plastik-ambalaj.com

Termoform Kalıplarında İtici Tasarımları ve Uygulama Parametrelerinin Belirlenmesi

Özet

Yaptığım bu çalışmada, termoform ürünlerin üretiminde kullanılan iticilerin, kalıplama esnasında form üzerindeki etkisi ve doğru itici tasarımlarının nasıl olması gerektiği uygulamalı olarak incelenmiştir. Termoform, çalışma prensibi olarak şekillendirme sıcaklığında ısıtılmış olan levhanın vakumlu veya üflemeli olarak form alması prensibine dayanır. Termoform ürünlerde en önemli kısım form üzerindeki duvar kalınlıkların her tarafta eşit şekilde dağılmış olmasıdır. Bunun sağlanması içinde ilk olarak levha üretim prosesinin standartlara uygun üretilmiş olması, üretim anında da levhanın ön ısıtmadan geçmesi, levhanın homojen ısıtılması, kalıp hava tahliye deliklerinin doğru açılması, kalıbın ve itici maçanın ısısının prosese uygun olması ve de iticinin formunun kalıp formuna uygun tasarlanmış olması gerekmektedir. Yapmış olduğum bu çalışmada, ambalaj makineleri sanayisinde üretilen bardak su paketlemesi yapan termoform makinelerinde kalıplama esnasında elde edilen bardak formunun homojen şekillenememesi ile otomatik kolileme esnasında ve kolideki diziliminde yaşanan istifleme sorunlarını çözmek aynı zamanda homojen form sağlanması ile birlikte daha ince levha kullanarak üreticiye malzeme maliyetlerinde kazanç sağlanması hedeflenmektedir. Deneysel çalışma için tam otomatik bardak dolum kapaması yapan termoform makinesi ve üretim koşulları oluşturulmuş mevcutta kullanılan 700 mikron termoplastik malzemelerden (PET) Polietilen Tereftalat levhası ve itici malzemesi olarak da Polietilen malzeme kullanılmıştır. Kalıp olarak standart bardak formu kullanılarak çeşitli formda iticiler ile şekillendirme yapılmıştır ve iticilere göre çıkan formların duvar kalınlıkları raporlanarak çıkan veriler karşılaştırılmıştır.

Anahtar kelimeler: Termoform, İtici, Üfleme, Vakum, Polietilen Tereftalat

Giriş ve Kuramsal Çerçeve

Termoform yöntemi tüketim zenginliğinin arttığı günümüzde hızla büyüyerek plastik endüstrisine katkı sağlamaya devam etmektedir. 1870’li yıllardan bu yana kullanılan bu yöntem, şekillendirme süreci açısından uygulaması en kolay ve düşük maliyetli bir imalat sistemine sahip olduğundan birçok ambalaj ürünleri bu yöntem ile kullanılmaya başlanmıştır. Günümüzde hemen hemen her ürün bu imalat yöntemi ile üretilen ürünler ile raflarda yerini almaktadır. Termoform, kelimesinden anlaşıldığı üzere ısıl şekillendirme metodu olarak adlandırılır. Bu yöntemin esasında plastik levhanın hamurumsu kıvama gelene kadar ısıtılarak vakum ve hava üflemeli olarak şekillendirilmesi esasına dayanır. Tabii ki bu üretim süreci mantık olarak bu kadar gözükse de içerik olarak birçok özellikli oluşumdan geçmektedir. Termoform işlemi, polimer oluşumundan başlayarak ekstrüzyon levha üretimi ve şekillendirme süreçlerinin tamamını kapsamaktadır. Bu işlemin oluşumu levha şekillendirme olduğundan levhanın da sürece uygun üretilmiş olması gerekmektedir. Her bir süreç nihai üründe etkili bir rol oynamaktadır.

Tasarım mühendisleri, yenilikçi ve göz alıcı paketler oluşturmak için en gelişmiş yazılımı kullanırken, ürünü korumak ve sergilemekte temel amacı koruyorlar. İticiler, ısıyı kaldırmadan ya da şekillendirilebilirliğini etkilemeden levhayı önceden gerdirerek form alma sürecinde yardımcı olur. Burada iticiler kritik bir öneme sahiptir çünkü yapılan ambalaj tasarımlarında istenilen homojenliğe ve stabil bir formu elde etmenin yolu doğru sürecin yanında doğru tasarlanmış itici formundan geçmektedir. Bir levhanın aşırı ısınması, genellikle formlama anında iticinin levhaya teması anında, plastik oryantasyon kaybının, daha düşük mukavemet, berraklık kaybının, iticiye yapışan levhanın ve çok çeşitli kontrolsüz sorunların çıkma nedenidir. İtici malzemesinin, itici geometrisinin, takım tasarımının ve levha sıcaklığının etkileşimini anlamak için her bir öğeye izole olarak bakmak önemlidir. Yüzey sürtünmesi, pürüzlülüğü ve sıcaklığı hepsi ürüne etki eden önemdedir1.

