模内装饰 | 13分钟阅读

模内标签在北美流行

在欧洲商店的货架上已经很熟悉的景象,"IML"在北美注塑商中越来越受欢迎。最新的工具和自动化设计可以处理此处所需的更大数量。

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Pressure-sensitive and glued-on 标签s, shrink-sleeve 标签s, pad and offset printing, heat-transfer foils and decals—all are conventional methods of decorating injection molded products. All of them involve secondary operations. And all are now being challenged by a one-step approach that yields a fully 标签ed part directly from the tool.

模内贴标(IML)使模塑商可以生产带有"no-label"外观和图形质量,这是某些后期装饰方法无法实现的。可以将照片,清晰的插图甚至是三维图像设计成一个标签,该标签成为产品不可或缺的一部分,而不是停留在部件的外部。标签因此具有结构和装饰价值,使包装轻量化多达10%至15%,同时增加了侧壁强度。

IML设计现在从各种形状的平盖到360° wrap-around 标签s and IML that covers three, four, five, and even eight sides of a product that can be rectangular, round, square with rounded corners, or have 波浪状的 sides. In one variant of the technology, the "label"是一块硬纸板的印刷件,只需要在其周围模制一个塑料边即可成为一个完整的盖子。

 

欧洲领先

IML最强大的支持者是欧洲模塑商,模具制造商和自动化供应商,他们积累了至少二十年的专业知识。如今,欧洲估计有85%至95%的食品包装应用使用IML,并且它还用于某些耐用品,例如可回收啤酒箱。最先进的应用包括两室酸奶容器,每个室带有一个环绕式标签,杯子上的3D柱状薄膜标签是为麦当劳特别促销而制作的,具有沃尔特·迪斯尼的角色。 (这两个图均在前盖上。) 

IML最大的模塑商之一是德国梅勒-盖斯莫尔德的Spies Kunststoffe。该公司拥有70台机器(大部分来自Netstal机械公司),生产各种IML食品包装,从盖子到八面容器以及新型"wavy"容器。间谍用两个环绕的标签将不常见的两室酸奶杯模制。首席执行官迈克尔·斯派斯(Michael Spies)说,三名美国模塑商访问了Spies,以深入了解如何为IML做好准备。

在北美,IML已在有限的规模上用于玩具等耐用产品一段时间。最近的—并可能更大—现象是IML在注塑包装中的膨胀。 (在吹塑瓶中,它已经占据了绝对优势)。据称,IML在注塑食品包装中的渗透率不到5%,但势头正在增强。 IML的开发重点是冰淇淋容器,体育场杯,爆米花桶,黄油容器,色拉盖和用于个人护理产品(例如婴儿湿巾和花园,洗衣房和家庭清洁产品)的非食品包装。模塑商引用了宝洁公司的商业和开发项目&赌博,一般食品,雀巢,福格斯,金伯利-克拉克,柯克·兰德/科斯特柯,克罗格,国家橄榄球联盟和纳斯卡。

Several U.S. molders are staking their claim to IML expertise. Precise 技术 is producing the Pampers Baby Wipes container (see front cover), using a three-sided in-mold 标签 at its Bridgeport, N.J., plant (the only one of its 13 U.S. plants currently using IML).

密苏里州李斯·萨米特(Lee's Summit)的塑料企业公司(Plastic Enterprises)使用了一种高空化叠层模具,将纸质标签放入一个由两部分组成的冰淇淋盖中。专有系统可处理数百种不同的标签插页以及10至12种不同的树脂颜色。 IML产品销售量"insignificant"今年的销售和营销副总裁说格雷格·彼得斯(Greg Peters),但该公司计划在明年安装一到两个新的IML模制电池,这可能产生该公司收入的10%。

位于魁北克州圣普拉德的北美IML容器公司正在生产几种IML包装,包括用于Land O'Lakes黄油桶的盖子和容器(也在前盖上)。该项目已经商业化了大约两年,目前正在两个2 x 6叠层模具上运行,一个用于容器,一个用于盖子。

位于北卡罗莱纳州阿什伯勒的Technimark正在为NFL生产带有3D(双凸透镜)薄膜插入物的体育场杯。一些较小或专有的IML程序正在与模塑商一起开发或商业化,例如俄亥俄州的Streetsboro的Berry Plastics;马萨诸塞州克林顿市的Nypro;和IPL,圣达米安,Qu。

工程项目协调员罗纳德·库托斯(Ronald Kutos)说,在耐用品方面,蒙特利尔的Mega Bloks公司正在生产带有IML装饰的玩具,并且正寻求更多的增长。 IML铲斗的领先模塑商,德国Wipperfürth的Jokey Plastik Wipperfurth GmbH计划于明年初在多伦多开设技术中心,以在北美开展业务。

北美在利用IML方面远远落后于欧洲的主要原因是市场规模的差异。欧洲的IML主要在低空化模具中运行,该模具的设计年产量为数百万个。"在欧洲,典型的IML应用是在带有四个型腔的单面模具或带有四个型腔的双面模具上进行的,"德国自动化供应商Hekuma的销售和市场总监Kurt Knoepfler说。

