Hacer bolsas de mano-ya sean de papel, plástico o tela no tejida-implica una serie de pasos: cortar, sellar, doblar y terminar. Estos pasos convierten las materias primas laminadas continuamente en una bolsa terminada para uso minorista o en fábrica. Agregar manijas e instalar parches es la tarea mecánica más difícil en estos pasos. El fabricante de bolsos debe mover una red de varios materiales a la vez, aplicar pegamento o termosellado con gran precisión y mantener una velocidad de más de 150 bolsas por minuto. Para comprender cómo estas máquinas manejan automáticamente la inserción y los parches, debemos observar las piezas mecánicas, los sistemas de sensores y las configuraciones de control que funcionan en conjunto.
La línea de base: formación del cuerpo de la bolsa
Las bolsas deben hacerse antes de agregar asas o parches. En una máquina para fabricar bolsas de plástico estándar, la película se cae de un rollo grande, se pliega en forma de tubo y se sella en la parte inferior. La cuchilla de corte corta el tubo en cavidades separadas a una longitud adecuada. Luego, cada bolsa avanza sobre la cinta transportadora o el sistema de cadena, lista para el siguiente paso.
La alineación de la bolsa cuando llega al asa o a la estación de reparación es clave para todo el trabajo posterior. Si la bolsa se cae 2 mm o 3 mm, la manipulación o el parcheo seguirán fallando, lo que hará que la bolsa sea defectuosa. La alineación se logra a través de guías mecánicas, fotorreceptores que leen la huella en la película y sistemas de transmisión servo-para ajustar la posición de la bolsa a medida que se mueve. Estas necesidades de exactitud están cubiertas por la norma ISO 21848. Establece límites de tamaño para máquinas de embalaje flexible..
Inserción del mango: preparación y alimentación del material
La inserción automática del asa comienza con un suministro de materiales por separado: un rollo de material plano-como cinta de papel, cinta de plástico o tiras de película cortadas-se convierte en el asa de la bolsa. El material del asa debe recortarse a una longitud determinada y, si se necesita un asa en forma de bucle, dóblela y colóquela en el lugar correcto de la bolsa antes de conectarla.
En una máquina para fabricar bolsas para bolsas circulares, primero se corta la tira del asa a una longitud adecuada para las lengüetas de fijación del asa. Luego, la banda se pliega en forma de U o D usando una mesa plegable mecánica con una placa guía y un riel guía. La forma de los pliegues debe ser la misma cada vez. El cambio en el pliegue cambia la longitud del mango, haciéndolo desigual. Los sistemas de plegado controlados por servo-han reemplazado a las plegadoras mecánicas accionadas por levas-en las máquinas más nuevas. Esto se debe a que el servosistema permite cambiar los tamaños de plegado electrónicamente sin necesidad de reemplazar piezas.
Refuerzo de parche-colocar un pequeño rectángulo de material en el punto de fijación del mango para distribuir la carga y evitar que el mango rasgue la membrana de la bolsa-desata una red separada de materiales de parche y los corta en parches individuales. Los parches generalmente se cortan usando un troquel giratorio y se usa un yunque para cortar el parche. Esto permite producir parches del mismo tamaño a la misma velocidad. Luego, el parche se introduce en la bolsa mediante ventosas o un dispositivo mecánico. Estos colocan el parche exactamente encima del punto de fijación del mango.
La sociedad de ingenieros de fabricación ha escrito un artículo sobre sistemas de alimentación de material servo-en procesos mecánicos. Muestran que cuando se utilizan servoalimentadores para el control de tensión en tiempo real-de la red de materiales, se puede lograr una precisión de alineación de ± 0,5 milímetros a una velocidad de 200 vueltas por minuto. Este nivel de precisión es clave para la colocación del parche. El parche debe cubrir completamente la zona de fijación del mango para proporcionar un buen refuerzo.
