L'emballage alimentaire par thermoformage est un procédé complexe, ce qui le rend propice aux conditions perturbées et aux temps d'arrêt. Il est tout à fait courant que la ligne d'emballage thermoformage soit le goulot d'étranglement d'une opération de production alimentaire, et frustrant pour les directeurs d'opérations en fabrication alimentaire ou les praticiens du lean : en raison de la nature des divers procédés d'emballage thermoformé, les goulots peuvent être intermittents et difficiles à prévoir. Avec la pression sur les transformateurs alimentaires pour emballer un éventail toujours plus large de produits sur une seule ligne, réduire les temps d'arrêt des thermoformeuses peut être encore plus difficile.
Multivac est le principal fabricant mondial d'emballeuses thermoformeuses pour la transformation alimentaire. Multivac livre plus de 1 000 emballeuses thermoformeuses chaque année à travers le monde, et les thermoformeuses Multivac trouvent un parfait équilibre entre standardisation et personnalisation. Pour optimiser les lignes d'emballage thermoformage, une recommandation courante est de standardiser lorsque possible et d'utiliser des designs d'emballage prêts à l'usage. Cela peut réduire l'impact d'un mauvais design d'emballage sur la productivité, le débit et les temps d'arrêt. Cependant, il y a des moments où le marketing et le développement de produits ont de bonnes raisons d'exiger un design d'emballage personnalisé. Multivac couvre bien les deux mondes, avec des options standards mais une forte personnalisation.
Contenant alimentaire standard en plastique thermoformé, Gracieuseté Multivac
Les procédés de thermoformage d'emballage alimentaire utilisent généralement les étapes suivantes :
Design d'emballage : le design de l'emballage est critique au succès du thermoformage et à la réduction des temps d'arrêt. Les emballages standardisés permettent aux transformateurs alimentaires de tirer parti des connaissances approfondies existantes pour produire de façon fiable un emballage largement utilisé fait d'un composé plastique connu. Comme vous le verrez plus loin, il y a tellement de facteurs à gérer dans une opération de thermoformage typique que le calibrage et l'opération de votre propre design peut produire une situation où vous devez apprendre par vous-même quels facteurs sont critiques à la fiabilité et à la qualité.
Une partie centrale du design d'emballage est la sélection du matériau. Il existe plusieurs types de plastique (HDPE — polyéthylène haute densité, LDPE — polyéthylène basse densité, PP — polypropylène, PET — polyéthylène téréphtalate, Styrofoam — polystyrène sont les plus courants) qui peuvent être thermoformés pour l'emballage alimentaire, et à l'intérieur de chaque type, les fabricants de composés plastiques fournissent leurs propres composés et spécifications mécaniques. Savoir que le bon matériau est sélectionné et qu'il sera disponible à coût concurrentiel, à qualité acceptable, pendant la durée de vie de la ligne d'emballage, est vital. Changer de matériau d'emballage sur une ligne de thermoformage peut introduire des variables apparemment invisibles qui influent sur les cadences de production, les temps d'arrêt et la qualité du produit.
Sélection du procédé : voici une partie de la grande variété de procédés de thermoformage. Certains requièrent des systèmes auxiliaires comme le vide, la pression et le refroidissement, ce qui accroît la complexité du système et introduit plus de points de défaillance. Un ingénieur d'emballage chevronné devrait être engagé lors du déploiement d'une nouvelle ligne d'emballage thermoformage.
Développement du moule : avec un design d'emballage en place, incluant la sélection du matériau, un mouliste qualifié est mandaté pour produire les moules. Comme pour la sélection du matériau de thermoformage, les moules existent dans une gamme de matériaux. Comme la conductivité thermique du moule est un facteur important pour la fiabilité de production, la capacité de nettoyer le moule efficacement influe sur les temps d'arrêt et la qualité du produit, l'évitement de micropores qui ne peuvent être nettoyés est un standard de qualité alimentaire, et la gestion de la corrosion et la durabilité du moule créent souvent des compromis, un ingénieur ou fournisseur de moules expérimenté est recommandé. En ingénierie des métaux, la sélection de matériau pour la conductivité thermique, la résistance à la corrosion et à l'usure est souvent contradictoire, et un concepteur expérimenté peut vous aider à comprendre ces compromis et à faire un bon choix de design.
