i plegat de precisió d'alimentació de material accionat per servo-servo, unitats d'enllaç programables programables en capes de control de temporització del sensor de control de qualitat, que realitzen la inserció automàtica de mànecs i el processament de pegats. La màquina mou diverses xarxes de materials-bosses, manillars, pegats i cola-en un bucle ajustat i cronometrat que es repeteix centenars de vegades per minut. El canvi dels sistemes d'accionament de lleves mecàniques a configuracions programables servo-controlades ha transformat aquestes màquines d'eines d'un sol-ús a plataformes de producció flexibles que poden gestionar diversos estils de bosses amb poc temps de canvi. El següent pas no és mecànic. Es tracta de la intel·ligència del programari, que millora el temps, prediu quan s'ha de fer el manteniment i s'ajusta quan es produeixen canvis importants. Amb els avenços en sistemes de control i tecnologia de sensors, el següent pas serà avançar.
Referències
- Organització Internacional per a la Normalització.ISO 21848 - Embalatge - Bossa d'embalatge flexible-Maquinària de fabricació - Toleràncies dimensionals. Ginebra: ISO, 2019.
- Societat d'Enginyers de Fabricació. "Sistemes d'alimentació de material impulsats per servo-en maquinària de conversió: precisió del registre i control de tensió".Revista d'enginyeria de fabricació, vol. 166, no. 4, 2021.
- ASTM Internacional.ASTM F88 - Mètode de prova estàndard per a la resistència del segellat de materials de barrera flexibles. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia. "Optimització de paràmetres de soldadura per ultrasons per a materials termoplàstics no teixits en aplicacions d'embalatge".Nota tècnica NIST 2195, 2020.
- Societat d'electrònica industrial IEEE. "Tecnologia d'eix de línia electrònica en maquinària de conversió: precisió de sincronització i arquitectures de servo distribuïts".Transaccions IEEE sobre electrònica industrial, vol. 68, no. 7, 2021.
- Packaging Machinery Research Institute, Michigan State University. "Eficiència de canvi en màquines de fabricació de bosses multi{-funcions-: sistemes servo-conduïts i sistemes mecànics".Revista de tecnologia i ciència d'embalatge, vol. 34, no. 2, 2022.
- Grup de treball OMAC Packaging, Institut d'Enginyers Elèctrics i Electrònics.Directrius de maquinària d'envasament d'OMAC: gestió estatal i diagnòstic. Piscataway: IEEE, 2020.
