I processi che coinvolgono i materiali termoplastici sono stati e continuano ad essere attentamente studiati da CD Automation per fornire ai partner progetti customizzati di Power Quality, volti all’efficientamento e alla maggiore sostenibilità di tali lavorazioni.
Ci eravamo già occupati, in merito, della professionalità con cui l’azienda affianca i clienti impegnati nei processi di estrusione.
Cercheremo oggi, invece, di considerare un’ulteriore operazione di trasformazione delle materie plastiche, che permette di produrre una varietà di articoli a corpo cavo: lo stampaggio per soffiaggio, meglio conosciuto con il termine inglese blow molding. E, più nel dettaglio, ci occuperemo di descrivere il processo di stiro soffiaggio e le soluzioni offerte da CD Automation per questa lavorazione.
Cos’è il soffiaggio?
Il soffiaggio è una tecnica utilizzata nella trasformazione delle materie plastiche, derivante dalla soffiatura del vetro. Il primo macchinario dedicato allo stampaggio per soffiaggio fu progettato da Enoch Ferngren e William Kopitke e venduto alla Hartford Empire Company nel 1937, anno in cui prese a diffondersi tale tecnologia a livello commerciale. Il vetro, troppo fragile per tale lavorazione, fu presto soppiantato dalla plastica, e nel 1939 furono realizzate le prime produzioni in serie di bottiglie di questo materiale negli Stati Uniti d’America.
Come funziona il processo di stampaggio per soffiaggio?
Il soffiaggio è un’operazione piuttosto semplice e intuitiva; è però composta da diverse fasi:
- preliminarmente si introduce il materiale grezzo sotto forma di granuli in un cilindro riscaldato.
- Le elevate temperature rendono il materiale pastoso e pronto per essere mescolato, tramite una vite, ed estruso o iniettato al fine di formare una preforma tubolare in plastica, il parison.
- Il parison viene bloccato in un apposito stampo, che è sagomato secondo la forma finale del prodotto.
- All’interno della preforma viene soffiata dell’aria che gonfia la plastica, facendola aderire alle pareti dello stampo.
- Una volta che il materiale termoplastico si è raffreddato e quindi indurito, lo stampo si apre e il pezzo viene espulso.
Quali sono i vantaggi di questa tecnologia?
Lo stampaggio per soffiaggio garantisce una vasta gamma di benefici, tra cui:
- tempi di produzione rapidi
- possibilità di soffiare parti complesse e di regolare il peso del contenitore;
- opportunità di incorporare i manici nel design del packaging.
Tale lavorazione si rivela, inoltre, ideale per produrre packaging multi-strato e contenitori con finestra di visibilità.
Focus sullo stiro soffiaggio
Lo stampaggio per soffiaggio viene realizzato secondo diverse tecniche. Una delle più efficaci, in particolare nel settore del beverage, è quella dello stiro soffiaggio. Tale processo è infatti noto per la produzione di bottiglie in PET. Utilizzato sin dall’inizio degli anni ‘70, il processo si diffuse ampiamente in parallelo alla crescita della domanda di bottiglie per bevande gassate.
I benefici
Uno dei vantaggi principali dello stiro soffiaggio è la capacità di allungare la preforma in una direzione biassiale per aumentare la resistenza alla trazione, le proprietà di barriera, la trasparenza e il top load dei contenitori. Questi incrementi favoriscono, infatti, una riduzione del peso complessivo dei contenitori prossima al 10/15% rispetto ad altre lavorazioni.
Monostadio o bistadio, come scegliere?
I processi di stiro soffiaggio sono suddivisibili in due categorie: monostadio e bistadio. Il primo utilizza l’estrusore per iniettare una preforma in uno stampo, in cui la plastica viene rapidamente raffreddata, formando il parison. Una volta ammorbidito, esso si estende fino a circa il doppio della sua lunghezza originale. E l’operazione prosegue quindi, nel medesimo macchinario, come descritto in precedenza per il soffiaggio. Questa tecnica risulta efficace in applicazioni dove non sono richieste velocità di produzione particolarmente elevate.
