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Come si progetta e si produce una bottiglia di PET in modo da massimizzare la qualità del prodotto, contenendo costi e tempi di processo, e armonizzando gli interventi dei fornitori di tecnologia. Suggestioni e spunti dal recente forum organizzato da Krones Italia e PET Engineering. Elena Piccinelli
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Come interferisce il punto di rugiada dell'aria sulla deumidificazione dei polimeri igroscopici? Quali sono le variabili che influiscono sulla qualità di uno stampo per bottiglie? Come deve essere progettata una preforma? Come va disegnata una linea di riempimento intesa come ultimo anello di una catena produttiva coerente e razionale? Questi e altri temi affini sono stati affrontati nel recente “Forum delle opportunità”, organizzato da Krones in collaborazione con Plastic Systems, Husky e PET Engineering, per definire le variabili da tenere in conto nella progettazione e produzione di bottiglie di PET (e illustrare le proposte dell’industria).
L’incontro, che si è svolto nell’arco di 3 giorni a fine gennaio a Garda, è stato l’occasione per illustrare un sistema produttivo “ideale”, ovvero coerente e ottimizzato, che tenga in conto tutti i fattori in gioco. Oltre a Krones, che ha presentato la nuova soffiatrice Contiform S, integrata con una riempitrice ed etichettatrice a formare un blocco di macchine compatto e altamente igienico, sono intervenuti esperti nel trattamento del granulo (core business di Plastic Systems sono i deumidificatori per polimeri), nella realizzazione di stampi per preforme (specialità del colosso canadese Husky, che in Italia è presente con la filiale torinese), e nella progettazione della bottiglia nonché ingegnerizzazione del ciclo produttivo (PET Engineering). Ecco, dai vari interventi, alcuni spunti di attualità.
Il fattore umidità
Al primo posto nella catena produttiva, e dunque nella scaletta degli interventi, Plastic Systems ha fatto il punto sulle operazioni di deumidificazione nel processo di iniezione-soffiaggio di PET, illustrando come e perché è opportuno intervenire. Infatti, in questo tipo di lavorazione ancor più che in altre, va contenuto il tasso di umidità nel granulo in quanto, in caso contrario, si verifica una serie di rotture delle catene molecolari nel materiale (degradazione idrolitica), che compromette seriamente le proprietà meccaniche ed estetiche del pezzo finito. Ma non basta. È anche necessario evitare che la temperatura dello stampo della preforma sia inferiore al punto di rugiada dell’aria circostante (“dew point”), pena il formarsi di condensa che corrode le superfici e genera difetti nei pezzi prodotti.
Le tecniche disponibili per controllare il tasso di umidità - sottolinea il sales manager della società, Massimo Rubbis - sono diverse e Plastic Systems ha messo a punto le proprie apparecchiature mirando all’obiettivo di massimizzare il rapporto fra efficacia ed economicità di ciascuna soluzione. Operando sul granulo - ha suggerito a mo’ di esempio Rubbis - si considera che la deumidificazione viene favorita da un punto di rugiada dell’aria inferiore ai -40 °C (dunque da un’aria più secca) e più in generale, si gioca sulla differenza di pressione parziale di vapore fra materiale e ambiente esterno, in modo da velocizzare lo “sfogo” dell’umidità. Parimenti, se il condizionamento dello stampo si ottiene di norma innalzandone la temperatura al di sopra del dew point, la società veneta interviene invece ad abbassare quest’ultimo fattore, con apparecchiature progettate in modo da assicurare la sicurezza dell’operare, e l’efficacia anche in ambienti molto umidi e in processi che devono impiegare acqua di raffreddamento a temperature molto basse. Un’attenzione particolare è poi stata dedicata alla messa a punto di sistemi atti a contenere il consumo energetico, che in questo tipo di processi incide notevolmente sui costi complessivi. Plastic Systems vanta risultati molto significativi, ottenuti fra l’altro sfruttando il recupero termico sia per preriscaldare l’aria del processo sia per rigenerare i setacci molecolari usati nella deumidificazione del granulo.
