После того, как на протяжении последнего десятилетия было предпринято несколько беспорядочных попыток внедрения маркировки в процессе термоформования, технология, похоже, наконец готова к массовому внедрению. Это стало возможным благодаря новым достижениям…

Специалисты по созданию установок и средств автоматизации чувствуют себя как на американских горках, когда дело доходит до разработки маркировки в процессе формования (IML) для продуктов, изготавливаемых горячим формованием. В отличие от литьевого формования, освоившего маркировку в процессе формования с космической скоростью, горячее формование было вынуждено  предпринимать попытки преодоления нескольких существенных недостатков в области оборудования и в технологии маркировки, которые сдерживали проникновение IML в область производства упаковки с начала девяностых годов.

Обозреватели отмечают, что, несмотря на ограниченность коммерческого успеха, наблюдается невероятный рост интереса, преимущественно в Европе. И многие считают, что последние достижения в области производительности и снижения затрат по маркировке сделали, в конце концов, эту технологию рентабельной. “Технология готова к внедрению, на рынке царит уверенность, и все больше людей проявляют интерес к внедрению новых продуктов с IML”, - утверждает Бернд Брукерт, коммерческий директор компании, специализирующейся на системах автоматизации, Hekuma GmbH. Это немецкая компания, занимающаяся робототехническими устройствами, и у нее есть опыт работы с IML для литьевого формования.

Идут всякие разговоры о том, что для того, чтобы удовлетворить растущий спрос, особенно, в США, могут понадобиться установки совершенно новой конструкции. Но житейская мудрость подсказывает, что IML для горячего формования, в конечном итоге, будет иметь большой коммерческий успех за счет своей способности давать высококачественную конструкцию, гибкость при изменении продукта и экономию затрат.

IML позволяет производителям экономить время и деньги за счет интеграции технологии маркировки непосредственно в процесс формования. Такой одноэтапный подход дает большие преимущества по сравнению с традиционными методами декорирования, такими как наплавка и офсетная печать, колеретки из усадочного материалаs, а также самоклеящиеся и приклеиваемые этикетки, для использования которых всегда нужна вторая технологическая операция.

Источники внутри отрасли говорят, что поскольку отлитая за одно целое пластмассовая этикетка становится частью продукта, повышая его жесткость и прочность,  при горячем формовании компания может сэкономить до 20% в виде затрат на смолу за счет облегчения массы контейнеров с помощью IML. Если этикетка изготовлена из того же материала, что и сам контейнер, IML также дает преимущества в области утилизации для повторного применения по сравнению с бумажными этикетками.

Преодоление препятствий
Медленно, но верно – таково, по-видимому, самое лучшее описание того, как продвигалась разработка с тех пор, как немецкие Illig и Gabler внедрили первые системы IML при горячем формовании в начале девяностых годов (см. раздел «Дополнительная информация»). До того времени использование IML ограничивалось формовочно-фасовочно-укупорочными автоматами со станцией вторичного подрезания. Другим пионером в этой области стала итальянская OMV Group, которая запустила системы для IML на выставке K ’98 в Дюссельдорфе. Кент Йоханссон, президент OMV-USA, говорит, что производительность первых систем для IML была намного ниже той, что требовалась для того, чтобы удовлетворять производственные потребности, особенно для рынка Северной Америки.

Другим препятствием стало то, что этикетки, которые используются для IML при литьевом формовании, давали плохую адгезию при горячем формовании при более низкой температуре листа и использовании значительно более низких значений давления. Соэкструдированные многослойные полипропиленовые этикетки со слоем из тугоплавкого полипропилена позволили решить проблему адгезии, но при несколько более высоких затратах.

Компания Illig разработала системы для IML для производства применений с подрезанием на месте и последующим подрезанием. Недавно компания продала свою первую систему подрезания на месте австрийской компании для производства круглых контейнеров из РS.

A другой проблемой стало то, что трудно было удалить пузырьки воздуха, которые оставались между этикеткой и стенкой упаковки, из-за чего возникали некрасивые вздутия. В настоящее время имеются перфорированные этикетки с невидимыми маленькими отверстиями для отвода воздуха.

И, кроме того, возникали также проблемы с чрезмерной усадкой  стандартных этикеток из OPP из-за воздействия тепла при IML.