La operación de unión: adhesivo, sellado térmico o soldadura ultrasónica
Una vez que el asa y el parche de la bolsa estén en su lugar, se deben asegurar. En la máquina para fabricar bolsas de mano, existen tres tipos de métodos de unión comúnmente utilizados. Según el material de embalaje, la fuerza de unión requerida, la velocidad de producción y otros factores a seleccionar.
La aplicación de termofusible es el método más flexible. Es adecuado para pegar asas y parches a papel, telas no tejidas y algunas bolsas de plástico. El tanque de pegamento calentado bombea adhesivo fundido a través de una boquilla programable. Esta boquilla pone un patrón de pegamento en la bolsa o en la etiqueta del asa. El patrón de la boquilla-generalmente rectangular, doble-cableado o punteado-está controlado por una válvula solenoide, que se abre y se cierra a medida que la máquina circula. La temperatura y cantidad de pegamento deben ser las adecuadas. Muy poco pegamento, demasiado débil, puede romperse con el peso. Demasiado pegamento puede provocar extrusiones que manchen las máquinas y las superficies de las bolsas de tela.
Cuando la bolsa y el asa sean del mismo tipo de películas termoplásticas, utilice un sello térmico. Calienta el sello y presiona el asa contra la bolsa. Esto derrite el punto de contacto de plástico y forma una soldadura. Los ajustes de sellado-temperatura, presión y tiempo-deben establecerse para películas específicas. ASTM F88 proporciona un método de prueba estándar para medir la resistencia del sellado de materiales flexibles. Los fabricantes de máquinas utilizan estas pruebas para verificar la configuración del sello en el controlador de la máquina.
La soldadura ultrasónica es un método de ensacado relativamente nuevo, especialmente adecuado para bolsas no tejidas. Los altavoces ultrasónicos vibran entre 20 y 40 kHz. Esto crea calor por fricción en el punto de contacto entre la etiqueta del asa y la bolsa. La calefacción local se puede soldar sin calor ni pegamento adicional. La soldadura ultrasónica tiene las ventajas de ser limpia, insípida y sin daño térmico a los materiales circundantes. Esto es importante para el uso de bolsas-de calidad alimentaria. El NIST publicó un trabajo sobre el establecimiento de parámetros de soldadura ultrasónica para materiales termoplásticos no tejidos. Descubrieron que la resistencia de la soldadura estaba estrechamente relacionada con la amplitud de la vibración y la presión de sujeción. Los mejores ajustes pueden variar ampliamente según el tipo de polímero.
Sincronización: la arquitectura de control
El principal desafío con la inserción automática de manijas y el procesamiento de parches es el tiempo. Las bolsas, los materiales de las manijas, los materiales de los parches y el mecanismo de unión deben estar todos en la misma posición al mismo tiempo, moviéndose a alta velocidad ciclo tras ciclo, sin lugar a errores de sincronización. Esta sincronización se realiza mediante una configuración de control en capas.
En la parte superior, un controlador lógico programable (PLC) o controlador de movimiento actúa como reloj principal de la máquina. El controlador señala la ubicación principal-generalmente desde un codificador o carrete electrónico virtual en el eje de la línea de transmisión principal-para determinar el ángulo del bucle de la máquina. Cada servomotor de la máquina sigue esta posición principal y calcula su movimiento de acuerdo con la posición principal. Cuando la posición del anfitrión indica que la bolsa ha alcanzado la posición del asa, el asa que ingresa al servo acelera para producir el asa, el parche corta y transfiere el servo para producir el parche, y el sistema de unión se abre-todo en milisegundos.
La IEEE Industrial Electronics Society ha escrito un artículo sobre la evolución de la tecnología de eje lineal electrónico en máquinas de conversión. Señalan que los servosistemas distribuidos modernos pueden controlar el tiempo de un objeto con una rotación del eje maestro de ±0,1 grados. Esto es lo mismo que una sincronización inferior a -milisegundos a velocidades normales de la máquina. Este nivel de precisión es lo que permite insertar una manija completamente automática con un alto rendimiento. Los viejos sistemas mecánicos que utilizaban levas, engranajes y correas de distribución sólo podían hacer esto con muchas piezas mecánicas y poco espacio para cambios.
