Les unités d'étirage Emerson peuvent effectuer jusqu'à 2400 cycles par heure dans le processus SBM.

Atteindre des opérations durables grâce à l’expérience humaine

En un coup d’oeil:

  • De nombreuses entreprises d’emballage se tournent vers des systèmes qui combinent le processus de moulage par étirage-soufflage (SBM) avec le processus d’embouteillage en un seul flux de production.
  • Les technologies pneumatiques peuvent résoudre les défis du PET tels que le coût, la fiabilité, la recyclabilité et le besoin d’une production flexible et d’une intelligence IIoT.
  • Les capteurs intelligents pour les machines SBM émettent des alertes lorsque le taux de fuite dépasse une valeur prédéterminée, de sorte que les fuites peuvent être diagnostiquées tôt.

Les technologies et produits pneumatiques jouent un rôle essentiel dans une large gamme de systèmes d’emballage destinés aux marchés des produits de consommation. Ils fournissent des systèmes fiables, éprouvés et efficaces pour une large gamme de tâches d’actionnement et de déplacement de matériaux dans de nombreux types de systèmes d’emballage. La dernière génération de systèmes pneumatiques intelligents leur permet de s’intégrer de manière transparente dans les environnements des machines d’emballage numériques grâce à l’intelligence embarquée et au respect de toutes les normes de communication pertinentes.

Le produit d’embouteillage le plus utilisé dans le monde est la bouteille en polyéthylène téréphtalate (PET). En 2016, plus de 6,12 milliards de bouteilles ont été produites dans des usines de tous les principaux marchés du monde. Les bouteilles en PET sont les plus largement utilisées pour les boissons – eau, jus de fruits et autres boissons – mais des versions de ces contenants sont également utilisées pour les cosmétiques, les produits pharmaceutiques, les soins personnels et les produits chimiques ménagers.

La demande de bouteilles en PET reste forte et, par conséquent, on estime qu’environ 3 500 systèmes d’étirage-soufflage (SBM) sont construits et déployés chaque année. Plusieurs technologies pneumatiques jouent un rôle essentiel dans ces systèmes, avec des produits innovants tels que les vannes de régulation proportionnelles qui aident les systèmes SBM à fournir la flexibilité, les débits élevés et la qualité des produits dont les entreprises mondiales d’emballage ont besoin.

Croissance des systèmes de production combinés SBM

Dans les machines SBM, les préformes en PET sont montées sur des noyaux et transportées dans un four chauffant pour les ramollir. Il y a alors un changement de pas pour les orienter pour l’insertion dans des moules qui définissent la forme des bouteilles. La préforme est physiquement étirée tandis que de l’air basse pression est injecté pour dilater instantanément la bouteille (pré-soufflage), qui se conforme à la forme définie par le moule et ensuite de l’air haute pression – jusqu’à 40 bar (soufflage) – pour finaliser la production processus donné au conteneur la rigidité finale et commencer à abaisser la température. Les bouteilles sont ensuite éjectées pour la prochaine étape de traitement.

La pneumatique joue un rôle clé dans ces processus: les vérins pneumatiques utilisant de l’air d’alimentation basse pression pour manipuler les noyaux lorsqu’ils se déplacent à travers le chauffage dans le processus d’étirage et de soufflage, tandis que les blocs de vannes pneumatiques haute pression et les vannes de commande fournissent le coup d’expansion critique.

Les unités d’étirage Emerson peuvent effectuer jusqu’à 2400 cycles par heure dans le processus SBM.Emerson

Jusqu’à récemment, la fabrication de bouteilles en PET et leur remplissage avec des boissons étaient deux processus distincts, se produisant souvent à deux endroits différents. De nombreuses entreprises d’emballage, généralement des embouteilleurs de boissons, achètent désormais des systèmes «combo» qui combinent le processus SBM avec le processus d’embouteillage dans un flux de production unique et ininterrompu.

Il offre une grande efficacité aux embouteilleurs et leur donne la possibilité de contrôler et de modifier la taille et la forme des bouteilles en PET pour être plus réactifs aux tendances changeantes des clients, aux demandes du marché et améliorer la différenciation des produits.

Ce processus combiné aide également les entreprises d’embouteillage à répondre à un souci de durabilité: les bouteilles en PET sont hautement recyclables, mais sur de nombreux marchés, les programmes de recyclage ne sont pas aussi efficaces qu’ils pourraient l’être, ce qui conduit à des efforts pour interdire ou limiter strictement l’utilisation de bouteilles en PET. La mise en œuvre de systèmes de production combinés offre le potentiel d’aider à réduire considérablement l’empreinte carbone de ce type de conteneur, car ils n’ont plus besoin d’être produits en un seul endroit et expédiés à l’usine d’embouteillage où ils sont ensuite stockés jusqu’à ce qu’ils soient remplis.

Principaux défis de la production de PET

Les entreprises d’embouteillage qui investissent dans des lignes de production combinées, ainsi que les fabricants d’équipement d’origine (OEM) qui fournissent leurs systèmes, sont confrontés à plusieurs défis liés à la maximisation de la valeur et des performances de leurs systèmes de production, en particulier de leurs machines SBM. Parmi ces défis:

Amélioration des coûts et de la productivité. La production typique de moulage par soufflage varie de 2 400 à 3 000 bouteilles par moule et par jour. Les fabricants veulent maintenir ce niveau de production avec des taux extrêmement bas de bouteilles rejetées / de mauvaise qualité.

Demande d’une gamme plus large de formes et de tailles de bouteilles. Une production efficace et flexible de différentes tailles et formes de bouteilles est essentielle pour produire facilement différentes tailles et formes. Ceci est particulièrement important car certaines entreprises cherchent à développer leur production de formes de bouteilles personnalisées et de capacités de bouteilles à la demande.

Fiabilité maximale. Les embouteilleurs et les équipementiers ont un besoin continu de composants système avec une longue durée de vie et des capacités de maintenance prédictive.

Intelligence Industrie 4.0 / IIoT. Davantage de données exploitables en temps réel provenant des machines de production et des composants des machines pouvant être utilisées pour améliorer l’efficacité et réduire les temps d’arrêt des machines sont nécessaires. Un autre défi consiste à visualiser les données et à les rendre exploitables – pour obtenez toute l’histoire de la façon dont les choses fonctionnent.

Recyclabilité. Les embouteilleurs en PET et les utilisateurs finaux souhaitent également développer des moyens d’augmenter le pourcentage de PET recyclé dans la production de nouveaux conteneurs de même qualité et caractéristiques.

De multiples technologies pneumatiques répondent à bon nombre de ces défis. Beaucoup ont des fonctionnalités fiables et performantes qui ont été affinées au cours de décennies de collaboration étroite avec les constructeurs de machines.

La pneumatique est utilisée dans plusieurs domaines clés des machines SBM. Les systèmes pneumatiques de préparation d’air offrent une efficacité améliorée et un meilleur contrôle de l’air à basse et à haute pression utilisés par les actionneurs de préforme et les étapes d’expansion de la bouteille de soufflage étirée.

L’air basse pression active les actionneurs pneumatiques et les dispositifs qui déplacent et manipulent les bouteilles tout au long du processus, tels que le changement de pas, les unités d’étirage et les unités d’éjection, tandis que les unités de filtre / régulateur modulaires et les capteurs prennent en charge les débits élevés nécessaires à l’expansion de la bouteille haute pression. étape.

La dernière génération de capteurs intelligents pour cette application émettra des alertes lorsque le taux de fuite dépasse une valeur prédéterminée, de sorte que les fuites peuvent être diagnostiquées tôt et traitées avant qu’elles ne deviennent un problème majeur. Cela donne aux embouteilleurs des informations exploitables sur les données de la machine (telles que le débit, la pression et la température), ce qui permet d’optimiser la consommation d’énergie, d’éviter les temps d’arrêt de la machine et de réduire les coûts.

Les blocs de soufflage hautes performances constituent un autre ensemble clé de composants pneumatiques essentiels au processus SBM. Ces pneumatiques assurent le contrôle de la croissance du volume de la bouteille grâce à des parties clés du processus d’expansion de la bouteille: pré-soufflage, soufflage, récupération et échappement.

Les blocs de soufflage haute performance permettent de contrôler la croissance du volume des bouteilles, ce qui en fait un composant pneumatique essentiel dans le processus SBM.Les blocs de soufflage haute performance permettent de contrôler la croissance du volume des bouteilles, ce qui en fait un composant pneumatique essentiel dans le processus SBM.Emerson

La dernière génération de ces composants est conçue pour des milliers d’heures de fonctionnement. De nombreux fournisseurs ont affiné leurs conceptions pour les rendre plus compactes pour s’adapter aux espaces de machines étroits, réduire les volumes morts et améliorer les temps de réponse pour permettre une production de bouteilles à grande vitesse.

Le bloc EP07-PT est équipé d'un régulateur de débit de haute qualité, d'une vanne intégrée au bloc de soufflage et de fonctions intégrées IoT.Le bloc EP07-PT est équipé d’un régulateur de débit de haute qualité, d’une vanne intégrée au bloc de soufflage et de fonctions intégrées IoT.Emerson

Les cylindres pneumatiques jouent un rôle important dans plusieurs étapes de la machine SBM, y compris le repositionnement des préformes lorsqu’elles sortent du four de chauffage et sont insérées dans les moules de soufflage. Les vérins pneumatiques, les vannes de commande directionnelles, les systèmes de vannes et les unités d’éjection conçues sur mesure sont largement utilisés dans ces applications.

