Groene verpakkingsindustrie: realiseren van duurzame productie
Gepubliceerd op 9 februari 2022 in Sustainable Manufacturing
Groene verpakkingsindustrie: realiseren van duurzame productie
Duurzaamheid in de verpakkingsindustrie is een van de belangrijkste aspecten in de strijd tegen kunststof afval en uiteindelijk tegen de klimaatverandering. De uitdagingen die dit met zich meebrengt, vereisen flexibele en krachtige automatiseringstechnologie.
In tijden van toenemende duurzaamheidsinitiatieven is het essentieel om manieren te vinden om milieuvriendelijkere verpakkingen te ontwikkelen, hulpbronnen te besparen en te vertrouwen op slimme en efficiëntere productielijnen.
Er zijn holistische concepten nodig. Neem bijvoorbeeld koffiecapsules: aan de ene kant willen consumenten een snelle en eenvoudige manier om 's ochtends een vers kopje koffie te bereiden. Aan de andere kant vormen de populaire wegwerpcapsules een enorme milieubelasting. Een milieubewuste consument eist dat koffiebonen duurzamer en eerlijker worden geteeld, dat de capsules op een milieuvriendelijkere manier worden geproduceerd en dat de recycling ervan groener wordt. Nieuwe duurzame productiemethoden zijn hier de oplossing.
Er bestaat geen twijfel over dat er wereldwijd te veel kunststof wordt geproduceerd en weggegooid. De productie van kunststof is de afgelopen jaren exponentieel gestegen – van 2,3 miljoen ton in 1950 tot 448 miljoen ton in 2015, en dit cijfer zal naar verwachting in 2050 opnieuw verdubbelen. Een ander probleem: kunststoffen bevatten vaak additieven die ze sterker, flexibeler en duurzamer maken. Veel van deze additieven verlengen echter de levensduur van producten wanneer ze worden weggegooid, waarbij wordt geraamd dat het minimaal 400 jaar duurt tot ze zijn vergaan. In deze context is de verpakkingsindustrie een van de belangrijkste bijdragers aan deze overvloed aan kunststof, die dringend moet worden geminimaliseerd. De industrie staat voor de gigantische taak om duurzame alternatieven te ontwikkelen, afval te minimaliseren terwijl energie wordt bespaard, en alternatieve energiebronnen te gebruiken.
Vijf pijlers van duurzame verpakking
Belangrijke punten om rekening mee te houden voor een duurzamere verpakking: het eerste wat we moeten aanpakken, is het verminderen van het verpakkingsmateriaal – niet alleen wat het gehalte aan nieuwe kunststoffen in primaire verpakkingen betreft, maar ook de hoeveelheid beschermende secundaire en eindverpakkingen. Een ander punt waar we aan moeten werken, is het elimineren van de noodzaak van verpakkingen voor eenmalig gebruik. Sommige strategieën om dit probleem aan te pakken, beginnen met het verhogen van het gebruik en de opschaling van herbruikbare en hervulbare systemen, het opnieuw ontwerpen van de verpakking met alternatieve verpakkingsmaterialen die recycling vergemakkelijken, biologisch afbreekbaar zijn, composteerbaar of minder impact hebben op het milieu als ze in de stortplaats terechtkomen. Verpakkingen gemaakt van monomaterialen is een andere strategie die steeds meer belangstelling krijgt in de verpakkingsindustrie. Ze bieden een betere recyclebaarheid, maar de migratie naar deze materialen kan een uitdagend proces zijn dat strikte procescontrole vereist. Verpakkingsapparatuur moet vaak worden aangepast of geschikt worden gemaakt om een geavanceerd proces van vorm, vulling en afdichting te bereiken dat dezelfde kwaliteit en prestaties van de verpakking garandeert.
Al deze inspanningen om duurzamere verpakkingen te realiseren, moeten gepaard gaan met een inzamelingsinfrastructuur die een afvalvrije of afvalarme toekomst mogelijk maakt, samen met dringende gedragsveranderingen van consumenten, industrie, detailhandelaren en het hele circulaire systeem.