Lo stiro soffiaggio a due stadi viene utilizzato, invece, per volumi di produzione elevati. Esso si differenzia dalla tecnica precedente perché impiega preforme precedentemente fabbricate. Questa caratteristica consente alle aziende di produrre o acquistare le proprie preforme.
In tale processo, il macchinario stampa ad iniezione una preforma, che viene poi trasferita all’interno di un altro macchinario, dove viene soffiata ed espulsa. Lo stiro soffiaggio bistadio richiede solitamente grandi tirature per giustificare la spesa ingente per gli stampi ad iniezione necessari per creare la preforma e per quelli di soffiatura utili ad ottenere il contenitore.
L’indipendenza appena descritta del processo di stampaggio ad iniezione rispetto a quello di soffiatura consente di ottimizzare separatamente entrambe le lavorazioni. Questo vantaggio implica che le preforme possono essere immagazzinate, spedite per lunghe distanze e usate quando necessario.
L’applicazione nel settore beverage
Lo stiro soffiaggio, come si anticipava, fa parte del processo di produzione a due stadi delle bottiglie in Polietilene Tereftalato (PET), il materiale più utilizzato nel packaging per il settore beverage. Per questa applicazione, lo stiro soffiaggio è composto appunto da due fasi: nella prima, di stampaggio ad iniezione, i macchinari producono dei parison a forma di fiala o provetta. Il loro collo è completamente rifinito, ma le dimensioni delle preforme sono nettamente contenute rispetto a quelle del prodotto finito, che si ottiene solo grazie alla fase di stiro soffiaggio riscaldato.
La funzione delle lampade a infrarossi
L’ultima fase indicata è garantita dalla presenza di moduli di riscaldamento dotati di lampade a infrarossi. Si tratta di un momento delicato per il processo. È infatti difficile che le diverse preforme trascorrano la stessa quantità di tempo all’interno dei forni, per come vengono indicizzate. E tale problematica si inasprisce con l’aumentare del numero della cavitazione degli stampi. Inoltre, il calore emesso da una lampada ad infrarossi non è costante in tutta la lunghezza. Il suo punto centrale emette infatti il 10-20% di calore in più rispetto alle estremità.
Questi svantaggi impediscono alle preforme di essere riscaldate uniformemente. Ciò determina, a sua volta, delle differenze nella distribuzione delle pareti delle bottiglie nello stampo.
La soluzione di CD Automation
CD Automation, forte di un’esperienza trentennale, ha sviluppato, per l’efficientamento e la sostenibilità dei processi di stiro soffiaggio e il controllo degli elementi riscaldanti e delle lampade a infrarossi, l’unità di potenza multicanale REVO PN, capace di gestire applicazioni con molte zone di potenza, attraverso un ingombro ridotto. Grazie all’algoritmo di distribuzione della potenza erogata, con REVO PN è possibile bilanciare e limitare il picco di corrente richiesta così da mantenere un’alta qualità della corrente assorbita, limitando le perdite e i consumi.
Il ruolo di REVO PN
L’impiego di REVO PN nei processi di stiro soffiaggio consente di ridurre sensibilmente i picchi di potenza, mantenendoli al di sotto dei livelli concordati contrattualmente ed evitando penali e spese impreviste.
L’unità è in grado di gestire fino a 24 elementi riscaldanti. Sincronizzando le accensioni di tutti i canali è possibile evitare picchi di tensione, mantenendo il fattore di potenza prossimo a 1. E ciascun modulo può comunicare autonomamente con i più diffusi bus di campo e diagnosticare tempestivamente le rotture degli elementi riscaldanti e i cortocircuiti sui tiristori.
Non da ultimo, la modalità “Dynamic burst firing” di REVO PN consente di ridurre il flickering in applicazioni con lampade a infrarossi a onde corte.
La soluzione per il controllo delle lampade a infrarossi
Nell’ambito delle applicazioni che richiedono l’utilizzo di lampade ad infrarossi, CD Automation offre un pannello completo e integrato, comprendente unità thyristor e regolatore di temperatura o umidità con modalità di controllo automatico/manuale. La rilevazione della temperatura può essere effettuata mediante termocoppia o pirometro, con la possibilità di utilizzare un ingresso di velocità come setpoint per la potenza, garantendo così un controllo preciso e affidabile del processo.
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