La pneumatique continue d’être utilisée dans ces fonctions SBM car ce sont des systèmes à la fois fiables et efficaces. Beaucoup de ces produits, tels que les vannes, sont conçus de manière hygiénique pour les environnements de zone alimentaire. Cela les rend bien adaptés aux usines mixtes où les bouteilles sont remplies directement en aval du système SBM.

Vannes de contrôle proportionnelles intelligentes

Comme avec de nombreuses autres technologies d’automatisation, la pneumatique a ajouté des capacités pour fournir de nouveaux niveaux et gammes de contrôle aux processus de fabrication clés. Un important fournisseur de pneumatiques a récemment introduit une vanne de régulation proportionnelle pour l’étape d’expansion de pré-soufflage dans la production de PET

Ce contrôle pourrait changer la donne pour cette étape, en remplaçant ce qui était auparavant un débit haute pression marche / arrêt – régler le débit et le garder le même tout au long du processus de soufflage – avec une modulation du débit pour affiner l’expansion de chaque bouteille dans le moule.

Cette nouvelle solution combine une vanne proportionnelle spécialement conçue, une électronique de commande et un logiciel qui peuvent soit stocker les points de consigne pour la séquence de soufflage dans la vanne, soit répondre aux directions de commande de l’API SBM gérant le processus de soufflage.

L'introduction d'une vanne de régulation proportionnelle dans l'étape d'expansion de pré-soufflage de la production de PET donne un niveau de contrôle plus élevé de chaque poste de machine que le modèle de débit haute pression marche / arrêt précédemment utilisé.L’introduction d’une vanne de régulation proportionnelle dans l’étape d’expansion de pré-soufflage de la production de PET donne un niveau de contrôle plus élevé de chaque poste de machine que le modèle de débit haute pression marche / arrêt précédemment utilisé.Emerson

L’expansion de la bouteille prend généralement entre 70 et 200 ms, en fonction de la taille de la bouteille et de l’épaisseur souhaitée. Dans le passé, le débit était uniforme, mais avec cette technologie de valve proportionnelle, la croissance de la bouteille est intelligemment modulée, ce qui donne un niveau de contrôle beaucoup plus élevé sur la façon dont la bouteille chauffée se dilate dans le moule.

Cela permet un contrôle en temps réel de chaque station machine, et il peut y avoir jusqu’à 48 stations. Le système comprend également la capacité de capturer les résultats de rétroaction pour la qualité de chaque coup, fournissant les données critiques nécessaires aux fabricants de bouteilles pour affiner le processus et réduire au minimum le nombre de bouteilles rejetées.

La technologie proportionnelle pour le soufflage de PET fait passer la pneumatique à un tout nouveau niveau de valeur pour ce processus, offrant de multiples avantages:

  • Le potentiel de réduire la consommation de matière grâce à la possibilité d’ajuster la formation de la paroi et de la forme des bouteilles, ainsi que de créer des contenants plus minces et plus légers
  • Permettre la production à haut débit de formes de bouteilles plus complexes, un objectif essentiel à des fins de marketing pour les embouteilleurs
  • Aider à générer des économies d’énergie de deux manières: en réduisant potentiellement la pression d’air de soufflage nécessaire pour accomplir une formation de bouteille de qualité et en réduisant la température de chauffage dans le four de pré-soufflage
  • Amélioration de la flexibilité de fabrication, car le processus est facilement modifié via une formule logicielle / API spécifique à chaque station de soufflage de la machine

Étant donné que le système de vanne proportionnelle capture et communique également des données sur chaque coup, il fournit une riche source de données pour la documentation de qualité afin de sauvegarder et de suivre le contrôle du processus. Il fournit également des données de surveillance de l’état pour soutenir les programmes de maintenance de routine et préventive.

Conclusion

Dans le moulage par soufflage de PET, la pneumatique continue d’évoluer et de s’améliorer, combinant des performances fiables pour plusieurs étapes clés du processus avec des innovations qui répondent aux besoins des OEM et des fabricants pour plus de contrôle et de flexibilité.

Alors que les machines combo SBM continuent d’être la solution de choix pour de nombreux embouteilleurs, le besoin de systèmes pneumatiques intelligents qui fournissent des capteurs IIoT, une capture de données en temps réel et des interfaces avec les principales architectures de bus continuera de croître.

Les équipementiers qui collaborent avec des fournisseurs de technologie pneumatique expérimentés peuvent tirer parti de leur expertise dans les technologies pneumatiques et co-développer de nouvelles solutions et des améliorations pour des produits existants, ce qui contribue à améliorer la façon dont la pneumatique contribue à la performance et à la valeur concurrentielle de leurs systèmes.

Gerson Henning est le directeur du développement commercial, de l’emballage des aliments et des boissons chez Emerson.

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