Comentarios de sensores y garantía de calidad
El tiempo por sí solo no es suficiente. Las máquinas también deben comprobar que cada paso es correcto y negarse a procesar o parchear bolsas que no lo sean. Cada estación tiene un conjunto de sensores para recibir información-en tiempo real.
Cuando los sensores fotoeléctricos ingresan a la mesa plegable, verifican si el material del mango está ahí y en el lugar correcto. Si el sensor muestra que falta la tira del asa o que no está alineada, el controlador puede provocar un mal funcionamiento y detener la máquina antes de que se forme una bolsa defectuosa. Los sistemas visuales-pequeñas cámaras con software de análisis de imágenes-se utilizan cada vez más para comprobar la ubicación de los parches y el patrón de pegamento. El sistema visual toma una fotografía de cada maleta a medida que pasa por el punto de control y la compara con una imagen de referencia. Las bolsas que varían demasiado se marcan para retirar la derivación posteriormente.
El marco HACCP de la FDA, aunque originalmente diseñado para la seguridad alimentaria, ha sido utilizado por los fabricantes de máquinas como modelo para detener defectos. Al insertar la inserción del mango y publicar los pasos como puntos de control clave, y agregar detección automática en cada paso, los fabricantes pueden demostrar que sus fabricantes de bolsas brindan un resultado estable y sin fallas que se puede rastrear hasta establecer las configuraciones del proceso.
Variaciones en el manejo de parches: parches de refuerzo y parches de ventana
El procesamiento de parches en una máquina para fabricar bolsos de mano funciona de dos maneras diferentes: utilizando las mismas piezas mecánicas pero de diferentes maneras. Como se mencionó anteriormente, los parches de refuerzo están ubicados en el punto de fijación del mango para dispersar la carga. Parches para ventanas-un rectángulo de película transparente colocado sobre un orificio en la bolsa para crear una ventana transparente-requiere diferentes configuraciones de posicionamiento, pero utiliza los mismos sistemas de alimentación, corte y unión de parches.
Ser capaz de manejar ambos tipos de parches en la misma máquina es una característica de diseño del fabricante de bolsas portátil flexible. El rollo de material de parche se puede cambiar de material de refuerzo opaco a película transparente para ventanas. Los moldes de corte también son intercambiables para realizar parches de diferentes tamaños. Los controles se actualizan para que coincidan con el tamaño del nuevo parche y la configuración de vinculación. Esta flexibilidad permite que una máquina produzca una variedad de estilos de bolsas sin mucho cambio mecánico:-una bolsa en forma de anillo-con parches de refuerzo, una bolsa troquelada-con parches de ventana o una bolsa con solo parche-sin parches.
El estudio realizado por el Instituto de Maquinaria de Embalaje de la Universidad Estatal de Michigan analizó la rapidez con la que las empacadoras multifunción pasan de un trabajo a otro. Descubrieron que las máquinas con sistemas de manipulación de parches programables y servo-reducían los tiempos de conmutación entre un 60 % y un 75 % en comparación con los sistemas regulados mecánicamente. Esta reducción en el tiempo de cambio mejora directamente el uso de la máquina y reduce el desperdicio durante el cambio entre tiradas de productos.
Velocidad, mantenimiento y los límites de la automatización
La velocidad máxima de un portabolsas con inserción automática de asa no la establece ningún componente. Está determinado por el tiempo total permitido por todos los pasos del ciclo. A 150 bolsas por minuto, la máquina completa un ciclo completo cada 400 milisegundos. Durante este tiempo, la bolsa debe estar en su lugar, se debe cortar y doblar el asa, cortar y mover el parche, aplicar pegamento, presionar y aflojar el sistema de unión y enviar la bolsa terminada al área de recolección. Cada paso utiliza parte de un presupuesto de 400-milisegundos. El resto del tiempo-el tiempo entre el final de un paso y el comienzo del siguiente es un colchón de tiempo para absorber pequeños cambios.
