解决IML/IMD问题的新方法

作者:本刊记者 Matthew H. Naitove 文章来源:PT《现代塑料》 发布时间:2017-03-29
本文介绍了一种新的IML/IMD技术,此技术综合了预切标签和卷筒标签的特性,消除了静电问题.

如果一个注塑成型商想通过模内贴标((In Mold Labeling,IML)来提高效率装饰效率,而不是在成型后贴标,他可以有两个选择:

选择一. 购买卷筒标签。不过,在将这些标签装入模具之前需要对其进行模切,这意味着必须拥有模切方面的专业技术,还要安装笨重的设备,另外还要考虑磨刀的时间、备用刀等事项。

选择二:购买预切的叠层标签,并将它们装入夹具或凹巢中,通过机械手传递到模具。这种方式带来了一系列问题,如标签需要抗静电处理,使它们不会相互粘连,但是同时,标签又需要通过静电固定在模具中,这两个需求相互矛盾,而错选、双层、弯曲、倒置的标签以及掉落的标签往往都是因为这个问题导致的。静电问题会受湿度的影响而发生变化。另外,来自打印机的预切标签通过带子扎成捆而进行传递,这意味着每捆最上面的5~10张标签可能会因为捆扎带导致的勒痕而不能使用。当行业的发展趋向于使用更薄的标签以及大量库存的短循环周期,这些问题被进一步放大。这是因为更薄的标签更难处理,而在更短的循环周期内运行更大的库存意味着标签叠和其他设置变量会有更多的变化。

“卸垛和静电是导致IML产品报废的首要原因,而且这种报废是成型后的报废,这意味着彻底失去了标签和这个部件。”IML标签供应商inkWorks印刷有限公司(美国威斯康辛州,以下简称“inkWorks公司”)总裁Bob Travis提醒道,“对成型商而言,标签中有这么多的变量要处理,包括不同的批次、标签的使用期、在标签叠中的位置、某些标签的多层结构(会引起标签卷曲)以及当任务变化时更改标签等操作。”在高湿度这种最坏的情况下,运行一个良好的操作通常能将废品率控制在2%一下,但有时废品率会高达20%。所有这些因素使inkWorks公司和两家自动化供应商——CBW自动化公司(美国科罗拉多州,以下简称“CBW公司”)和Robotic Automation Systems公司(美国威斯康星州)合作,来寻求第三种更好的方法实现IML和IMD(In Mold Decoration))工艺。

Travis称它为“完善到位的标签(perf-in-place labels)”,CWB公司的销售和市场营销副总裁Robert Harvey称之为“预切卷料供料IML(precut roll-fed IML)”。这项技术的关键是提供已经模切的卷料标签,这些标签98%的边缘都已经预切,标签之间留有0.011in.(1in.=2.54cm)宽的间隔,在一个3in.宽的标签上会有3~5这样的间隔。用这种方法,机械手能非常容易地将标签从片卷中拉出并直接传递到模具。

其实,早在6年前inkWorks公司就开始提供这种“完善到位的标签”,不过是以片材的形式。新的卷料供料方法在NPE 2015得到展出——来自CBW公司的侧入机械手从片卷中抽出标签,将其放在模具中。CBW公司用于这种技术的新的独立解卷系统能与用户选择的标签和部件操作自动化系统进行整合。

新的预切卷料供料IML系统在一个卷筒上传递标签,通过薄标签把标签贴在片卷上,用一台机械手就很容易提取。避免了预切堆叠标签特有的静电问题

零废料运行

第一家使用CBW独立新系统的用户是订制成型商有Commercial Plastics Co.(美国伊利诺伊州,以下简称“CPC公司”)。该公司拥有三家工厂,员工人数超过320名,有130台规格从55~2000t的注塑机。其价值7500万美元的业务分布在医疗废物管理、农业、消费品、商业洗衣、健康和健身以及CD / DVD包装等领域。

2016年7月,CPC公司在其位于威斯康星州的工厂中安装了第一台新的IML系统,第二台也在同年9月开始运行。CPC公司采用Robotic Automation Systems公司的机械手运行采用预切堆叠标签的IML工艺已经有10年之久,因此当其要寻找一种更好的方法时,就向这家供应商进行了咨询。CPC公司一个关键的IML应用是生产聚丙烯(PP)医疗废物箱,这些箱子有2gal(1 us gal= 0.0037854m3)、3gal、4gal和8gal几种规格,每个箱子有4个标签(标签由inkWorks)提供。因为这些与安全性相关的产品监管十分严格,所以其标签都印有序列条形码,如果贴标顺序出现问题,会给成型上带来极大的困扰。“对于采用堆叠标签进的IML工艺而言,确保序列条形码的顺利是一大挑战,但对于这个新系统却不存在这样的问题。”CPC公司总裁Bill O’Connor说,“打孔标签消除了许多失效模式。现在一个产品不会用两个不同的条形码结束,这对于客户而言非常重要。”

CPC公司总裁Bill O’Connor(左)和inkWorks总裁Bob Travis与模内贴标的医疗废物箱

这款新的IML系统以CBW公司的标签分配系统为基础,它一次指示4个标签,从而确保了标签的正确顺序。它包括一张真空台和一个把标签固定到位并压平扭结的机械压紧框架,以及一台检查标签条码的条码阅读器。真空输送机采用两轴定位的伺服控制。

Robotic Automation Systems公司将机械手标签取放系统与来自的CBW输送机整合在一起。CPC公司的第一个系统是专为一副两腔模具订制。一台六轴发那科关节式机械手使用旋转的四边末端工具(EOAT)为一个部件拾取4张标签。发那科 LR Mate机械手把分开的标签传递给一台三轴的顶部进入直角坐标型机械手(来自瑞典WEMO集团)。当六轴机械手返回到片卷为另一型腔拾取第二批4个标签时,这台WEMO的机械手处于等待状态。一旦三轴机械手得到了完整的8个标签,它会将它们插入到模具型腔中,然后标签通过静电固定到位。两个机械手都有真空确认,以检测吸力损失或标签缺失。成型后的部件被顶出,自由下落。这些厚壁部件用一台Husky500 t的Hylectric液电混合注塑机成型,其典型的周期时间是45s左右。

CBW公司的卷料供料标签输送系统有两个轴位置控制器和真空夹具。通过一台带有四边EOAT的六轴机械手从CBW定位压板中拾取inkWorks的四张标签

六轴机械手把分离的标签传递给一台三轴的顶部进入直角坐标型机械手,由三轴机械手负责将其插入模具中

Robotic Automation Systems公司总裁Craig Tormoen指出,每个机械手和CBW分配系统有其自己的控制器进行设置,但是在系统启动和运行时还有一个控制单点,它包含一个PLC以及和其他零部件通信的操作人员界面。

高度的灵活性

Tormoen指出,为CPC公司提供的第一个系统是专为两腔模具而设计,第二个系统是用于单腔模具的。后者的自动化更简单,对于标签的拾取不需要通过一台六轴机械手切换。

O’Connor对该系统的性能很满意,它已经运行了两个月,没有废件。它不受湿度或层压标签(必须承受500次洗涤)卷曲的影响。此系统用于较薄的标签也没有问题,这样不仅省钱还允许重叠注塑。

更换标签需要改变CBW系统定位压板和末端工具(EOAT),但不需要带有独特护栅的一套新的标签叠。“这个系统更加灵活。” O’Connor说,“它可以运行具有相同片卷宽度的三个不同的作业。我们只需改变定位和触摸控制器上的一个按钮即可调用一个新的操作程序。停机时间和模具成本得以减少。我们可以用比更换注塑模具更快的速度来改变自动化。这给我们带来了更多的能力。”

此外,系统中的机械手都是标准型号,而非专用型号,如果不应用于IML作业,还可用于其他用途。O’Connor承认当更换标签卷时,这个新系统要求注塑机停下来,这与采用预切-堆叠的IML系统不同。不过,一个标签圈有2000张标签,而一个典型的标签叠只有200张,所以更换标签卷的频率是每天两次到每两天一次,而不是每小时或每两小时就要重新装满标签叠。

O'Connor还指出,这个新系统最初的投资确实比预切-堆叠IML系统更昂贵。但他认为这是符合成本效益的,投资在一年或更短的时间内即可得到回报。“专用的标签叠并不便宜。”他指出。由于可以应用于较薄的标签,因此削减成本(比如不需要抗静电剂)得以削减。更重要的是,这种标签卷系统有助于对增长的库存进行循环控制。:“你不必在车间里对不同标签的无数叠层进行跟踪。” 他说。

除多腔叠层模具外,O’Connor希望在每个IML工艺中使用预切卷料供料系统。多腔叠层模具对机械手而言可能需要花费很长时间才能装入标签。O’Connor正和其他客户讨论在除医疗废物箱以外的其他部件中使用这个新系统。他认为这个系统对于使用较小标签的小部件有着独一无二的优势,小部件小标签对于预切标签叠而言操作非常困难。

目前系统中使用的是聚丙烯基标签,CPC公司把剩下的片卷骨架再生并将其混入其他聚丙烯部件(都是黑色的)中。聚碳酸酯标签现在正在测试,以用于采用类似树脂成型的注塑件中。

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