Intervenire sullo stampo
I possibili interventi sullo stampo per preforme sono stati illustrati dalla Husky, nella persona del Business Manager PET Enrico Gribaudo, che, dopo aver passato in rassegna i fattori di rischio nello stampaggio a iniezione e i relativi metodi di controllo, ha illustrato i risultati conseguiti dall’azienda operando sul sistema pressa-stampo. Tre i grandi obiettivi che guidano il lavoro dei progettisti e dei tecnici Husky: la qualità finale del prodotto (garantita anche dalla messa a punto di adeguati metodi di controllo) l'aumento della produttività dei sistemi di stampaggio (introduzione della tecnologia Micropitch 56, 72, 144 cavità, nonché riduzione dei tempi ciclo con i sistemi Cool Jet, i sistemi Index con la rotazione del piano mobile per la riduzione del tempo di raffreddamento e di conseguenza del ciclo di produzione), la proposta di servizi di manutenzione e ottimizzazione degli impianti per mantenere nel tempo le performance e la qualità richiesta.
È soprattutto la capacità di coniugare questi obiettivi con il contenimento dei costi che ha portato Husky a proporre una serie differenziata di prodotti e interventi che migliorano la resa dello stampo nel tempo e ne allungano la vita. La revisione, per esempio, mira a ottimizzare la produttività di un sistema esistente mantenendolo “come nuovo”, sostituendo i componenti usurati, pulendo i canali di raffreddamento, rettificando le piastre, ecc. Diversamente, una più radicale riconversione porta ad aggiornare lo stampo, implementando parti e tecnologie allo stato dell’arte che consentono di ridisegnare preforme e bottiglie. Determinante, sottolineano infine in Husky, la manutenzione dei cosiddetti canali caldi, che consiste in una pluralità e varietà di interventi ed è tesa a contrastare i fenomeni di usura che influenzano negativamente la qualità del punto di iniezione, causando difetti nella preforma.
Dalla preforma alla bottiglia
La varietà e complessità dei fattori in gioco nella produzione di una bottiglia di PET per bevande è dunque notevole. L’ha ripresa e sistematizzata in un quadro coerente l’intervento di PET Engineering, che si propone come coordinatore e garante dell’efficacia complessiva del sistema e con Krones e Husky è stata coinvolta nel progetto della nuova bottiglia da 1,5 l per Levissima - Gruppo SanPellegrino.
I servizi della società veneta partono dal design di preforme e contenitori, per affrontare poi la progettazione degli stampi di soffiaggio, la prototipazione, la fornitura di stampi e modelli in plexiglass, lo sviluppo di test, lo start up in fabbrica, oltre che l’avviamento di nuovi formati, la consulenza e il training. Al Forum di Garda il direttore generale, Moreno Barel, e i suoi collaboratori sono entrati nel merito delle singole fasi, analizzando la resa dei materiali e delle attrezzature industriali disponibili e dando informazione sui tempi medi di realizzazione dei progetti, consentiti da un’organizzazione tecnica ottimale. Infine, è stato offerto un saggio di analisi dei costi ed è stato illustrato il servizio di progettazione su web che permette al designer PET Engineering e al cliente di lavorare insieme in tempo reale, visualizzando interventi, formulando preventivi e monitorando l’avanzamento dei lavori.
La nuova soffiatrice Contiform S
La soffiatrice Contiform, sviluppata nel 1997 per la produzione di bottiglie di PET da preforme, ha segnato l’ingresso di Krones in un nuovo mercato, e ha dato la misura della capacità dell’azienda di sviluppare tecnologia in proprio. Negli anni successivi la multinazionale tedesca ha via via perfezionato il progetto, mettendo a punto una nuova generazione di macchine che permettono di produrre bottiglie a rendere e a perdere per il riempimento sia a caldo che a freddo, con rendimenti fino a 1.600 bph per stazione di soffiaggio (la prima, con 24 stampi e una capacità di 33.600 bph, è stata venduta proprio nel nostro paese).