Her adımın belirli ayrıntılarını incelemeden önce, kullanıcının bakış açısının bu süreçte önemli bir rol oynadığını belirtmek önemlidir. Bir termoform, kalıpçı veya her ikisine de bağlı olarak, doğru malzemeyi seçerken göz önünde bulundurulması gereken birkaç unsur vardır. Bazı insanların iticileri tasarlaması ve inşa etmesi gerekirken, diğerleri bu iticilerle donatılmış makineleri çalıştırması gerekir. Reçine tedarikçileri ve kullanıcıları, ekstruderler, dönüştürücüler, alet üreticileri, makine atölyeleri, OEM'ler ve diğer hizmet tedarikçilerinden oluşan termoform ekosistemi göz önüne alındığında bu önemli bir ayrımdır. Ekosistemin bir bölümündeki değişiklikler diğerindeki kararları ve sonuçları etkiler. Bir takım üreticisi, itici ve plastik arasındaki etkileşimi anlamadan tek bir malzeme derecesini seçerse, üretici bu proje için en iyi materyali elde edemeyebilir[Conor, 2015: 68-70].

Sanayi çalışmalarımda Polipropilen levhadan denemesini yaptığımız 20 cc sos kabının üretimi esnasında çıkan ürünlerin pul pul döküldüğü ve formun daha bulanık çıktığı gözlemlenmiştir. Kalite kontrolden geçmeyen ürünlerin ekstrüzyon hattında levha üretimi anında soğuk çekildiği anlaşılıp o seride üretilen levha bobinleri hurdaya ayrılarak kırma hattından geçmesi için geri dönüşüme gönderildi. Bunun sonucunda üretimin aksaması, personelin fazla mesai yapması, çalışılmış olan vardiyanın boşa gitmesi ve geri dönüştürülen hammaddenin tekrar dönüştürüldüğünden ikinci kalite haline gelmesine sebebiyet vermiştir. Üretimin ilk başında yapılan bir hata son üretime kadar yansıyacağından bu üretim sürecinde görevli olan teknik personelin sürece tam hakim olması ve kendi işinin kalite kontrolcüsü olması gerekmektedir. Üretimin bir başka süreci olan kalıp imalatında yaşadığım başka bir deneyimde ise kalıp denemesi kararlaştırılan yeni üretimini yapacağımız tabldot kâsesinin termoform kalıbında deneme esnasında çıkan ürünlerde taban kalınlığı ve duvar kalınlıkları arasında farklılıklar olduğu gözlenmiş ve iticilerin revize edilmesi kararlaştırılmıştır. Bu da kalıp tasarımı esnasında yapılan itici formunun tasarımının nihai ürüne direkt etki ettiğini ispatlamıştır. Denemesi yapılan kalıp çalışma raporu oluşturulduktan sonra kalıphaneye alınarak iticilerin duvar açıları ve radüslerin de revize yapılarak tekrar denemeye sokuldu ve homojen bir form alması sağlanarak kalite onayından geçti. Sonuç olarak her süreçteki hatalı işlem üretimin tamamını etkilemektedir.

Bu çalışmaya başlamadaki temel sebep, kalıp tasarımı anında yapılan itici tasarımının yapılan denemelerin sonucuna göre yönlendirerek doğru itici ve kalıp tasarımının gerçekleştirilmesini sağlamaktır. Uygulama için bardak su dolum paketleme makineleri yapan bir firmada denemeler anında oluşan form sorunları ve bununla birlikte makineden çıkan ürünlerin robotlu kolileme hattının sorun yaşaması ve de koliye dizilmiş bardakların düzgün istiflenmemesi sonucu deneysel uygulamamı bu alanda yaptım. Termoform makineleri üretimi yapan Etrapack firması ile ortak çalışma yaparak imalatını yaptıkları bardak su makinelerinde bardak formuna göre değişik ölçülerde yaptığımız itici denemeleri yapılarak homojen kalınlıklara sahip bardak elde edilmesi sağlandı. Çıkan sonuçlar raporlanarak karşılaştırmaları yapıldı.

Amaç

Termoform ürünlerinin kalıp tasarımı aşamasında, uygun tasarımlar yapıp üretim esnasında en az fire ve zaman kaybı ile imalatı gerçekleştirmek.

Kapsam

Termoform ürünleri kalıp imalatında, itici kullanılan bütün kalıp sistemlerinde yararlanılabilmesi.