A medida que aumenta la velocidad, el colchón de sincronización se vuelve cada vez más pequeño. A 200 bolsas por minuto, el tiempo del ciclo se reduce a 300 milisegundos. Es posible que la junta no sea suficiente para soportar los cambios normales en la alimentación del material, el secado del pegamento o la respuesta del sensor. Las máquinas son más sensibles a la calidad del material, la temperatura ambiente y el desgaste de la máquina. Las necesidades de mantenimiento son más frecuentes y los defectos aleatorios son más probables.
Los estándares de maquinaria de embalaje OMAC, creados bajo IEEE, proporcionan un sistema para el control del estado de la máquina y la localización de fallas. Esto ayuda a los operadores a identificar y resolver rápidamente problemas de sincronización. Las máquinas que siguen los estándares OMAC muestran datos de diagnóstico detallados -, incluidas mediciones de tiempo en cada sitio y registros que cambian con el tiempo. Esto permite un mantenimiento temprano y un ajuste fino del proceso.
Conclusión
El fabricante de bolsas de mano adopta un sistema de plegado y corte de precisión de alimentación de material servo{0}}impulsado por servo, unidades de unión programables, sincronización en capas, control de sincronización, control de calidad del sensor, controles de calidad que realizan la inserción automática del mango y el procesamiento de parches. La máquina mueve varias redes de materiales-bolsas, manillares, parches y pegamento-en un ciclo apretado y cronometrado que se repite cientos de veces por minuto. El cambio de sistemas mecánicos de accionamiento de levas a configuraciones programables servo-controladas ha transformado estas máquinas de herramientas de un solo-uso a plataformas de producción flexibles que pueden manejar múltiples estilos de bolsas con poco tiempo de cambio. El siguiente paso no es mecánico. Se trata de inteligencia de software, que mejora el tiempo, predice cuándo se debe realizar el mantenimiento y se ajusta cuando ocurren cambios importantes. Con los avances en los sistemas de control y la tecnología de sensores, el siguiente paso será seguir adelante.
Referencias
- Organización Internacional de Normalización.ISO 21848 - Embalaje - Bolsa de embalaje flexible-Maquinaria de fabricación - Tolerancias dimensionales. Ginebra: ISO, 2019.
- Sociedad de Ingenieros de Fabricación. "Sistemas de alimentación de material servo-en maquinaria de conversión: precisión de registro y control de tensión".Revista de ingeniería de fabricación, vol. 166, no. 4, 2021.
- ASTM Internacional.Método de prueba estándar ASTM F88 - para la resistencia del sellado de materiales de barrera flexibles. Oeste de Conshohocken: ASTM, 2021.
- Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. "Optimización de parámetros de soldadura ultrasónica para materiales termoplásticos no tejidos en aplicaciones de embalaje".Nota técnica NIST 2195, 2020.
- Sociedad de Electrónica Industrial IEEE. "Tecnología de eje de línea electrónica en maquinaria de conversión: precisión de sincronización y arquitecturas de servo distribuidas".Transacciones IEEE sobre electrónica industrial, vol. 68, no. 7, 2021.
- Instituto de Investigación de Maquinaria de Embalaje, Universidad Estatal de Michigan. "Eficiencia de cambio en máquinas multifunción-para fabricar bolsas-: sistemas servo-frente a sistemas mecánicos".Revista de tecnología y ciencia del embalaje, vol. 34, no. 2, 2022.
- Grupo de Trabajo de Embalaje OMAC, Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos.Directrices para maquinaria de embalaje de OMAC: gestión y diagnóstico del estado. Piscataway: IEEE, 2020.