Ведущий европейский производитель этикеток для IML при литьевом формовании разработал инновационный продукт для компаний, работающих с горячим формованием, заявляя, что он позволяет решить проблемы с усадкой, адгезией и появлением вздутий. Компания P’Auer AG из Швейцарии представила на рынок стандартную полипропиленовую этикетку, наносимую с помощью патентованной технологии рельефного печатания. Сообщается, что рельефная печать обеспечивает более равномерную усадку и отвод воздуха, скапливающегося между этикеткой и стенкой упаковки. В компании также заявляют, что “выпуклости”, создаваемые за счет выдавливания, также обеспечивают лучшие плавление и адгезию по сравнению с плоской поверхностью.

В Европе, где осуществляется большая часть деятельности, связанной с IML, первыми применениями стали прямоугольные контейнеры для мороженого и готовых блюд, поскольку IML считается более скоростным и менее затратным методом, чем офсетная печатание. Кроме того, круглые контейнеры, которые более популярны в США, все же более экономично декорировать с помощью офсетной печати.

Помимо различной степени популярности для определенных форм упаковки, глобальное проникновение IML при горячем формовании на рынок будет зависеть от степени эксплуатации потенциала IML с точки зрения зрительной привлекательности для потребителя. Сообщается, что, по сравнению с ситуацией в США, европейские компании, занимающиеся упаковкой, придают большее значение красочности графики и декоративности для хорошей дифференциации продукта. Наблюдатели говорят, что именно это было движущей силой при возникновении бума с IML при литьевом формовании—здесь Европа также опередила США—которое начало вытеснять горячеформованные контейнеры с нанесенной печатью.
 

Появление систем IML
Большинство крупных производителей установок, которые предлагают системы IML, говорят, что технология готова, и может быть представлена на рынок. Но даже при имеющихся достижениях в области производительности, все же остается различие в производительности по сравнению с традиционным горячим формованием. IML замедляет реализацию технологии, снижая производительность до 20 циклов в минуту по сравнению с 40 циклами в минуту для стандартного термоформования полипропиленовых стаканчиков. “Во времена, когда все хотят, чтобы скорости были все выше и выше, это является существенным недостатком для IML”, - говорит Эрвин Вабних, директор по продажам упаковки компании Kiefel.

Почти все системы установок для IML имеют встроенную функцию наклона формы, что обеспечивает большую доступность и более простое размещение этикетки. Thermorunner KTR 4 компании Kiefel представляет собой установку с наклоном формы, которая встроена в систему IML, разработанную вместе с Hekuma и австрийской компанией, специализирующейся на инструментарии, Mould & Matic. Вабних из компании Kiefel говорит, что система наклона формы представляет собой наилучший имеющийся в настоящее время метод для осуществления IML, но его компания  проводит исследования для создания совершенно новых конструкций установок для того, чтобы повысить производительность.

Разработанная для линии упаковки молочных продуктов в Европе, KTR 4 представляет собой стандартную установку для формования стаканчиков с модификациями систем управления, которая позволяет иметь время открытия формы для нанесения этикетки 0.5 секунды. Система с четырьмя гнездами, которая демонстрировалась на выставке K 2004, была усовершенствована для работы с 12 гнездами и скоростью 15 - 20 циклов в минуту. Установка с 8 гнездами может производить полипропиленовые контейнеры емкостью до 2.5 литра, в то время, как установка с 12 гнездами может производить контейнеры с массой до 500 г.

Для системы IML используется система подготовки этикеток от компании Hekuma Push-and-Wind. Заранее сформованные этикетки захватываются робототехническим устройством, электростатически заряжаются, а затем также роботом вводятся в форму. Брукерт из компании Hekuma говорит, что полипропиленовая этикетка толщиной 75 микрон стоит немногим более аналогичной этикетки для IML при литьевом формовании. Скоро появятся более тонкие этикетки до 57 микрон, а Hekuma уже провела успешно испытания пленки толщиной 40 микрон.

