Vertikali forma, pildymas ir sandarinimas – technologija didelio pajėgumo pakavimo operacijoms

Kaip veikia vertikali forma-užpildymas-užsandarinimas (VFFS) mašina: pagrindiniai mechanizmai ir procesų etapai

Trys etapų VFFS ciklas: formavimas, užpildymas ir užsandarinimas

Kiekviename vertikaliuoju būdu pildomų ir užsandarinamų (VFFS) pakuočių gamybos įrenginyje vyksta esminis trijų etapų procesas, kuris veikia kaip vieninga sistema, kad pakuočių gamyba būtų greita ir patikima. Pirmiausia plokščiojo ritinio plėvelės ruošinys traukiamas per įtempimą kontroliuojamus ritinėlius, o po to apvyniojamas aplink taip vadinamą formavimo įvorę, sukurdamas švarią be siūlių vertikalią vamzdelio formą. Pildymo etape šie įrenginiai turi įvairiausių specializuotų prietaisų, priklausomai nuo to, ką reikia supakuoti. Milteliams dažnai naudojami sraigtiniai pildymo įrenginiai, o traškučių gamintojai dažniausiai pasirenka daugiagalių svarstyklių sistemas. Kai kurios sistemos, veikdamos be gedimų, gali gaminti net daugiau nei 300 maišelių per minutę. Toliau seka sandarinimo etapas, kuriame horizontalūs žnyplės vienu metu sandarina kiekvienos maišelės viršų ir nukirpia ją nuo nepertraukiamo vamzdelio apačios. Šie sandarinimo veiksmai taip pat vyksta labai greitai – paprastai užtrunka mažiau nei pusė sekundės. Pagal praeitais metais išleistą „Packaging Digest“ leidinį, įmonės, pereinančios prie šios integruotos sistemos, paprastai pastebi, kad jų gamybos našumas padidėja nuo 30 iki 50 procentų lyginant su senaisiais rankiniais metodais. Be to, keičiant senesnes sistemas naujomis, gaunama papildoma nauda – plėvelės sąnaudos sumažėja apie 18 procentų.

Plėvelės tvarkymo pagrindai: išvyniojimas, stebėjimas ir įtempimo valdymas

Nuoseklus plėvelės tvarkymas yra neatskiriama vertikalių formavimo, pildymo ir sandarinimo (VFFS) įrenginių beperstabinės veiklos sąlyga. Pagrindiniai posistemiai yra:

• Išvyniojimo stabdžiai , kurie taiko kalibruotą sukimo momentą, kad būtų išvengta ištempties ar slydimo
• Briaunos nustatymo jutikliai , kurie realiuoju laiku aptinka ir ištaiso šoninį nuokrypį aukšto greičio darbo metu
• Judančiosios ritės , kurios dinamiškai reguliuoja įtempimą mažėjant tiekiamojo ritinio skersmeniui

Be šių valdymo sistemų raukšlės, neteisingas įvedimas ar plyšimai gali sukelti neplanuotas sustojimo situacijas, dėl kurių didelėse gamybos pajėgumų įmonėse prarandama iki 15 % gamybos laiko. Tinkamas įtempimo kalibravimas (paprastai 2–5 N/mm²) užtikrina stabilų vamzdžio formavimą įvairioms plėvelėms – nuo ultra plonų medicininių maišelių laminatų iki standžių poliesterinių struktūrų pramoninėms detalėms.

Didelės našumo pasiekimas naudojant vertikaliuosius formavimo, pildymo ir sandarinimo įrenginius

Našumo matavimai: 30–300+ maišelių/minutė įvairiose programose

Vertikalūs formavimo, pildymo ir sandarinimo įrenginiai siūlo mastelio keitimo galimybę, kuri yra būtina šiuolaikinėms pakavimo linijoms, o tipinis našumas svyruoja nuo 30 iki 300+ maišelių per minutę . Tikrasis greitis priklauso nuo produkto savybių (pvz., laisvai tekantys granuliukai arba netolygūs kietieji daiktai), maišelio dydžio ir dizaino sudėtingumo bei įrenginio konfigūracijos. Tipiški našumo matavimai apima:

• Užkandžiai: 80–120 maišelių/minutė
• Maltos kavos ir panašių granuliuotų produktų: 150+ maišelių/minutė
• Vaistų vienetinės dozės burbulinės pakuotės: 30–60 maišelių/minutė, kuriant pirmenybę tikslumui, o ne greičiui

Aukštesnis našumas reguliariai pasiekiamas naudojant daugiakelius architektūros sprendimus, kai du ar daugiau lygiagrečių pakavimo kelių veikia sinchroniškai, arba nuolatinio judėjimo platformas, kurios pašalina pagreitinimo/lėtinimo nuostolius, būdingus periodinio judėjimo konstrukcijoms.

