Improving the energy performance of the heat sealing system in flowpack machines with novel solutions

The food packaging industry is a highly competitive field in which there is the need to continuously improve the manufacturing processes. Manufacturers of packaging machines in the market understand the need to invest in the research and development of new solutions to provide more reliable and innovative technologies. This is why the EUROSICMA company, a world leader manufacturer, has decided to analyze the thermal performance of the heat sealing mechanisms in order to further develop welding solutions. The main goal of this investigation is to find alternatives to decrease the heat loss of the piece and contribute to a better energy utilization. The objectives of the project are accomplished by focusing on two types of solutions. First, following a traditional approach to re-design the components and obtain a new piece that will have a greater energy performance. Second, the feasibility study of applying laser welding technologies to perform the overall sealing process. The reason behind this approach is to provide the company with different solutions, ones that could be implemented in a short period of time and other long-term solutions that require higher investment but could potentially result in a great innovative machine. The piece was re-designed by using tools such as finite element simulations and once it was manufactured, it was used to produce seals that were compared with the samples produced with different laser sources. This procedure was done employing two of the most common polymer materials used in the industry. In this way, all of the available technologies were confronted in terms of energy consumption, strength of the weld and productivity. The results showed that significantly less energy can be spent by using laser sources paired with additives to increase the absorption in the materials. The strength showed a great dependency on the parameter combinations and the productivity analysis showed the conventional method to be the fastest technology. The conclusions of the project pertain to an initial analysis that opens the doors for future considerations regarding the use of laser technologies in the packaging industry.

L'industria del packaging alimentare rappresenta un ambito altamente competitivo, dove è fondamentale migliorare costantemente i processi produttivi. I produttori di macchine per il packaging presenti sul mercato comprendono l'importanza di investire nella ricerca e nello sviluppo di nuove soluzioni per offrire tecnologie più affidabili e innovative. Per questo motivo, EUROSICMA, un leader mondiale nella produzione, ha scelto di analizzare le prestazioni termiche dei meccanismi di sigillatura al fine di sviluppare ulteriori soluzioni di saldatura. L'obiettivo primario di questa ricerca è individuare alternative per ridurre la dispersione di calore e contribuire a un più efficiente impiego dell'energia. Gli obiettivi del progetto sono stati raggiunti focalizzandosi su due tipologie di soluzioni. Inizialmente, seguendo un approccio tradizionale di riprogettazione per migliorare le prestazione energetiche del pezzo. Successivamente, è stato esaminato l'uso potenziale della saldatura laser per l'intero processo di sigillatura. Questo approccio fornisce diverse soluzioni all'azienda: alcune implementabili nel breve termine e altre, soluzioni a lungo termine, richiedenti di maggiori investimenti, ma potenzialmente capaci di risultare in innovative macchine di grande successo. Il pezzo è stato riprogettato utilizzando strumenti come simulazioni agli elementi finiti. Una volta completato e prodotto, le saldature sono state confrontate con i campioni prodotti attraverso diverse sorgenti laser, utilizzando due dei materiali polimerici più comuni nell'industria. In questo modo, tutte le tecnologie disponibili sono state confrontate in termini di consumo energetico, resistenza della saldatura e produttività. I risultati hanno dimostrato che è possibile impiegare significativamente meno energia utilizzando sorgenti laser abbinati ad additivi per aumentare l'assorbimento nei materiali. La resistenza della saldatura ha evidenziato una forte dipendenza dalle combinazioni di parametri, mentre l'analisi della produttività ha identificato il metodo convenzionale come la tecnologia più veloce. Le conclusioni del progetto riguardano un'analisi preliminare che apre le porte a considerazioni future sull'utilizzo delle tecnologie laser nell'industria del packaging.