添加Michael Spies,"We process 550 million 标签s a year, but my impression is that that kind of volume is nothing in the U.S."
"进入欧洲市场可能需要3千万台,并使用一些小型机器完成;而在北美,则可能需要9,000万台甚至更多,"模具制造商和交钥匙IML系统供应商StackTeck的总销售经理Jordan Robertson说。

服务于美国大型食品包装商的模塑商不愿意采用欧洲使用的低空化系统,他们的客户也不愿意投资用于测试市场IML的高空化工具。反过来,模塑商不愿在没有长期承诺的情况下投资IML功能。

跳入薄壁包装的大批量IML成型过程中,可能有谨慎的理由。专有技术尚未开发。精度,可重复性和可靠性—成功的关键因素—几年前,大批量IML缺乏自动化,工具和其他相关设备。"过去,由于标签质量差和自动化系统的局限性,美国的模塑商在实施IML技术时曾多次失败,"伊利诺伊州帕拉蒂尼市的包装顾问,全球包装国际公司总裁乔·希策(Joe Hirtzer)说。

IML成型单元的成本可能比传统成型系统高15%。即使是两腔或四腔的IML包装单元,也要花费120,000至155,000美元。这些系统设计用于快速循环:生产中的四腔系统通常具有约5.2至5.4秒的循环时间,但速度甚至更快。

北美IML包装市场的成熟既是技术进步的结果又是催化剂。欧洲设备供应商正在为北美市场开发高空化系统,包括多层堆叠系统。同时,北美自动化制造商和模具制造商已获得有关IML的更多见识和专业知识。尽管大多数IML模塑商都从欧洲供应商那里获得标签,但美国标签制造商已开始采取主动。

 

主要玩家

具有IML经验的自动化供应商包括自动装配和idesign等美国公司,以及贝克自动化,G-Mat Ltd.,Hek uma,Ilsemann,SAS,Witt mann,Machines Pages(StackTeck的战略合作伙伴)等大量欧洲OEM ),H。Muller-Fabrique de Moules和Krauss-Maffei最近收购的Neureder机器人部门。 StackTeck和Machines Pages说他们在该领域拥有300多个系统,而Hekuma声称大约有270个系统,而Beck 自动化和Ilsemann分别也安装了数百个系统。绝大多数在欧洲,只有少数在美国和亚洲。

Moldmakers producing tools for higher-cavitation applications include Axxicon, Foboha, Fostag, Glaroform, Otto Hofstetter, Manner, Schottli, and StackTeck. They point out many issues to consider in tool design: 标签 transfer to the mold, how to keep the 标签 in position in the tool, placement of the 标签 on the core or cavity side, and gate placement.

Injection presses for IML have to meet certain performance criteria. They 必须 meet the high injection speed and pressure requirements for thin-wall molding without damaging or displacing the thin 标签 in the mold. In addition, precisely repeatable clamp positioning is important to repeatable 标签 insertion by robotic auxiliaries. Transfer of the 标签 from the robot into the tool has to be accurate to about 0.4 mm.

 

工具知识

到目前为止,为IML制造的最大模具具有32个型腔—2 x 16叠层模具和32腔单面模具。但是那些是平盖的。容器的最高空化率是2 x 8。

在最近在杜塞尔多夫举行的K 2004车展上,一个双转栈系统被称为"Twin-Cube"在米拉克龙(Milacron)的展位上进行了展示,生产出一个浅的,由两部分组成的零件,该零件在模具中标有标签。由Foboha生产的立方体系统在Milacron的K-Tek机器上进行了演示,该系统具有两个四个侧面的分度中心叠层,每个模具表面都有16个型腔。该系统为IML增加了新的变化,因为标签是自粘型的,在成型后自动将其粘贴到零件上,而不是在注射前放置在型腔中。当固定零件的模具面转向侧面时,四面立方体提供了添加标签的机会。

IML can have a profound effect on mold gating and venting, and it can require special features in the tool to inhibit 标签 movement.

With a typical flat 标签, the show surface is against the cooling surface of the cavity and the mold is gated on the core or non-surface side of the part. "Valve gates reduce localized heat that can visually damage the 标签,"赫斯基IML产品经理Matthew Brett说。"All lids and three- or five-sided containers should use inside valve-gates opposite the 标签."

对于环绕标签,模具制造商必须在"foot" or level on the cavity side that holds the 标签 in place during injection (also from the cavity side). The 脚丫子 is less than 0.5 mm wide around the cavity and holds the 标签 against the mold surface to prevent melt from getting under the 标签. A rim on the bottom of the part is also said to be a "must"为了防止标签从杯子底部流出的熔体流掉。

"Special cooling features should be incorporated in the mold, especially in the area opposite the gate. By cooling the 标签 locally, ‘washing out' of the 标签 can be avoided,"为StackTeck的Robertson提供建议。

When a part with a bottom 标签 is gated from the cavity side where the 标签 is placed, the gate actually punches through the 标签 on the bottom. That leaves a gate mark on the bottom of the 标签, and a special impression or "dome" at the gate is needed for 标签 centering.