Alimentation de la feuille : l'alimentation de la feuille comporte quelques options :
Le point d'entrée de la plupart des lignes d'emballage thermoformage est la feuille (ou la nappe) de plastique formable. Le thermoformage exige par nature un « thermoplastique », c'est-à-dire un plastique qui devient mou et formable à une température supérieure à la température ambiante. L'opposé du « thermoplastique » est le « thermodurcissable », qui sont des plastiques de nature cristalline et qui ne se ramollissent pas à la chaleur. Cela signifie que le choix de plastique est quelque peu limité à la gamme des plastiques qui peuvent être thermoformés, et tous les plastiques ne se prêtent pas à ce procédé.
La feuille peut être en rouleaux, auquel cas il faut changer les rouleaux lorsqu'ils se vident. Une alternative, un investissement plus important, est une ligne d'extrusion, par laquelle les granules sont entraînées dans un procédé d'extrusion plastique chauffé (généralement une vis avec gaine chauffée) et passées entre des rouleaux qui forment la feuille. L'avantage d'ajouter une ligne d'extrusion est qu'elle peut fonctionner en continu, réduisant un contributeur critique et coûteux aux temps d'arrêt du thermoformage : les changements de rouleaux. Les inconvénients d'introduire un procédé d'extrusion en amont de la ligne d'emballage sont la dépense capitale considérable supplémentaire et la complexité accrue d'ajouter machinerie et contrôles pour opérer et maintenir le système d'extrusion.
Procédés de moulage d'emballage : il existe 4 procédés typiques de thermoformage d'emballage alimentaire. Trois de ces procédés portent sur le moulage d'un emballage pour recevoir le produit alimentaire, et un consiste à sceller une pellicule sur ou autour de l'aliment emballé après remplissage.
Moule mâle / femelle : le moulage par thermoformage peut s'accomplir avec un moule mâle et femelle, ce à quoi la plupart des gens pensent quand on parle de moulage. La feuille de plastique est tirée entre deux demi-moules, les demi-moules se referment et forment la pièce, puis se séparent. La pièce est ensuite soit tirée hors du moule femelle, soit éjectée du moule mâle. Les moules en deux parties sont le plus souvent utilisés lorsque les pièces moulées doivent respecter des tolérances géométriques plus serrées.
Moulage sous vide : dans le moulage sous vide, la feuille est positionnée sur un moule à une seule partie et le vide aspire le plastique dans un moule femelle. Cela peut être moins coûteux qu'investir dans un moule mâle et femelle, mais les tolérances peuvent être plus lâches puisque la pièce peut ne pas être étroitement aspirée dans le moule. Ce procédé introduit aussi un système de vide qui peut introduire de la variabilité de procédé et des coûts de maintenance.
Moulage sous pression : le moulage sous pression, comme vous l'imaginez, est l'inverse du moulage sous vide. Dans ce procédé, la feuille de plastique est positionnée sur le moule et la pression pousse la pellicule sur ou dans le moule. Le moulage sous pression est un compromis avec le moulage sous vide en ce sens que la pression formera souvent le plastique à des tolérances plus serrées sur ou dans le moule, mais vous n'avez pas besoin d'acheter ou de maintenir un second demi-moule. Encore une fois, fournir de la pression signifie qu'il vous faut de l'équipement et des contrôles complexes à opérer et à maintenir.
Scellage à chaud : le scellage à chaud signifie appliquer une pellicule sur ou autour d'un emballage et sceller l'emballage hermétiquement pour préserver la fraîcheur des aliments. Les emballages-coques ont souvent une pellicule imprimée appliquée par scellage à chaud sur le contenant après remplissage, alors que les viandes sont souvent emballées dans un plastique transparent scellé à chaud sur le dessous.
