Nella produzione di preforme, bottiglie e contenitori in PET ogni azienda ha esigenze specifiche che devono essere soddisfatte da chi fornisce le macchine e gli stampi per realizzarli.
Converter e imbottigliatori cercano sempre soluzioni che portino vantaggi produttivi alle loro lavorazioni, sia quando immettono sul mercato un numero relativamente basso di preforme in PET o di bottiglie riempite, sia quando i volumi di produzione sono alti.
Vediamo le caratteristiche che determinano la qualità delle macchine e degli stampi per preforme.
In generale gli stampi per preforme possono avere da 8 a 180 cavità, ma il mercato ci dice che i tipi più usati dalle aziende sono quelli da 48, 72, 96, 128 e 144 cavità.
Ci sono differenze notevoli a seconda delle diverse esigenze dei consumatori finali delle bevande. In Europa c'è una domanda maggiore di stampi da 72 e 96 cavità, mentre in America e in Cina gli stampi acquistati e usati più di frequente sono quelli da 144 cavità.
Questo significa che anche le macchine installate nei vari stabilimenti differiscono per il limite massimo di cavità degli stampi utilizzabili.
Il rapporto tra macchina, stampi e cavità:
I fattori principali che portano vantaggi produttivi alle aziende sono sostanzialmente due: numero di cavità e tempo ciclo. Analizziamo ora nel dettaglio ciascuna di queste caratteristiche tecniche.
L'aumento della produttività nei sistemi di produzione delle preforme si può ottenere in vari modi, uno dei quali è massimizzare il numero di cavità.
Tipicamente il numero di cavità dipende da:
Se i primi due punti elencati lo consentono, è possibile progettare un layout delle cavità dello stampo (disponendo le cavità con un passo orizzontale e verticale) che ne massimizzi il numero.
Per esempio, grazie all'uso di un layout "micro-pitch", è possibile ottimizzare gli stampi passando da 48 a 72 cavità, da 72 a 96, da 96 a 128, da 144 a 180.
Un esempio tipico è lo stampo da 180 cavità come evoluzione di quello da 144. Quest'ultimo ha le cavità disposte su 8 file verticali da 18 cavità ciascuna.
Compattando le dimensioni dei componenti è possibile avere, nello stesso spazio, una disposizione su 10 file da 18 cavità ciascuna, per un totale di 180 cavità.
L'aumento di produttività è evidente, soprattutto analizzando i numeri.
Con uno stampo ottimizzato da 180 cavità e a parità di tempo ciclo, la produzione sale da 98.000 a 122.000 unità l'ora.
Per ottenere lo stesso risultato sarebbe stato necessario ridurre il tempo ciclo da 5,3 a 4,25 secondi, un valore oggi praticamente irraggiungibile.
Avere uno stampo ad alte prestazioni significa guadagnare un vantaggio in termini di:
In sostanza il risultato ottenuto è la riduzione del tempo ciclo e, di conseguenza, un evidente aumento della produttività.
Il tempo ciclo è composto da: tempo di iniezione, tempo di mantenimento, tempo di raffreddamento, tempo di apertura e chiusura meccanica della pressa e tempo di estrazione.
Poco fa abbiamo portato l'esempio di uno stampo che aveva già un tempo ciclo particolarmente competitivo (5,3 s), ottenuto applicando le migliori soluzioni disponibili. Altri stampi progettati con soluzioni più modeste hanno margini di miglioramento che, se applicati, possono portare a un aumento apprezzabile della produttività.
Per esempio, ottimizzando i vari componenti che compongono il tempo ciclo è possibile migliorare nettamente la produzione di preforme in PET.
I tempi di mantenimento e di raffreddamento possono dipendere dalla temperatura di estrazione della preforma che, a sua volta, dipende soprattutto dalla capacità di raffreddamento dei sistemi di post mould cooling.
Anche qui i numeri tolgono ogni dubbio. Avere un buon hot runner e uno stampo con sfiati ad alte prestazioni può portare a un miglioramento fino al 50% del tempo di iniezione.
Inoltre, confrontando uno stampo con buone prestazioni di scambio termico con uno stampo di scarsa qualità, si nota che la produttività può variare fino al 20-30%.
Il tempo di apertura e chiusura meccanica della pressa dipende quasi esclusivamente dalla macchina e dal progetto delle camme di estrazione dello stampo, mentre la capacità di raffreddare meglio la preforma fuori dallo stampo permette di estrarla rapidamente e quindi di velocizzare l'intero processo.
Lavorando su tutti questi parametri, e mettendo mano anche all'hardware nella forma di stampo e macchina per ottimizzarli, è possibile ottenere vantaggi incredibili che possono portare a una riduzione del tempo ciclo del 30%.