Pagrindiniai veiklos rodikliai: bendroji įrenginių našumo efektyvumas (OEE), veikimo laikas ir greitas konfigūracijos keitimas

Nuolatinis operacinis puikumas remiasi trimis tarpusavyje susijusiais veiklos rodikliais:

1. OEE (bendrosios įrangos našumo efektyvumą) vedamosios VFFS sistemos palaiko 85 % bendrojo įrengimo naudingumo (OEE), mažindamos techninės priežiūros praradimus, našumo lėtėjimą ir kokybės defektus.
2. Laikas servovariklių valdomas judėjimo valdymas ir numatomoji techninė priežiūra užtikrina pramonės lyderių laipsnio veikimo laiką, viršijantį 95 %.
3. Keitimo laikas be įrankių atliekami formatų keitimai ir skaitmeninės receptūrų atkūrimo galimybės sumažina perstatymo trukmę iki mažiau nei 15 minučių net tada, kai keičiamos labai skirtingų dydžių maišeliai arba plėvelės tipai.

Gamyklos, kurios sistemingai stebi ir optimizuoja šiuos rodiklius, praneša apie 22 % mažesnes kainas už vieną maišelį ir metinį gamybos padidėjimą daugiau kaip 34 000 maišelių vienoje linijoje (2023 m. Pakuotės našumo tyrimas).

Pildytuvų ir kontrolės sistemų integravimas vertikalioms formuoti–pildyti–užsandrinti (VFFS) mašinoms padidinti efektyvumą

Tikslus pildytuvų parinkimas: sraigtiniai, tūriniai ir daugiagaliai svarstyklių pildytuvai

Tikrai viską nulemia tai, koks pildytuvas pasirenkamas – nuo to priklauso tikslūs matavimai, procesų greitis ir tai, ar viskas tinkamai suderinama su kitais sandarinimo proceso etapais. Šaukštiniai pildytuvai puikiai tinka lipnioms medžiagoms, pvz., pipirams ar sudėtingoms farmacinėms sudedamosioms dalims. Dėl sraigtinio judėjimo valdymo jie gali išlaikyti svorį su apytikriai 1 % tikslumu. Kita vertus, tūriniai puodelių pildytuvai puikiai tinka lengvai tekantiems produktams, pvz., paruoštiems kavos pupelių rūšiams. Šios mašinos gali apdoroti apie 120 maišelių per minutę ir prieš paleidimą reikalauja minimalaus reguliavimo. Kai įmonėms reikia greitai supakuoti užkandžius arba dideliais kiekiais technines prekes, daugiau galvų turintys svarstyklių sistemos tampa pagrindine pasirinkimo alternatyva. Šios sistemos vienu metu skaito rodmenis iš kelių apkrovos jutiklių, todėl gali supakuoti daugiau nei 300 maišelių per minutę, išlaikydamos tikslumą ±0,5 g. Tai sumažina produkto nuostolius ir netvarkingas išsipylimo situacijas eksploatacijos metu. Taip pat labai svarbu tiksliai suderinti laiką tarp momento, kai pildytuvas išleidžia turinį, ir momento, kai griebtuvai užsidaro. Jei šie komponentai nesuderinti tinkamai, gamyklose gali būti prarandama apie 15 % medžiagų, o bendrojo įrangos veiksmingumo (OEE) rodiklis žymiai sumažėja.

Gamybos linijos pabaigos integracija: svarstykliniai sverikliai, rentgeno įrenginiai ir dėžių supakavimo įrenginiai

Stiprių galinės linijos įrangos integravimas paverčia standartines VFFS mašinas visapusiškomis kokybės užtikrinimo sistemomis, kurios veikia nuolat. Svarstyklių sistemos nuolat stebi maišelių svorius, kai tie maišeliai išeina iš gamybos linijos, automatiškai pašalindamos bet kuriuos, neatitinkančius nustatytų reikalavimų, ir siunčia reguliavimo informaciją atgal į pildymo valdymo sistemas. Norint aptikti neleistinus elementus produktuose, rentgeno įrenginiai aptinka įvairius svetimus daiktus – metalo šukas, sulaužytų stiklo šukas, akmenis ir net sunkiąsias plastiko medžiagas – maisto produktais supakuotuose prekių paviršiuose, vaistuose bei kitose vartotojų prekėse. Šie tikrinimai vyksta labai greitai – priklausomai nuo konfigūracijos, per minutę apdorojama apie 400 maišelių. Kai viskas praeina tikrinimą, automatinės dėžių pildymo sistemos surenka paruoštus maišelius ir įdeda juos į siuntimui skirtas dėžes, todėl rankinis darbas sumažėja maždaug 85–90 %, o produktų sukraustymas ant paletės tampa žymiai vienodesnis. Teisingai sukonfigūruota ir tarpusavyje sujungta ši visa technologijų grandinė pagerina produktų sekimą visoje tiekimo grandinėje, sumažina produkto grąžinimo riziką ir padeda gamintojams laikytis būtinų reglamentų, tokių kaip JAV Maisto ir vaistų administracijos (FDA) 21 CFR 11 dalis ir ISO 22000 maisto saugos standartai.