Nieuwe eisen aan productiefaciliteiten
Een van de strategieën voor meer duurzaamheid in de verpakkingsindustrie is het verminderen van de hoeveelheid kunststof, vooral nieuw kunststof. Een belangrijke tactiek hiervoor is het overstappen van harde naar flexibele verpakkingen. Dunnere wanden, kleinere afmetingen, smallere naden en lichtere gewichten zijn een goede manier om de hoeveelheid nieuw kunststof voor de primaire container te verminderen. Dit wordt aangevuld met het gebruik van reeds genoemde monomaterialen, papier- en biopolymeren, en een toename van het aandeel gerecycled materiaal in hoofdverpakkingen, beschermende verpakkingen en transportverpakkingen (primaire, secundaire en eindverpakkingen). Dit heeft gevolgen voor processen en technologieën op de fabrieksvloer die moeten worden herzien: bedrijven moeten bijvoorbeeld de compatibiliteit van hun apparatuur controleren en de instellingen zo nodig aanpassen. De productielijnen moeten flexibel zijn om over te schakelen op nieuwe materialen. Het koppelen en beheren van nieuwe machine-naar-machine-informatie is vereist. Het is ook noodzakelijk om de prestaties van de machines onder de nieuwe omstandigheden te controleren en om afval zoveel mogelijk te voorkomen.Overschakelen op nieuwe materialen en zorgen voor kwaliteit en veiligheid
Als er duurzamere materialen worden gebruikt in verpakkingen is het nog steeds van het grootste belang om de kwaliteit van het eindproduct te garanderen. Bij de productielijn betekent het overstappen op duurzamere materialen het vermijden van typische problemen in de primaire verpakking, zoals materiaalstoringen of scheuren, slechte kwaliteit van de afdichting of onjuiste etikettering.
Papier-gebaseerde materialen hebben bijvoorbeeld een andere scheurbestendigheid en punctiebestendigheid, wat een nauwkeurigere controle in de verpakking met zich meebrengt, krimpfolie gemaakt van gerecycled kunststof heeft zeer verschillende krimpeigenschappen in vergelijking met folie gemaakt van nieuwe materialen, waardoor veelzijdige, maar nauwkeurige controle van de krimptemperatuur nodig is. Ook zijn er andere aspecten die in secundaire verpakkingen in overweging moeten worden genomen en die de laatste tijd meer aandacht krijgen. Dit zijn onder andere het verminderen van de smeltpunten van kleefstoffen bij het optrekken en verzegelen van dozen, het implementeren van strategieën voor materiaalreductie, inclusief lichtgewicht golfkarton, of het uitpakken en opnieuw verpakken van de inhoud van een pallet met dozen gemaakt van duurzamer karton en alternatieve materialen. Al deze strategieën om de verpakking duurzamer te maken, vereisen een zorgvuldige analyse om vast te stellen vanaf welk punt de productielijn moet worden geüpdatet om de kwaliteit en veiligheid van het product te garanderen.
Wat nodig is, is toekomstbestendige productie met automatiserings- en robotica-technologie die flexibel kan werken met verschillende materialen. De volgende voorbeelden laten de specifieke uitdagingen voor bedrijven zien:
1. Vastlopen van de folie
Dunnere, gerecyclede folies zijn duurzamer, maar kunnen ook sneller verdraaien. Zelfs kleine veranderingen in de dikte van de folie leiden tot ongelijkmatig op- en afrollen en verhogen de spanning op de folie. Een ongelijke spanning veroorzaakt op haar beurt defecten tijdens het vormen of verzegelen van de zakken, zoals opkrullen, scheuren, vouwen, zijdelings verschuiven of verkeerd uitlijnen. Een correcte hantering met een maximale doorvoer en een minimaal folieverbruik is van cruciaal belang voor de algehele effectiviteit van OEE (Original Equipment Effectiveness). Als er zich vouwen in de afdichting vormen, moeten operators de machines controleren op fouten die ertoe bijdragen dat de folie niet correct wordt ingevoerd. Voorbeelden hiervan zijn verkeerd uitgelijnde rollen, verschillende invoerapparaten of vastzittende rollen die niet vrij kunnen draaien. Het Film Tension Control System van OMRON biedt een gesynchroniseerde regeling van spanning, aanvoer en snijden. Dit wordt aangevuld met detectie van (kleur)markeringen voor foliecompensatie door bewegingscontrole om ervoor te zorgen dat de rol optimaal wordt afgerold. De OMROM Packaging Library biedt een breed scala aan functieblokken voor folieverwerking in VFFS-machines.2. Afdichting van de folie