Еще одной новинкой в системе IML  от Hekuma является интеграция технологии нанесения этикеток RFID в процессе формования для создания упаковки, которая способна содержать данные логистической цепочки для отслеживания транспортировки, включения в отчетность и сроков хранения. Технология RFID-IML, продемонстрированная на выставке NPE 2006, включает медную печатную плату, которая крепится к пленке из PET. Hekuma провела испытания системы ручного нанесения маркировки, и разрабатывает автоматизированную систему. В Hekuma признают, что этикетка RFID все еще слишком дорога для продуктов с низкой ценой, поскольку она стоит от 0.70 до 2 евро ($0.90 - $2.60) за единицу.

Автоматизация – основной фактор
Другая опция наклона формы для IML создана немецкой компанией Gabler (представленной здесь Lyle Industries) в ходе работы над совместным проектом по разработке с компанией, производящей инструментарий, Marbach and Systec Komplettsysteme GmbH, ведущим поставщиком автоматизированных систем для IML при литьевом формовании. Стандартная установка для рельефной печати компании Gabler M93 была адаптирована для IML, она снабжена сервоприводным формовочным столом, который наклоняется на 90°, чтобы облегчить размещение этикетки. Автоматизированная система Zapod от Systec состоит из робототехнического устройства с линейным приводом с двумя поворачивающимися головками, которые приближаются к форме с противоположных сторон, размещая этикетку в гнезде, в затем позднее извлекая деталь.

Система для IML от Gabler на 12 гнезд была предназначена для производителя из США, который изготавливал овальные контейнеры для мороженого объемом 1.5 литра. Она дает 14 циклов в минуту, и способна производить 10,000 контейнеров в час. Сообщается, что скорость цикла составляет примерно на 15% меньше, чем у стандартных формовочных установок. Экспериментальную установку еще только предстоит запустить в промышленное производство.

Компания Illig была единственным источником систем для IML, она постоянно совершенствовала и модернизировала свои системы с момента внедрения в 1994 году  системы формования с IML с разрезанием на месте. Система была использована для производства поддонов для маргарина в Европе. С тех пор компания разработала формовочно-фасовочно-укупорочную (FFS) машину, которая называется FSL 70, и которая послужила основой для современного поколения устройств для технологии IML. “Линия FFS стала для нас платформой для дальнейшего изучения узлов для IML так, что мы смогли адаптировать ее для создания систем обрезания и размещения”, - говорит Штефан Дойчле, генеральный директор Illig LP в США.

В немецкой штаб-квартире Illig линия FSL 70 на 16 гнезд производит контейнеры для йогурта с емкостью 200 куб. см. для европейской молочной компании. Контейнеры формуют и маркируют, но не заполняют.

Недавно компания Illig представила новую систему для IML на основе своей линии RDM K устройств для формования и разрезания на месте с механическим приводом. Введение этикеток облегчается использованием наклоняющегося инструмента, который является стандартным для линии RDM K.

Важным новым устройством является манипулятор робота с двумя степенями подвижности, который производит предварительное формование этикеток и вставляет их в гнезда. Станция для нанесения этикеток извлекает этикетки из стэков магазинов с использованием чашечного присоса. Манипулятор имеет головки для перемещения в форме формовочного пуансона, в которых удерживаются этикетки за счет вакуумных отверстий. Этикетки помещаются на пуансоны, и робот вставляет предварительно сформованные этикетки в гнезда. В компании Illig отказались уточнить, как именно пуансон подбирает этикетку.

Первая система была продана австрийской компании для производства круглых полистирольных контейнеров с диаметром 95 мм. Установка на 12 гнезд дает до 20 циклов в минуту, и производит до 19,200 контейнеров в час. Система использует термоформовочную машину от Illig RDM 70K с площадью формования 680 x 280 мм. Система для IML способна производить как круглые, так и прямоугольные контейнеры. В число основных применений входят контейнеры для мороженого и маргарина. По словам Дойчле, в настоящее время используется стандартная этикетка из ОРР 0.070 мм (70 микрон) для IML при литьевом формовании, но разрабатываются более тонкие этикетки.