Ora viene presentato l’ultimo sviluppo: la soffiatrice Contiform S, una macchina stretch blow-moulding drasticamente rivisitata nel concetto e nelle prestazioni, seguendo i criteri di qualità ed economicità già illustrati, per gli aspetti di loro competenza, dai partner della Krones coinvolti nel forum.
La macchina è stata progettata per processi bi-stadio e comprende una giostra di soffiaggio azionata a camme, con annesso forno lineare. Il design modulare consente di armonizzare l’operatività dei due componenti in modo da ottimizzare l’efficienza del sistema, producendo contenitori con capacità fino a 3 litri e oltre, e con differenti diametri del collo.
Oltre a garantire la conformità dei contenitori alle specifiche predefinite, in termini di peso, uniformità e stabilità, questa soffiatrice si adatta alle differenti esigenze in termini di produttività (da 4.000 a 36.000 bph, che arrivano a 60.000 nel caso di contenitori di capacità inferiore ai 0,75 litri).
Contiform S può essere integrata con un impianto di riempimento per bevande gassate e piatte, e relativa tappatrice, formando un blocco unico e compatto con l’etichettatrice. Questa configurazione evita l’impiego di trasportatori ad aria e soffiatrici, e soprattutto elimina le possibili contaminazioni delle bottiglie tra la fase di soffiaggio e quella di riempimento; inoltre, rende superfluo il ricorso alla sciacquatrice, con conseguenti economie, anche in termini di personale.
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PET: a forum on bottles
How to design and produce a PET bottle while maximising the quality of the product, limiting costs and process times, and coordinating the work of technology suppliers. Suggestions and new ideas sparked in the recent forum organized by Krones Italia and PET Engineering. Elena Piccinelli
How does the dew point of the air influence dehumidification of hygroscopic polymers? What are the variables that most affect the quality of a bottle mould? How should a preform be designed? How can a filling line be designed as the last link in a rational and logical production line? These and other similar issues were discussed in the recent "Forum of Opportunities," organized by Krones, in conjunction with Plastic Systems, Husky and PET Engineering, in order to define the variables to take into account in designing and producing PET bottles (and illustrate new industry proposals).
The meeting was held over three days at the end of January in Garda and represented a unique opportunity to expound on the "ideal" production system, namely one that is consistent and optimised and which takes all factors into account. Taking part in the forum was Krones, which introduced its newest Contiform S blow moulding unit, integrated with a filling and labeling unit to form a compact and extremely hygienic block of machines, along with speakers that included experts in treating plastic pellets (the core business of Plastic Systems is dehumidifiers for polymers), in producing moulds for preforms (a speciality of the Canadian colossus, Husky, whose Italian subsidiary is sited in Turin), and in bottle design and engineering in the production cycle (PET Engineering). Here are some of the newest developments gleaned from the various speeches.
The moisture factor
As the first step in the production chain, and aptly first among the speakers in this Forum, Plastic Systems has fine-tuned dehumidification operations in the PET injection-blowing process and explained the hows and whys to taking measures in this phase. Indeed, in this type of processing more than any other, the amount of moisture in the pellet must be kept low as possible to prevent a series of molecular breakdowns from taking place in the material (hydrolytic degradation) that could seriously jeopardize the mechanical and aesthetic qualities of the finished article. But there is more to it than this. The temperature of the preform mould must be kept from lowering below the dew point of the surrounding air, which might otherwise form condensation that would corrode the surfaces and create defects in the pieces produced. There are several technologies available to control the amount of moisture - explained the Corporate Sales Manager, Massimo Rubbis - and Plastic Systems has developed and fine-tuned its equipment accordingly, with a view to optimising the effectiveness and value ratio of each solution.
When working with the plastic granule - continued Rubbis, by way of example - it is important to remember that dehumidification is facilitated by a dew point of the air of lower than -40 °C (therefore by even drier air). The equipment makes use of the partial difference in vapour pressure between the material and the outside atmosphere in order to speed up the "discharge" of the moisture. Similarly, while mould conditioning is normally achieved by raising its temperature to just below the dew point, the company has come up with a more effective way, by lowering the temperature using equipment designed to ensure the safety of the operation and its effectiveness in very damp environments and during processes that must use very low temperature cooling water. Particular attention is paid to fine-tuning systems designed to reduce energy consumption, which in this type of process has a significant influence on total costs. Plastic Systems can take pride in very impressive results, achieved by using heat recovery systems and by preheating the air of the process as well as to regenerating the molecular sieves used in removing the moisture from the granules.
Working on the mould
Husky, represented by its PET Business Manager, Enrico Gribaudo, took the podium to illustrate to the audience the range of interventions possible on the preform mould. After surveying the risk factors involved in injection moulding and the relative control methods, Gribaudo explained the results pursued by the company, by working on the press and mould system. Three broad objectives guide the work of the Husky designers and technicians: to improve the final quality of the product (by fine-tuning the most appropriate control methods); to increase the productivity of the moulding systems (by introducing Micropitch technology 56, 72, 144 cavities as well as reducing cycle times with the Cool Jet system, Index systems with rotation of the moveable surface to reduce to a minimum the cooling times and consequently, the entire production cycle); and to offer maintenance services and optimisation of the systems to maintain the required performance and quality over the long term.
The important ability to bring together these objectives while concurrently limiting costs was what encouraged Husky to propose a differentiated series of products and processes that improve the efficiency of the mould in the long run and extend its useful life. For example, overhauls aim to optimise the productivity of an existing system maintaining it "as new" by replacing any worn out parts, cleaning the cooling channels, and straightening out the plates, etc. Contrarily, a more radical reconversion has led to updates to the mould, implementing state of the art parts and technologies to completely redesign preforms and bottles. The Husky representative emphasized the importance of regular maintenance on the so-called "hot runners" which entails a wide range and a variety of measures and aims to counteract the wear and tear that can eventually negatively affect the quality of the injection point, causing defects in the preform.
From the preform to the bottle
The sheer number and complexity of the factors in play in producing a PET bottle for the beverage industry is remarkable. The observations made by PET Engineering brought to light and ordered this issue in a coherent and understandable way. PET Engineering is presenting itself as a coordinator and guarantor of the total effectiveness of the system. Together with Krones and Husky, PET Engineering was also involved in the design of the new 1.5 litre bottle for Levissima - SanPellegrino Group. The Veneto company offers services that run the gamut from the design of preforms and containers and continue on with design of the blow moulding moulds, prototyping, supply of Plexiglas moulds and models, testing, and final installation and start up in the factory, as well as launch of new formats, consulting and training. At the Garda Forum, the General Manager, Moreno Barel, and his collaborators explained to the audience the details of each individual phase, analysing the yield of the materials and the available industrial equipment and providing information on the average times of realisation of the projects, made possible by an optimal technological organization. Finally, the audience was offered evidence of the costs and was given an illustration of the web design services that enable designers at PET Engineering and the customer to work together in real time, visualising the measures to take, drafting estimates and monitoring the progress of the works.
The new Contiform S blow moulding unit
The Contiform blow moulding unit, developed in 1997 for production of PET bottles from preforms, heralded Krones's entry into a brand new market and demonstrated the real capabilities of the company to develop technologies internally. In the following years, the German multinational gradually perfected the design, fine-tuning a new generation of machines that efficiently produce reusable and recyclable bottles for either hot or cold filling, with yields of up to 1,600 bottles per hour per blow moulding station (the first machine, with 24 moulds and a capacity of 33,600 bottles per hour was sold in our country).
Today, Krones is presenting its most recent development: the Contiform S blow moulding unit, a stretch blow moulding machine radically redeveloped in its concept and performance, building on the quality and economy already illustrated in this Forum by Krones' partners in their areas of expertise. The machine was designed for dual-stage processes and includes a cam driven blow moulding carousel, with annexed linear heating unit. The modular design allows the user to harmonize the operations of the two components to optimise the efficiency of the system. It can produce containers of up to 3-litre capacities and more, and with different neck diameters.
In addition to ensuring that the containers meet predefined specifications in terms of weight, uniformity and stability, this blow moulding unit is ideal for a range of production needs (from 4,000 to 36,000 bottles per hour, reaching up to 60,000 in the case of containers with under 0.75 litre capacities). Contiform S can be supplemented with a filling unit for carbonated or still beverages, plus the respective capping unit, to form a single and compact unit with labeller. This configuration avoids the need for air transporters and blow moulding units, and more importantly, eliminates contamination between the blowing and filling phase; in addition, it makes the use of a rinsing unit unnecessary, with the consequent economic benefits, not the least of which fewer personnel.
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Collaborare per competere
Queste le aziende che hanno animato il Forum delle Opportunità.
Krones - Data di nascita: 1951; brevetti: 1.360; addetti: 8.390 world-wide; filiali: 32. Sono solo alcune delle cifre che caratterizzano il gruppo tedesco Krones AG, di cui Krones S.r.l. è la filiale italiana. Nato come costruttore di etichettatrici (l’installato supera oggi le 21.000 unità), si afferma fra i leader mondiali anche nel riempimento, tappatura e ispezione di bottiglie, a cui si aggiunge la fornitura di impianti completi per birrifici e di linee per la produzione di bottiglie di PET. I suoi clienti operano prevalentemente nell’industria alimentare e delle bevande, ma anche in quella chimica, farmaceutica e cosmetica. Oltre alle sei fabbriche in Germania, tutte certificate ISO 9001, Krones dispone di siti in Usa, Canada e Brasile, e realizza all’estero circa l’80% del fatturato.
Plastic Systems - È nota soprattutto come progettista e produttore di sistemi di deumidificazione di PET per preforme e bottiglie. Tuttavia, il suo campo d’azione è più vasto - deumidificazione, trattamento e trasporto dei polimeri in granulo - e la sua produzione comprende alimentatori, contenitori per lo stoccaggio, essiccatori, deumidificatori, condizionatori dello stampo, dosatori volumetrici e gravimetrici, miscelatori, sistemi di granulazione, nastri trasportatori e contenitori per lo stoccaggio. Plastic Systems è certificata ISO 9001, impiega circa 65 dipendenti di cui una quindicina dedicati alle sole installazioni, ha 2 siti produttivi e nel 2002 ha superato il budget previsto di 8,50 milioni di Euro. Opera in tutto il mondo tramite una rete di uffici commerciali e due centri di rappresentanza e assistenza in Russia e India.
Husky - Canadese (la sede italiana è a Rivoli, TO), è un riferimento a livello mondiale nel settore degli stampi. Il suo nome si deve al primo prodotto - una motoslitta chiamata Huskymobile - che non ebbe successo ma portò ugualmente fortuna. Infatti, pochi anni dopo Husky costruì uno stampo per la produzione di tazze di plastica, in grado di aumentare la resa delle presse, e nel 1961 avviò la produzione della prima pressa a iniezione. Oggi l'azienda si è affermata come fornitore globale di sistemi di stampaggio a iniezione per vari settori, fra cui l'imballaggio. In particolare, progetta e costruisce presse, stampi per contenitori di PET, canali caldi e robot (in Europa il sito produttivo è dislocato in Lussemburgo).
È quotata alla Borsa di Toronto e nel 2002 ha realizzato un fatturato di 581 milioni di dollari.
