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Soffiatrice

Soffiatrice

Soffiatrice per PET

Una soffiatrice usata crea bottiglie di plastica partendo da una preforma generalmente in PET. La preforma non è altro che una bottiglia non ancora formata o stampata. Ha la forma di una piccola provetta dove non viene modificata solo la bocca filettata per il tappo. Il resto del corpo, invece, viene prima riscaldato dalla soffiatrice all'interno del forno della macchina e poi modellato mediante soffiatura. Perché utilizzare una soffiatrice? Il motivo per cui non partiamo direttamente dalla bottiglia finita è dovuto allo spazio necessario per lo stoccaggio e il trasporto. Lo spazio per il trasporto delle preforme è notevolmente inferiore rispetto alla bottiglia e alla soffiatrice. Ciò ovviamente incide sui costi legati all'intero ciclo produttivo dell'imbottigliamento.

Tipi di soffiatrici usate

Come per altri tipi di soffiatrici usate, esistono vari tipi di attrezzature soffianti usate, sia lineari che rotative-combinate. Una soffiatrice lineare normalmente lavora per velocità di produzione orarie medie, fino a 20.000 bph. Inoltre è preferibile nel caso in cui lo spazio all'interno dell'impianto di imbottigliamento sia limitato, in quanto queste richiedono meno spazio di una soffiatrice rotativa. Quando i carichi di lavoro richiedono elevate velocità di produzione, viene solitamente utilizzata una pressa rotativa. La soffiatrice rotativa può produrre fino a 90/100.000 bph e oltre. Ecco perché le grandi aziende che utilizzano contenitori in plastica preferiscono i soffiatrici rotative. Anche se questo comporta avere una macchina che occupa molto più spazio di una lineare.

Tipi di processo

Lo stiro-soffiaggio riscaldato è una parte del processo di produzione della soffiatrice a due stadi delle bottiglie in PET; questo PET è il materiale più usato nel packaging per il settore delle acque e del beverage in generale. Le presse ad iniezione sono i macchinari che realizzano il primo stadio di stampaggio ad iniezione; le presse producono le preforme a forma di fiala/dito/provetta per la soffiatrice. Il collo delle preforme è completo e risponde alle esigenze-richieste del cliente.  Le dimensioni della preforma sono molto più piccole rispetto alla bottiglia in cui verranno trasformate durante il soffiaggio ad alta pressione negli appositi stampi della soffiatrice.

Primo step

La parte della creazione della preforma è il primo step che permette di ottenere un contenitore di materiale adeguato atto al contenimento della bevanda, resistente e trasparente. Per fare questo servono delle macchine chiamati presse che trasformano il granulo-polvere di PET in preforma. Quando questa viene prodotta può essere subito riscaldata e soffiata dalla soffiatrice ovvero depositata in dei contenitori chiamati Octabin; questi vengono introdotti negli appositi ribaltatori e quindi veicolati tramite il caricatore e orientatore verso la soffiatrice. Come definito in precedenza queste possono essere soffiatrici lineari o rotative, a ciclo alternato o continuo.

Metodi di produzione di una bottiglia in PET

I vari metodi di produzione di una soffiatrice si dividono in: processo a singolo stadio, a due stadi integrati e il processo a due stadi. Quest'ultimo, nella soffiatrice, ha molti vantaggi rispetto agli altri due quali: il processo di stampaggio ad Iniezione e quello di soffiaggio sono totalmente indipendenti e possono quindi essere ottimizzati separatamente. Questo vuole dire che le preforme possono essere sia immagazzinate che spedite dove è richiesto ed usate quando necessario; facendo così si possono produrre diverse tipologie di preforme utilizzando diversi stampi-matrice della soffiatrice. Nel processo tecnologico del mono stadio sia le preforme che le bottiglie sono create nella stessa macchina. Invece le macchine a due stadi integrati si collocano a metà tra il mono-stadio e il doppio stadio; infatti realizzano le preforme tramite stampaggio ad iniezione e le trasferiscono tramite la soffiatrice nel formo lineare attraverso pinze di trasferimento; questo forno ha delle lampade ad infrarosso che preriscaldano, prima della soffiatura.