缠绕标签和三面或五面标签也可以从型芯侧进行浇口,因为这种类型的标签可以在成型之前定位在型芯上。"当带有三面或五面标签的零件在内部进行浇口时,会导致底部的表面装饰不间断,而零件的外部没有浇口痕迹,"Netstal大客户经理Michael Sansoucy说。"缺点是注射和弹出组件位于模具的同一侧,这可能会使冷却时间增加0.5秒,并使模具成本最多提高15%。这也使零件的多阶段剥离变得困难,尤其是对于易拆封的容器。"

 

自动化注意事项

IML通常使用适合杂志的单个预切标签(占PP的95%),而不是从连续卷筒进纸的标签。模塑商和设备供应商强调精确的模切至关重要。标签成形和切割不当可能会引起许多麻烦,包括从两次拾取到标签在模具中的未对准,面板凸出,开裂或"alligator skin,"卷曲和波纹,RBS Technologies总裁Ron Schultz说,RBS Technologies是亚利桑那州斯科茨代尔的包装顾问。

标签越来越薄。标准规格为75微米,但现在已接近50微米。"Lower gauge means a lower-cost 标签, but it makes handling more critical,"Automated Assemblies产品营销总监Norton Kaplan说。

速度和精度是IML自动化系统的主要要求。该系统必须将标签转移到模具中,确保正确的标签对齐,并可能在模制后去除零件和浇口。附加功能可以包括对标签进行预成型(如在包裹式应用中)以及对标签进行静电充电,使其粘贴在模具中。许多IML系统都有两个机械手:脱模机械手将零件移交给另一个机械手进行下游操作。

"The molder will likely incur a cycle-time penalty from 0.5 to 0.75 sec for 标签 insertion and part take-out,"Netstal的Sansoucy说。 StackTeck的罗伯逊(Robertson)说,额外的开模时间范围从盖子的0.4秒到高大的容器的0.7秒不等。

为了最大程度地减少开模时间,自动化供应商经常推荐伺服驱动的侧入式机器人。"顶入式机器人或六轴关节臂机器人将需要更多的时间进出模具,"Wittmann的工程总监Walter Klaus说。

"对于所有IML应用,没有一种解决方案,因为速度,有效负载,成型机,模具配置,辅助操作和材料都会影响自动化选择,"警告自动装配的Kaplan。他和其他供应商提供了一些一般准则:

  • 高速,两板和叠层模具可能需要侧入式机器人,而带有重型或复杂臂端工具的中速作业可能适合于上入式机器人。六轴铰接式机器人可以处理二次操作的较长周期时间,例如耐用产品所见的时间。
  • 机器人进出模具的运动应具有绝对的定位精度。因此,首选在主输送轴上的伺服驱动器。
  • Placement registration for a 标签 in a packaging application is ±0.4毫米,而对于耐用品则为±0.2 mm.
  • 低振动运动对于机器人的操作至关重要。 Beck,Hekuma和StackTeck等供应商表示,其自动化系统的稳定性使用户可以在模具的一侧放置标签,并同时从另一侧拉出零件。其他人建议先放置标签,然后再拉部件,以减少标签套准错误。关于将机器人安装在机器上还是单独安装是否更有利于套准精度,也存在不同意见。
  • 如果要对标签进行成型,则自动化制造商设计的系统可以在由机器人处理之前对扁平标签进行预成型,或者可以使用臂端工具(EOAT)本身对标签进行成型。环绕标签通常通过旋转来成形"dummy core" or mandrel on the EOAT that mimics the dimensions of the mold core or cavity. In the special case of the two-part yogurt cup (see cover) molded by Spies, one rotating 虚拟核心 is retracted while the other is wrapped, then the retracted core extends to receive its own 标签.
  • Vacuum is typically used to pick up flat or preformed 标签s before 恩tering the mold. The vacuum lines are incorporated into the EAOT.
  • Label magazines can be spring loaded so as to push the 标签s up as they are plucked by the EOAT or pulled by the robot from the bottom of the magazine. In either case, it is important to keep the 标签-picking position constant for the sake of repeatability. Label magazines should also be configured for fast changeovers.
  • 真空通常将标签保持在EOAT上,但是将标签保持在模具中则是另一回事。模具中的真空端口增加了成本,需要维护,并且可能使标签的表面凹陷。机械解决方案是将定位销合并到工具中。许多模塑商在将标签放置到模具中之前给标签带静电。可以将充电合并到EOAT中,也可以将标签合并到标签传递到模具的单独设备中(请参阅“了解更多信息”框)。为了使静电起作用,模具必须接地并且标签不能使用导电墨水,涂料或箔纸。"电荷必须足够,以使标签在注入过程中不会移动,"Simco工业静态控制公司北美销售经理Scott Shelton说。但是他告诫不要对标签过度充电,这可能导致标签的一面极化成正极,而另一面变成负极。"这可能会导致标签在进入模具时不粘,"谢尔顿说。他警告说,高湿度还会破坏有效的充电。 Simco,TAKK Industries和Meech是IML静电充电系统的主要提供商。
  • Vision systems are sometimes used for IML to monitor 标签 handling and placement, graphic quality of the 标签, or final part quality.

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