Pet Engineering - PMI giovane e dinamica, è stata costituita nell’agosto del 1999 e opera a livello internazionale. Vocata al design e progettazione di bottiglie di PET per l’industria delle bevande, dispone di strutture all’avanguardia fra cui spiccano il laboratorio R&D, i sistemi operativi e l’area prototipazione. Alla definizione delle caratteristiche tecniche e stilistiche del contenitore ha dedicato un sito web interattivo, e ha maturato competenze specifiche nello studio delle preforme, a cui seguono la progettazione degli stampi di iniezione e soffiaggio, la prototipazione e sperimentazione con cavità pilota, fino alla produzione degli stampi industriali, alla loro installazione e avviamento. Importanti anche le attività di training sugli aspetti tecnici e organizzativi inerenti i vari processi di trasformazione del PET. Impiega 10 dipendenti fra progettisti, tecnici di laboratorio e tecnici per le installazioni e in questi 4 anni di vita ha raddoppiato struttura e volume d’affari. Il 2002 si è chiuso con 630 stampi di soffiaggio prodotti e avviati, e 135 progetti realizzati in Italia e all’estero.
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Collaborate to compete
These companies enlivened the Forum of Opportunities.
Krones - Date of foundation: 1951; patents: 1,360; employees: 8,390 worldwide; branches: 32. Here are just a few of the figures that describe the German Krones AG, whose Italian subsidiary is Krones S.r.l. Originally formed to manufacture label making machinery (to date more than 21,000 units have been installed), Krones has since become a leader in bottle filling, capping and inspection, in addition to the supply of complete machinery for breweries and production lines for PET bottles. Its customers operate predominantly in the food and beverage industry, as well as chemicals, pharmaceuticals and cosmetics. In addition to the six factories in Germany, all ISO 9001 certified, Krones has manufacturing facilities in the US, Canada and Brazil and earns about 80% of its revenues abroad.
Plastic Systems - Is known mainly as a designer and manufacturer of dehumidification systems of PET plastic for preforms and bottles. However, its field of operation is even wider - dehumidification, handling and transportation of polymer pellets - and its production includes feeder units, containers for stocking, drying units, dehumidifiers, mould conditioning units, volumetric and gravimetric metering units, mixers, granulators and conveyor belts. Plastic Systems is certified to ISO 9001 standards, employs a staff of 65 people, fifteen of whom are expert installers. The company has two manufacturing plants and exceeded its estimated budget of 8.5 million euros in 2002. It operates around the world through its network of branch offices and two representational and post-sales assistance centres in Russia and India.
Husky - The Canadian firm (the Italian branch is sited in Rivoli, TO) has become a worldwide standard-setter in plastic moulds. The company is the namesake of its first product - a motorized sled called the Huskymobile. Though not particularly successful, the product brought luck to the company just the same. In fact, a few years later, Husky built a mould for producing plastic cups that increased the yield of the presses and in 1961, launched production of the first injection press. Today, the company is a global supplier of injection moulding systems for a number of sectors, including packaging. For the most part, Husky designs and builds presses, moulds for PET containers, hot runners, and robots (its European manufacturing plant is sited in Luxembourg). It is listed on the Toronto Stock Exchange and turnover for 581 million dollars in 2002.
Pet Engineering - Young and agile, Pet Engineering was founded in August 1999 and today operates worldwide. Founded to design PET bottles for the beverage industry, it has set up a technologically advanced organization that includes R&D labs, operating systems and a prototype production area. The company has dedicated an interactive web site to defining the technical and stylistic characteristics of the container and has accrued specific expertise in the study of preformed products, the design of injection and trapped air moulds, prototyping and experimenting with pilot chambers in addition to industrial mould manufacture, installation and start up. Pet Engineering also places high priority on training its staff on technical and organizational matters inherent to the various processes of PET transformation. The company employs a staff of 10, which include designers, lab technicians and installers and during its four years of operation, Pet has doubled its structure and volumes of business. In 2002, it produced and put into operation 630 trapped air moulds and 135 complete projects, in Italy and abroad.
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