Soffiaggio ad iniezione

Nella soffiatrice, il processo di soffiaggio a iniezione (IBM) viene utilizzato per la produzione in serie di prodotti in plastica. Nel processo IBM, il polimero viene stampato a iniezione su un perno centrale; il perno centrale viene quindi ruotato verso una stazione di soffiaggio per il gonfiaggio e il raffreddamento. Questo è il meno utilizzato dei tre processi di soffiaggio e viene generalmente utilizzato per realizzare piccoli flaconi medicali e monodose. Nella soffiatrice, il processo è suddiviso in tre fasi: iniezione, soffiaggio ed espulsione. Le soffiatrici per lo stampaggio mediante soffiatura a iniezione si basano su cilindri estrusori e unità a vite, che fondono il polimero. Il polimero fuso viene alimentato nel collettore del canale caldo, dove viene iniettato attraverso un ugello in una cavità riscaldata e perno centrale. Uno stampo a cavità forma la forma esterna ed è serrato attorno a un'asta centrale che forma la forma interna della preforma. La preforma consiste in una bottiglia/collo completamente formati e una bottiglia con uno spesso tubo polimerico attaccato, che formerà il corpo. L'aspetto è simile a una provetta con collo filettato. Lo stampo della preforma si apre e l'asta centrale ruota e si blocca nello stampo di soffiaggio cavo e raffreddato. Le estremità dell'asta centrale si aprono e consentono all'aria compressa di entrare nella preforma, espandendola nella forma finita. Dopo un certo periodo di raffreddamento, lo stampo di soffiaggio viene aperto e l'asta centrale viene ruotata nella posizione di espulsione. Il prodotto finito viene tolto dall'albero centrale e può essere opzionalmente testato per perdite prima dell'imballaggio. Le preforme e le soffiatrici possono avere molte cavità, tipicamente da 3 a 24, a seconda delle dimensioni dell'articolo e della produzione desiderata. Sono disponibili tre set di aste centrali per l'iniezione simultanea di preforme, il soffiaggio e l'espulsione. Vantaggi • Produzione di colli stampati ad iniezione di precisione. Svantaggi • Solo per bottiglie di piccolo volume, è difficile controllare il centro della base durante il soffiaggio. • Nessun aumento della resistenza della barriera perché il materiale non è allungato in modo biassiale. • Non si posso includere le maniglie

Stiro soffiatrici

Nella macchina di stiro soffiaggio, esistono due metodi principali di soffiaggio a iniezione, il processo a singolo stadio e il processo due stadi. Singolo stadio In un processo monostadio, la produzione delle preforme e il soffiaggio delle bottiglie vengono effettuati sulla stessa macchina. Il vecchio metodo di iniezione, riscaldamento, stiro-soffiaggio ed espulsione a 4 stazioni è più costoso di una macchina a 3 stazioni perché elimina la fase di riscaldamento e utilizza il calore latente nella preforma, risparmiando sui costi energetici per il riscaldamento e riducendo del 25% negli strumenti. Quando superfici più grandi entrano in contatto, queste "croci" si uniscono lasciando poco spazio, rendendo il materiale meno poroso e aumentando la resistenza alla penetrazione della barriera. Questo processo aumenta anche la forza ideale per il riempimento di bevande gassate. Vantaggi Particolarmente adatto per piccoli lotti e piccole tirature. Poiché la preforma non viene sformata durante il processo dalla soffiatrice, lo spessore della parete della preforma può essere sagomato per consentire uno spessore della parete uniforme quando si soffiano forme sia rettangolari che non circolari. Svantaggi Restrizioni sul design delle bottiglie Due stadi In un processo di soffiaggio a iniezione estensibile in due fasi, la plastica viene prima modellata in una "preforma" utilizzando un processo di stampaggio a iniezione. Queste preforme sono prodotte con un collo di bottiglia, incluso un filo su un'estremità ("finish"). Queste preforme vengono confezionate e alimentate (dopo il raffreddamento) a una macchina di stiro-soffiaggio riscaldata, la soffiatrice. Nel processo ISBM, la preforma viene riscaldata (di solito utilizzando un riscaldatore a infrarossi) al di sopra della sua temperatura di transizione vetrosa e quindi soffiata nella bottiglia utilizzando aria ad alta pressione utilizzando uno stampo per soffiaggio di metallo. Come parte del processo, la preforma viene sempre tesa con un'asta centrale. Vantaggi La resa di produzione della soffiatrice a stiro soffiaggio è molto grande. Ci sono poche restrizioni sul design della bottiglia. Adatto per bottiglie cilindriche, rettangolari o ovali. Svantaggi Alto costo del capitale. Sebbene siano già disponibili sistemi compatti, l'ingombro richiesto per la soffiatrice è ampio.