IML без наклоняющейся формы
OMV-USA это еще один единственный источник для получения установок для IML формования и средств автоматизированной погрузки/разгрузки. Компания существенно повысила производительность с тех пор, как продемонстрировала экспериментальную систему с продолжительностью цикла 11 секунд на выставке K ’98. С тех пор OMV преобразовала свою непрерывную поточную термоформовочную машину F25 для осуществления IML, и продала три системы немецкой компании, производящей молочные продукты. Системы с семью гнездами производят контейнеры для маргарина  с емкостью в 1 фунт, они также могут производить контейнеры для мороженого объемом 1.5 литра. OMV завершает заключение сделки по продаже своей четвертой установки еще одной европейской упаковочной компании.

Система OMV уникальна, поскольку в ней нет наклоняющегося устройства. “Мы запатентовали линейную робототехническую систему для извлечения продукта, поэтому нам не нужна наклоняющаяся форма”, - говорит Йоханссон из OMV. Манипулятор робота поднимает этикетку и переносит ее во входящий формовочный пуансон, который удерживает этикетку. Пуансоны вставляются в гнезда. Тот же робот затем извлекает готовый продукт. У этикетки из многослойного полипропилена толщиной 0.05 - 0.07 мм (50 – 70 микрон) имеется слой тугоплавкого полипропилена для адгезии.

Йоханссон считает, что скорость производства 12 циклов в минуту с максимальной кавитацией достаточна для небольшого и среднего рынков прямоугольных контейнеров Европы. Он также рассказывает о большом интересе к контейнерам для маргарина с IML со стороны производителей из Южной Америки, в частности, Бразилии. Для того, чтобы соответствовать потребностям Северной Америки и более высокой производительности, OMV модифицировала свою более крупную установку с возвратно-поступательным движением E76 для IML. Система с 18 гнездами может производить прямоугольные продукты со скоростью 17 - 18 циклов в минуту. Целевым применением в США являются контейнеры для мороженого.

У компании OMV есть необычный экспериментальный проект, в рамках которого этикетки для высокопроизводительной машины будут вырезаться из катаного материала в рамках одной поточной линии при формовании. Такая система позволит исключить перемещение этикеток и снизить затраты.

Вариант с двойной пресс-формой
Еще одной новинкой в области IML является использование двойной пресс-формы вместо наклонной формы. GN Thermoforming Equipment из Канады сотрудничает с европейским специалистом по автоматизированным системам, чтобы разработать первую систему для IML за счет переоборудования установки формования с двойной пресс-формой GN1914 DM.  “Система с двойной пресс-формой позволяет извлекать готовые детали и размешать этикетку в одной форме, в то время как в другой форме осуществляется формование детали”, - поясняет Джером Ромки, директор по маркетингу.

Система с двойной пресс-формой работает со скоростью 20 циклов в минуту. Первая установка IML была продана европейской компании для производства двухстворчатых поддонов из APET. Чувствительная к нагреванию полипропиленовая этикетка усиливает адгезию к поддону. Ожидается, что система для IML будет запущена в производство в июне.

Кроме того, ведущий европейский обработчик провел свои собственные научно-исследовательские работы для того, чтобы проверить устойчивость IML при термоформовании к условиям использования. Компания RPC Bebo Plastik GmbH, Бремервёрде, Германия, производитель продуктов литьевым формованием с IML, соединила автоматизированную систему для IML от Hekuma с установкой с наклонной формой от Illig RDM 70K. Используя систему с 12 гнездами, RPC изготовила прямоугольные контейнеры для маргарина из полипропилена емкостью 500 г. Как рассказывает Юрген Мербах, менеджер по разработке продукции и технологий, систему также можно использовать для производства полистирольных контейнеров с емкостью до двух литров для мороженого и других молочных продуктов. Компания ведет переговоры еще с несколькими потенциальными европейскими партнерами.

Хорошим примером растущего интереса к IML при термоформовании является новый комплекс, предложенный компанией Danone со штаб-квартирой в Париже. Молочный гигант ищет предложения для производства в Турции прямоугольного контейнера для мороженого объемом 1.5 литра. По имеющимся данным, и Gabler, и OMV подают свои предложения. Этикетка будет четырехсторонней вместо пятисторонней для того, чтобы снизить затраты. При отсутствии нижней стороны, основной проблемой станет размещение этикетки, говорит Йоханссон из OMV. Возможным решением является двухкомпонентная этикетка.

Джозеф A. Грэнд, старший редактор
Источник: Plastics Technology