Exemple d'emballage alimentaire avec contenant inférieur thermoformé et couvercle scellé par pellicule. Gracieuseté Multivac
Une ligne d'emballage thermoformage est souvent intégrée à l'impression d'étiquettes, à l'inspection et à l'emballage en boîtes ou contenants pour produire un produit final prêt à l'expédition.
Exemple d'une ligne d'emballage thermoformée intégrée incluant emballage thermoformé, alimentation produit, étiquetage et inspection finale, Gracieuseté Multivac
Comme vous pouvez le constater, le thermoformage d'emballage alimentaire peut être un ensemble d'étapes extraordinairement complexe à maintenir en opération fiable ! Cela peut faire de la réduction des temps d'arrêt un défi pour les opérateurs de systèmes d'emballage thermoformage.
Qu'est-ce qui cause les temps d'arrêt en thermoformage d'emballage alimentaire et comment Worximity peut-il vous aider à maintenir vos équipements d'emballage thermoformage, comme Multivac, en opération fiable ?
Worximity et l'alimentation matière du thermoformage
Les procédés de thermoformage manipulent une feuille de plastique pour produire un emballage thermoformé. La fiabilité du fournisseur de plastique à livrer une feuille qui respecte systématiquement les spécifications est vitale pour éliminer les temps d'arrêt. Les procédés de thermoformage peuvent se bloquer avec une feuille plastique de mauvaise qualité. Les contenants formés peuvent ne pas se libérer du moule de façon fiable, ou les produits peuvent sortir des tolérances si la matière première varie trop. Certains contenants doivent maintenir le bon niveau de translucidité ou de transparence, ou bien accepter l'impression ou l'étiquetage; la variabilité de la feuille peut affecter toutes ces propriétés.
Un outil d'analytique Smart Factory comme Worximity peut surveiller la thermoformeuse pour vous montrer quand une condition perturbée survient. Cela permet à vos opérateurs de régler rapidement les mauvaises alimentations de feuille, les rouleaux bloqués et les produits de mauvaise qualité, réduisant les temps d'arrêt et augmentant le TRG.
Worximity et le chauffage de la matière de thermoformage
La feuille sortant du rouleau, ou livrée par un extrudeur, passe à travers un four pour la chauffer à la juste température pour un thermoformage fiable. En plus de la variabilité de la feuille, la variabilité de la vitesse de la feuille dans le four ou des conditions internes du four peut causer des conditions perturbées comme celles mentionnées ci-dessus et entraîner des temps d'arrêt. Cela peut être difficile à maintenir lorsque les changements de produits sont fréquents, puisque chaque produit exige des paramètres de four différents. Les lignes démarrées avant l'ajustement des températures de four, ou si la vitesse n'est pas correctement ajustée, peuvent entraîner des temps d'arrêt de production.
La feuille provenant d'un extrudeur a l'avantage que la feuille entrant dans le four est souvent livrée à une température homogène dans toute son épaisseur, étant encore chaude du procédé d'extrusion. Les feuilles alimentées par rouleaux doivent être chauffées de l'extérieur vers le centre, et les plastiques plus épais peuvent être difficiles à chauffer uniformément, entraînant de la variabilité de thermoformage et des temps d'arrêt. Des feuilles pas assez chaudes peuvent ne pas se former entièrement, et des feuilles surchauffées peuvent « s'affaisser » durant le thermoformage, entraînant une qualité de produit inconstante.
Enjeux de chauffage en thermoformage. Gracieuseté Thermoforming: Improving Process Performance
La capacité de surveiller les paramètres de machine et de four peut permettre aux opérateurs de thermoformage de voir les procédés sortir des tolérances et d'agir de manière proactive pour ajuster les paramètres et maintenir la cadence de production. Worximity offre l'adaptabilité pour puiser dans les données machine afin de donner aux opérateurs un tableau de bord en temps réel auquel ils peuvent réagir et prévenir les temps d'arrêt.
Worximity et le thermoformage
Le procédé de moulage par thermoformage a des attributs mécaniques, comme l'accélération et la vitesse d'ouverture et de fermeture du moule, ainsi que des attributs de systèmes de support comme le vide / la pression, la température et le débit de l'eau de refroidissement et plus encore, qui contribuent tous à la fiabilité et au temps de fonctionnement.
Avoir la capacité de relier le suivi et la visibilité en temps réel à des systèmes disparates à travers un système complexe comme un système intégré Multivac est une force de Worximity pour réduire les temps d'arrêt de thermoformage, notamment sur les systèmes Multivac.
Worximity et la coupe des emballages thermoformés
La coupe d'emballage peut être sujette à des enjeux comme un mauvais alignement ou de l'usure. Des systèmes d'inspection comme l'inspection visuelle à haute vitesse sont souvent utilisés pour surveiller la précision et la qualité de coupe.
Relier les sorties de ces systèmes à un tableau de bord intégré comme Worximity peut permettre une planification proactive du remplacement des composants d'usure pour réduire les temps d'arrêt non planifiés.
Sommaire des enjeux qui peuvent causer des temps d'arrêt et que Worximity peut prévenir dans les systèmes de thermoformage Multivac :
Feuille :
- Feuille trop épaisse
- Feuille trop mince
- Propriétés mécaniques de la feuille médiocres, inconstantes ou hors spec
- Rouleau de feuille en fin de course / feuille n'alimentant pas
- Temps et fréquence des changements de rouleaux
- Durée et fréquence des temps d'arrêt
Chauffage :
- Vitesse de feuille à travers le four
- Température du four et état des composants clés
- Durée et fréquence des temps d'arrêt
Vide / pression :
- Statistiques de vide ou pression et état des systèmes
- Durée et fréquence des temps d'arrêt
Systèmes de refroidissement / chauffage :
- État des composants clés, moteurs, pompes, vannes
- Températures d'opération aux points clés
- Durée et fréquence des temps d'arrêt
Thermoformage :
- Démarrages et arrêts de moule dus à la mauvaise qualité ou produits coincés
- Facteurs critiques du moule : accélération, vitesse, points de température clés
- Temps d'arrêt pour nettoyage ou montage d'un autre produit
- Durée et fréquence des temps d'arrêt
Coupe :
- État de l'opération de coupe
- Nombre de cycles indiquant l'usure
- Systèmes d'inspection visuelle indiquant hors tolérance
- Durée et fréquence des temps d'arrêt
Qualité produit :
- État de l'inspection visuelle pour la translucidité ou transparence du produit
- Taux de rejets de produits
Cadences de production :
- Cadences d'entrants et de sortants au niveau macro
- Durée et fréquence des temps d'arrêt globaux
Multivac offre un large éventail de systèmes de ligne d'emballage thermoformé, équilibrant bien standardisation et personnalisation. Gracieuseté Multivac
Pourquoi ajouter Worximity à un système de thermoformage existant comme Multivac alors qu'il y a déjà des contrôles en place ?
Comme on l'a vu ci-dessus, un fabricant comme Multivac développe souvent un ensemble standardisé de produits et d'options pour rester compétitif. Bien qu'il puisse y avoir une certaine flexibilité dans les options, en raison de la nature spécifique d'une ligne d'emballage thermoplastique donnée, le suivi disponible peut ne pas être assez précis pour livrer un débit élevé et de faibles temps d'arrêt.
De plus, une solution d'analytique Smart Factory comme Worximity peut fournir un tableau de bord pour chaque rôle clé du procédé, accroissant la disponibilité des insights en temps réel et réduisant les délais de réaction aux événements d'arrêt.
Peut-être plus important encore, Worximity peut être configuré pour recueillir un large éventail de paramètres interreliés sur une longue période. Cela permet une analyse rétroactive pour repérer les tendances et identifier les occasions de réduire les temps d'arrêt de la ligne de thermoformage.
Si vous opérez ou envisagez de déployer une ligne d'emballage alimentaire par thermoformage, comme celles de Multivac, parlez à un spécialiste Worximity et découvrez nos déploiements éprouvés de réduction des temps d'arrêt de thermoformage.