Dunnere foliematerialen bieden lagere kosten en een betere esthetiek. Deze materialen zijn echter gevoeliger voor hitte en gevoelig voor doorbranden bij het gebruik van traditionele lijmen en sealtechnologieën. De werkelijke sealtemperatuur moet daarom constant en nauwkeurig worden gecontroleerd en automatisch worden aangepast om verlies van productiviteit of sealdefecten te voorkomen die leiden tot uitval en verspilling. OMRON pakt deze uitdaging aan met een op AI gebaseerd temperatuurregelalgoritme dat is gesynchroniseerd met de machinebeweging en sensortechnologie die dichter bij de sealbar kan worden geplaatst. Ruis wordt gecompenseerd door een automatische filteraanpassingsfunctie.3. Kwaliteitscontrole van verpakkingen en etiketten
Hersluitbare verpakkingen of zakjes met spuitmondjes vervangen steeds vaker stijve kunststof containers. Flexibele verpakkingen met nieuwe elementen, zoals hersluitbare sluitingen, stellen andere eisen aan de integriteit van de verpakking en het testen van de kwaliteit. Dunnere folies, biomaterialen of materialen met een hoger gerecycled aandeel hebben een ander thermisch, rek- en punctiebestendig profiel. Deze verschillen kunnen leiden tot onregelmatigheden in de vorm en randen tijdens het vormen en snijden. Duurzamere materialen zoals niet-gelamineerde of monomaterialen veranderen ook van vorm en kunnen de betrouwbaarheid of prestaties van het afdrukken van etiketten verminderen. Het lezen, controleren of verifiëren van de labelinformatie op de verpakking is moeilijk als de vorm inconsistent is of de afdrukkwaliteit verandert. OMRON pakt dit aan met zijn High-Speed Inspection System: dit eenvoudige en schaalbare systeem is geschikt voor meerdere productielijnen en transparante integratie met robotsystemen. Het biedt een platform met meerdere camera's en één enkele controller voor het snel registeren van meerdere beelden om potentiële defecten betrouwbaar te detecteren. Geavanceerde algoritmen helpen moeilijk leesbare tekens te detecteren, zowel bij variabele lichtomstandigheden als bij hoge snelheden.
4. Nieuwe lijmen en verlijmingstechnieken
Het elimineren van tapes en het minimaliseren van kleefstoffen vergroot de recycleerbaarheid van dozen. Door de noodzaak van een siliconenstrip weg te nemen, zijn dozen 100% recyclebaar en biologisch afbreekbaar. Om dozen te produceren en te sealen, vertrouwen bedrijven steeds meer op een strategische en gereduceerde toepassing van lijmen. Dit vereist een hoge mate van precisie en continue kwaliteitscontrole. Met zijn geautomatiseerde visuele inspectiesysteem ondersteunt OMRON nauwkeurige detectie van lijmpatronen. Dankzij de hoge resolutie- en helderheidsinstellingen kunnen defecten met een laag contrast worden gedetecteerd, zelfs bij de zwaarste lichtomstandigheden of met moeilijk te detecteren materialen.5. Verwerking van meerdere materialen
Kartonnen dozen gemaakt van gerecyclede vezels hebben een hogere porositeit en zijn flexibeler. Met traditionele machines of het handmatig uitpakken en opnieuw verpakken kan het lastig zijn om dozen van gerecycled karton te hanteren zonder ze te beschadigen. Het aanpassen en programmeren van traditionele palletiseeroplossingen is ingewikkeld, ze nemen veel ruimte in beslag en kunnen niet naar andere delen van de fabriek worden verplaatst wanneer dat nodig is. Het is daarom raadzaam om te investeren in een geïntegreerde robot-oplossing (cobot) met speciale grijpers om veilig een breed scala aan onregelmatige vormen, porositeitsniveaus en kwetsbare objecten te kunnen verwerken.
OMRON biedt een complete oplossing voor de automatisering van duurzame verpakkingslijnen die bedrijven helpt efficiënter en groener te worden, door hun machines te gebruiken voor nieuwe recyclebare materialen en de productkwaliteit te garanderen. Sysmac is een geïntegreerd automatiseringsplatform dat volledige controle en beheer van de automatiseringsinstallatie biedt. De Machine Controller-serie vormt de kern van dit platform en ondersteunt synchrone besturing van alle machineapparaten en biedt geavanceerde functies zoals beweging, robotica en databaseconnectiviteit. Dit multidisciplinaire concept maakt het mogelijk de architectuur van de oplossing te vereenvoudigen, de programmeerinspanningen te verminderen en de productiviteit te optimaliseren.