Soffiatrice semi-automatica

Queste soffiatrici solitamente hanno una sezione forno indipendente costruita vicino alla pinza di soffiaggio. L’operaio manualmente posiziona una o due preforme sui mandrini che entrano nel forno; possono essere soffiate fino a 4 preforme contemporaneamente. Queste soffiatici hanno la chiusura dello stampo tramite pressione in sequenza di due bottoni per proteggere l’operatore da incidenti. Lo stampo quindi si chiude e stiro-soffia una o più bottiglie. L’operatore rimuove le bottiglie e aggiunge le altre preforme ai mandrini ed il processo riparte da capo. La velocità va da 50 bp/h da 20L in cavità singola a 700 bp/h per 0,50L in cavità doppia. Una variante a questa tipologia è una soffiatrice a quattro cavità con alimentazione automatica delle preforme nel sistema forno. Il posizionamento delle preforme nello stampo per soffiatura è manuale una volta attuata l’apertura dello stesso. La velocità di produzione arriva a 1500 bottiglie/ora.

Svantaggi

Uno svantaggio di questo tipo di soffiatrice è dato dalla velocità del forno e in particolare: quando si utilizzano preforme spesse è importante poter controllare la velocità del forno. Il processo consente poche possibilità di intervento tra la rottura delle bottiglie e la cristallizzazione delle preforme. Quindi è fondamentale che l’operatore disponga di adeguati sistemi di controllo della temperatura.

Soffiatrice lineare automatiche

Le soffiatrici lineari hanno stampi per soffiare montati in un corpo unico che si muove con un cilindro in comune. Il massimo delle cavità possono essere 10 ma normalmente vanno dalle 4 alle 8 cavità. Queste macchine assolvono alle esigenze di mercato per le basse velocità. Le preforme grazie ad una tramoggia arrivano al riordinatore tramite un nastro trasportatore inclinato. Da quì tramite gravità e rulli di scorrimento folle arrivano in soffiatrice dove vengono trasferite al forno. Le preforme poi vengono capovolte tramite un appropriato numero di pinze azionate da cilindri pneumatici.Le parti per trasportare le preforme nel forno si chiamano mandrini e sono tutti in alluminio temperato; vengono realizzati sul tipo di collo bottiglia della preforma scelta dal cliente.

Come funziona

Le cavità per la soffiatura sono poste una accanto all’altra. Maggiormente nelle soffiatrici le preforme sono movimentate capovolte e le aste di stiraggio vengono azionate da sotto. Dopo la soffiatura le bottiglie vanno alla stazione di prelievo e sono rimesse verticali sul nastro trasportatore. Anche se queste macchine forniscono una soluzione economica per la produzione di preforme presentano alcuni svantaggi rilevanti. Il primo e più grave è dato dalla modalità con cui le preforme passano attraverso il sistema forno. È impossibile far trascorrere a tutte le preforme la stesso tempo all’interno dei forni per come esse vengono indicizzate. Ciò diventa più problematico al crescere del numero delle cavitazioni degli stampi; Il calore emesso da una lampada ad infrarossi non è costante lungo la sua lunghezza. Nel punto centrale di una lampada alla temperatura massima si emette il 15% in più di calore rispetto alle estremità.

Soffiatrice: alcune conseguenze

Nella soffiatrice la conseguenza è che le preforme non vengono riscaldate uniformemente, differenze di temperature sono purtroppo ricorrenti. Ciò, a sua volta, determina delle differenze nella distribuzione delle pareti delle bottiglie (nello stampo). Alcune di queste differenze possono essere migliorate se ciascuna cavità dispone di un sistema di valvole di soffiaggio separato. Alcune soffiatrici sono dotate di percorsi nel forno in cui le preforme si spostano parallelamente l’una all’altra: questo con le lampade al centro per un omogeneo riscaldamento. Questa soluzione fornisce delle prestazioni complessivamente migliori senza arrivare al livello di quelle delle soffiatrici a ciclo continuo. Molte soffiatrici hanno la distanza delle preforme sui mandrini con lo stesso passo delle cavità dello stampo per soffiatura. Ciò determina un impiego del forno economicamente svantaggioso poiché le lampade riscaldano un grande volume di aria.

Come risparmiare energia

Quest’aria riscaldata costituisce un fattore svantaggioso rispetto al riscaldamento coerente previsto per la preforma. Molte soffiatrici offrono appositi sistemi di controllo della capacità totale del forno (rispetto alla temperatura misurata della preforma). Un altro svantaggio arriva dal movimento rotatorio prima delle preforme (capovolte), poi delle bottiglie (dritte verso l’alto). I dispositivi di azionamento costituiti da tre cilindri: (ciascuno per i movimenti su/giù, avanti/indietro, alimentazione/espulsione), possono costituire un grosso problema di manutenzione.

Soffiatrici rotative

A causa del largo consumo del PET come materiale di contenimento dei liquidi ci si è spinti a soluzioni molto più performanti. Ciò ha determinato un’innovazione che ha potenziato le capacità delle macchine stesse. La capacità viene generalmente misurata in bottiglie/orarie (b/ora). Sul mercato sono attualmente disponibili soffiatrici fino a 40 cavità e con capacità fino a 86000 b/ora. Questo enorme progresso è stato possibile grazie alle velocità crescenti degli azionamenti ed alla regolazione ottimale del tempo di processo.

Possibili ostacoli:

Il limite al funzionamento ai massimi livelli è lo spessore delle pareti delle bottiglie che necessita di tempi di raffreddamento. Le velocità nominali, riportate dai produttori nelle schede tecniche di tali macchine, sono relative sempre alla produzione di bottiglie leggere. Di solito sono quelle per l’acqua minerale; esse sono caratterizzate da un fondo completatemente stiro-soffiato. Le bottiglie per le bevande analcoliche, con o senza anidride carbonica, necessitano di tempi di processo più lunghi: sono così ridotte le rese effettive delle soffiatrici.Le sezioni forno delle macchine rotative sono molto simili a quelle delle altre tipologie di macchine; questo al fine di riscaldare le preforme con efficacia evitando aumenti di temperatura non dovuti nei colli preforma.

Differenze principali:

La differenza principale tra le varie soffiatrici sta nel design della chiusura del gruppo di soffiaggio. Nella rotativa la preforma va alla sua propria chiusura di soffiaggio che è a sua volta disposta su una ruota di soffiatura. Tutte le funzionalità fornite a queste chiusure, arrivano attraverso il centro della ruota di soffiatura per mezzo di distributori rotativi. Un grande gruppo-riduttore di trova al di sotto della ruota e viene azionato da un motore a velocità variabile. Risulta quindi evidente l’esigenza di un’opportuna progettazione di tutti gli accoppiamenti cinematici vista la complessità di tale meccanismo.

Come mai così efficienti:

Il tempo intercorso tra la fine della sezione forno e l’inizio della soffiatura è identico per ciascuna preforma. Questa caratteristica consente alla soffiatrice rotativa di fornire una qualità eccellente in maniera costante. Un motore elettrico singolo pilota tutte le funzionalità della macchina tramite cinghie di trasmissione. Meccanismi a camme azionano, inoltre, le aste di stiraggio e le sequenze di apertura/chiusura degli stampi. Di conseguenza, per variare la velocità di processo, è necessario soltanto cambiare la velocità del motore; Cosi tutte le altre funzioni vengono sincronizzate automaticamente

Come funziona il riscaldamento e trasporto preforma:

L'ingegnerizzazione dei mandrini che accolgono le preforme dalla sezione di alimentazione è un tema molto importante: I mandrini presentano diversi dispositivi caricati a molla e con la funzione di mantenere la preforma al sua posto; questo per garantire sia l’allineamento che l’assemblaggio sicuro. La maggior parte dei mandrini si spostano lungo delle guide e sono dotati di un pignone sulla parte superiore: nei sistemi forno, dove le preforme passano capovolte, il pignone si trova sula parte inferiore. Il pignone ingrana con una catena che mette i mandrini in rotazione e può muovere gli stessi attraverso la sezione forno.

Quanto possono misurare:

La spaziatura dei mandrini varia da 38 a 50mm e può essere aumentata fino a raddoppiare la sagoma: Questo per le applicazioni con apertura larga. La maggior parte delle bottiglie per l’acqua minerale e le bibite analcoliche impiegano preforme con diametri quali: del collo dai 28 ai 33mm processate facilmente con la spaziatura standard. Una volta messe in rotazione grazie ai mandrini, le preforme vengono esposte a radiazione infrarossa. Per esempio: 28 forni di riscaldamento di cui 20 in allontanamento dalla ruota di soffiatura e 8 sul percorso di ritorno. Nella sezione del forno in ritorno alla ruota di soffiatura, le preforme vengono sottoposte all’equilibramento; Questo è il bilanciamento delle differenze di temperatura all’interno delle pareti della preforma.

Soffiatrice: come è composta una cavità di soffiaggio

Alla fine del percorso dei forni, le preforme entrano in una ruota a stella o altro dispositivo di trasferimento: vengono spostate una per una sulla prima posizione disponibile della ruota di soffiatura. Ciascuna cavità ha: il suo proprio stampo per soffiatura, la sua asta di stiraggio, la sua connessione al circuito dell’acqua e tre valvole soffianti (presoffiaggio, soffiaggio e scarico). Le connessioni ai circuiti di: aria, acqua ed elettriche per i sensori ed i commutatori provengono da un’unità di alimentazione. Essa è posizionate nel centro della ruota di soffiatura. Questi determinano, a parità di cavitazione, costi di acquisto più elevati per macchine rotative rispetto a quelle lineari.

Trasferimento delle bottiglie

Le bottiglie soffiate lasciano gli stampi tramite pinze o ruote a stella che le posizionano su nastri. Il design di queste pinze può variare da macchina a macchina, specie se confrontato con quello delle macchine lineari. Le pinze effettuano i trasferimenti preforma tra forno, stampi e scarico: Generalmente nelle soffiatrici anch’esse sono controllate da meccanismi a camme e ruotano su guide sagomate. Invece di avere dei cilindri di apertura-chiusura, le pinze vengono soltanto spinte e tirate dentro e fuori le preforme: Esse sono ferme nelle tasche della ruota a stella o negli stampi per soffiatura (nel caso delle bottiglie finite). Quest’accorgimento consente di risparmiare sul tempo e sulla manutenzione, richiedendo la presenza dell’anello di sostegno nel design del collo della preforma. (Baga)

Per facilitare l’interazione tra la ruota a stella e le pinze

Uno spazio sufficiente affinché la pinza afferri la preforma al di sopra dell’anello di trasferimento. La preforma viene tenuta dalla ruota a stella proprio tramite l’anello stesso. Il principale vantaggio della soffiatrice usata e nuova rotative è dato dal movimento continuo di tutti i loro componenti. Un unico motore elettrico aziona l’intera soffiatrice e trasmette il movimento tramite cinghie dentate e pulegge. La sincronizzazione del movimento viene assicurata da un appropriato piano di manutenzione finalizzato al corretto tensionamento delle cinghie.

Sicurezze in caso di anomalie

Cosa succede nel caso di scorretta chiusura dello stampo, per effetto di una preforma malformata? Nel caso di una soffiatrice rotativa con una capacità di 20.000 b/c ora sarebbe un disastro: ciò determinerebbe un serio danneggiamento di tutta la catena cinematica, qualora non fossero predisposte le opportune protezioni. Tali protezioni vengono realizzate montando: un limitatore di coppia su ciascuna delle pulegge motrici calettate sui componenti rotanti della macchina. Quando la coppia motrice supera un valore fissato il limitatore stacca la puleggia motrice dalla parte rotante: questo consente la rotazione libera senza danneggiamenti strutturali. Sarà quindi compito dell’operatore riarmare il limitatore e ruotare opportunamente la parte rotante ripristinando la sincronizzazione. Nell’immagine seguente viene mostrato un tipico limitatore di coppia, di largo impiego nell’ambito in questione.

Combiblock solution

Le sempre maggiori richieste di efficienza e di compattezza hanno portato alla nascita di questa particolare configurazione. Il sistema combiblock unisce soffiaggio, riempimento e tappatura in un'unica soluzione integrata; Essa consente l'imbottigliamento e il riempimento di acqua e bibite gassate e piatte con la massima precisione. Combinando diverse apparecchiature e fasi di produzione in un unico sistema, l'efficienza della linea è migliorata. Il mercato delle attrezzature usate di imbottigliamento offre ogni tanto qualche occasione di acquisto. Come le soffiatrici usate anche il combiblock usato viene di solito offerto con un particolarfe tipo di collo bottiglia: Tale collo può comunque sempre essere modificato secondo le proprie esigenze di produzione. E' ovvio che una personalizzazione del collo potrà incidere sul prezzo di acquisto ma è sicuramente raccomandabile; il prezzo degli usati dipende sia dalle ore di lavoro che da anno, marca e modello.

La tecnologia sooffiatrice combiblock cosa comprende

  • Un'unica interfaccia uomo-macchina per soffiatrice e riempimento.
  • Gestione unico referto e singola ricetta, con tracciabilità archiviata e memoria a lunga durata.
  • Funzionamento automatizzato combinata di soffiaggio, riempimento e tappatura.
  • Procedure operative standardizzate per lubrificazione, pulizia e audit: con questo protocollo c'è molto rispario di tempo e sicurezza negli interventi enella programmazione.
  • Piani di manutenzione allineati per l'intero sistema.
Quando si vede in produzione il sistema combinato si capisce quanto questo aiuti a tenere sotto controllo la produzione; l'operatore della soffiatrice combi in un'unica postazione, può arrivare a controllare dal soffiaggio all'etchettaggio. In questa ipotesi abbiamo soffiaggio, riempimento, tappatura, controllo livello e tappo, etichettatura, controllo etichettatura. Quello che una volta si articolava in lunghi nastri, sia ad aria che per il trasporto di bottiglie piene, ora si condensa in pochissimo spazio. Può anche essere incluso in questo spazio l'eventuale saturatore o premix bibite.

Grandi Brand:

A livello di soffiatrici per questa tecnologia le grandi aziende studiano per aumentare sempre di più il rapporto efficienza/spazio. Ecco quindi i sistemi che permettono di avere:
  • l' etichetta appena soffiata la bottiglia mettendo sotto pressione la botttiglia appena prodotta.
  • L' etichettatrice integrata nel combiblock dopo la soffiatrice, riempitrice e tappatore
  • Sistemi di ispezione interni di alta precisione sia per il livello che per la presenza del tappo.
  • Ispettori per la presenza di etichette
  • Sistemi di monitoraggio della qualità della preforma prodotta con memorizzazione di eventi negativi: questi aiutano eventualmente gli specialisti a modulare e correggere eventuali difetti di produzione delle preforma nella soffiatrice.
I brand più famosi sono ad oggi sono Sidel, Krones, Sipa, KHS, Sacmi e si danno tutti battaglia:
  • sia per innovazione
  • sia per livello di assistenza
  • rapporto qualità-prezzo
  • valore delle componenti di ricambio.
  • velocità di intervento