Yöntem

Bobine sarılı olan 700 mikron kalınlıkta 420 mm genişlikte polietilen tetrafalat levha, levha açıcı rulolardan geçerek makinenin çekme ünitesine bağlanır. Bardak formuna özel yapılmış 3 hat ve ısıtma bölümü bulunan teflon kaplı ısı çenelerinde levhaya bölgesel baskı yaparak

ısıtma işlemi yapılır. Isıtma derecesi 135°C, baskı süresi 1.2 sn olarak ayarlanır. Hatve kadar ilerleyen levha şekil kalıbının bulunduğu bölgeye gelir.

Şekil 1: Termoform istasyon dizilimi

Bu bölgede prosese göre itici ve üfleme işlemleri sıralanıp Plc üzerinden verilen zamanlara göre çalışır ve formlama işlemi gerçekleştirilir (İtici süresi 1sn, üfleme süresi 0.5 sn olarak ayarlanmıştır).

Şekil 2: İtici hareket aşamaları

Form işleminden sonra deneysel bir çalışma yapıldığından diğer istasyonlar çalıştırılmadan ürün kesim istasyonunda kestirilerek ölçümü yapılır. Hazırlamış olduğumuz itici formları tek tek kalıp itici istasyonuna bağlanarak aynı işlemler tekrarlanır. Deneme sonunda çıkan numuneler kesilerek taban ve yan duvar kalınlıklarının ölçümleri yapılarak iticilerin form üzerindeki etkileri raporlanır.

Sonuç

Yapılan denemeler sonucunda, levha üretiminin kalitesi ve tolerans aralığı, termoform aşamasında çıkan ürünün hem yüzey kalitesini hem formunun homojen şekil almasına etki ettiği gözlemlenmiştir. Deneme anında ölçümü yapılan levhanın kalite testleri yapılmış ve üretim bu şekilde yapılmıştır. Sandviç tipi ısıtma sistemli termoform makinesinde bardak formunda homojen şekillendirme amacı ile yapılan deneyler neticesinde itici uç radüslerinin r1-r4 arası olması durumunda malzemenin dibe çekilmesi sağladığından tabanda kalınlık gereğinden fazla olmasına karşın yan duvarlarda gereğinden fazla incelme söz konusudur. İtici uç radüslerinin r12 ve üzeri olması durumunda ise formun taban kalınlıklarında %80 oranında incelme söz konusudur. Denemelerin neticesinde elde edilen verilere göre aşağıdaki sonuçlar söylenebilir.

1.İtici formlarının ürün yüzey formuna 3 mm ila 5 mm arası ofsette tasarlanması gerekmektedir.

2.İtici uç radüsleri taban yüzey alanına ve taban dip radüsüne göre değişkenlik göstereceğinden, duvar ve taban kalınlıklarının homojen dağılımı istendiği ürünlerde duvarlarda uyguladığımız 3 mm ila 5 mm’lik ofseti burada da kullanmalıyız.

3.İtici yüzey pürüzlülüğüne dikkat edilmeli. Elle parlatmada bölgesel farklılıklara sebep olacağından mümkünse cnc işleme merkezinden çıktığı gibi kullanılmalı.

4.İtici malzemesi, ısı iletkenliği düşük olan malzemelerden tercih edilmelidir.

5.Formlama anında itici hareketinin hızı yavaşlatılması ve itici dibe indikten sonra üfleme veya vakumlama işlemi gerçekleşmelidir.

6.Makine ve kalıp sistemi uygun ise iticilere ısıtma sistemi bağlanmalı iticilerin ortalama 50°C sabit ısıya sahip olması sağlanmalıdır.

7.Kalıp ısısı sensörler ile kontrol edilmeli kalıp ısısının 50°C - 70°C aralığında olacak şekilde kalması sağlanmalıdır ve kalıpta gezdirilecek soğutma kanalları form duvarlarına yaklaşık 3mm-5mm aralığında olacak şekilde uygulanmalı. Soğutma kanalları yüzey formuna uygun tasarlanmalı gelişi güzel soğutma kanalları açılmamalı. Gerekli durumlarda bölgesel çözümlerle formun homojen soğutulmasına özen gösterilmelidir.

8.Vakum tahliye delikleri PET malzemesi göz önüne alınarak 0.5 mm çapında 15 mm aralıklarda olacak şekilde yerleştirilmeli.

Kaynakça

•Carlin, Conor . Feb2015, Five Steps Toward Better Plug Assists , Plastics Technology , Vol. 61 Issue 2, p68-70. 3p. ,

İnternet Kaynakları

•https://www.ecnmag.com/article/2014/01/thermoformed-trays-how-plug-assists-play-crucial-role- package-design-material-distribution-and ( E.T. : 14.04.2019 )

Erol BÜKER1, Dr. Öğretim Üyesi Mustafa DENKTAŞ2

1 Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü

2 Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi