Kort bakgrund
En djupdragare, ofta kallad termoformare, är en förpackningsmaskin som formar plastfilm till fördjupningar, fyller dem med produkt och försluter dem med ett lock av film. Maskinen står oftast mitt i en produktionslinje, mellan det moment där produkten är klar för paketering och de steg som följer efter förslutning, till exempel märkning, vägning, metalldetektering och kartongpackning. Eftersom produkten möter sin slutförpackning i just den här maskinen sätter dess cykeltakt ofta gränsen för hur snabbt hela linjen kan köra.
Ordet kan misstolkas, eftersom det används på två olika sätt. Inom plåtbearbetning betyder djupdragning att en plåtbit pressas mot ett verktyg och formas till en sömlös kopp eller skål, en metod som används för bland annat aluminiumburkar och konservburkar. I förpackningssammanhang avser ordet i stället en maskin som formar plastfilm. Den här texten handlar enbart om den senare betydelsen.
Grundprincipen
En djupdragare arbetar med två filmbanor. Den undre banan, underfilmen, dras av från en rulle och formas till fickor eller tråg. Produkten läggs i fickorna. Den övre banan, överfilmen eller lockfilmen, läggs ovanpå och svetsas fast mot underfilmens kanter. Däremellan kan luften i förpackningen sugas ut eller bytas ut mot en skyddande gasblandning. Till sist skärs de färdiga förpackningarna isär.
Hela förloppet sker stegvis. Filmen flyttas fram en bestämd sträcka åt gången, kallad matningslängd eller index, och varje station utför sitt moment under stilleståndet mellan två framflyttningar. En maskin kan därför ha flera förpackningar i olika bearbetningsskeden samtidigt.
Skillnaden mellan djupdragare och trågförslutare
En vanlig jämförelse görs mellan djupdragare och trågförslutare. Båda kan användas för att skapa täta förpackningar, men de arbetar på olika sätt.
En trågförslutare använder färdiga tråg. Produkten placeras i tråget och en film förseglas ovanpå. Det gör formatbyten enklare i vissa fall och minskar behovet av formning i maskinen. Samtidigt krävs inköp, lagring och hantering av färdiga tråg.
En djupdragare formar tråget direkt från bottenfilm. Detta kan ge större frihet att anpassa förpackningsdjup och format i linjen. Det minskar också behovet av att hantera färdiga tråg som separat förpackningsmaterial. Däremot kräver djupdragaren mer kontroll över film, formverktyg, temperatur och materialfördelning.
Valet mellan teknikerna styrs av produkt, volym, materialstrategi, formatvariation, hygienkrav, investering, tillgänglig yta och hur resten av produktionslinjen är uppbyggd.
Arbetsgången station för station
Stationerna är placerade i den ordning som filmen passerar dem:
- Avrullning och frammatning. Underfilmen dras av från sin rulle och klampas fast i transportkedjorna som drar banan genom maskinen.
- Värmestation. Underfilmen värms till formningstemperatur så att den blir formbar. Hur mycket värme som krävs beror på materialet och på hur djupt det ska formas.
- Formningsstation. Den uppvärmda filmen pressas eller sugs ner i ett formverktyg som ger fickorna sin form och sitt djup.
- Lastning. Produkten placeras i fickorna, för hand eller med automatik som robotar och inmatare.
- Förslutning. Överfilmen läggs på. Luften evakueras eller byts mot skyddsgas, och överfilmen svetsas mot underfilmen.
- Skärning. Tvär- och längsknivar eller stansverktyg delar banan i enskilda förpackningar, som sedan transporteras vidare.
Stationerna för formning, förslutning och skärning innehåller verktyg som är anpassade efter ett bestämt förpackningsformat. Byte av format kräver därför verktygsbyte, något vi kommer återkomma till.
Formningssteget
Formningen är det moment som har gett tekniken dess namn och som skiljer en djupdragare från enklare förslutningsmaskiner. Den uppvärmda filmen ska följa formverktygets kontur, även när fickan är djup i förhållande till sin bredd. Tre metoder används, ofta i kombination.
Vakuumformning suger ner filmen i verktyget genom att luften under den dras ut. Tryckluftsformning trycker i stället ner filmen ovanifrån med tryckluft. Tryckluft ger som regel skarpare hörn och jämnare väggtjocklek än enbart vakuum, och kortar tiden för formningssteget. Stämpelassisterad formning innebär att en mekanisk stämpel först sträcker ut filmen innan vakuum eller tryckluft tar vid. Stämpeln fördelar materialet så att botten och hörnen inte blir för tunna.
Det sista hänger ihop med en grundläggande egenskap hos tekniken. När en film formas till en djup ficka fördelas samma materialmängd över en större yta, och väggarna blir tunnare ju djupare fickan dras. Tunnast blir filmen i botten och i hörnen. Hur djupt en viss film kan formas innan väggarna blir för tunna sätter en praktisk gräns för formningsdjupet. Den gränsen påverkas av filmtypen, av temperaturen och av vilken formningsmetod som används. Stämpelassisterad och tryckluftsstödd formning används för att flytta gränsen och för att hålla väggtjockleken jämnare i djupa format.
Material och förslutning
Underfilmen finns i två huvudtyper. Styv film, till exempel APET eller polypropen, ger tråg som behåller formen och tål att hanteras. Flexibel film, ofta laminat av polyamid och polyeten, ger följsamma förpackningar som formar sig efter produkten. Valet styr hur förpackningen känns och beter sig, och hur djupt den kan formas.
Många filmer är uppbyggda i flera skikt. Ett barriärskikt, vanligen EVOH, bromsar syre och fukt och förlänger på så sätt hållbarheten hos känsliga produkter. Lockfilmen kan vara svetsbar eller avdragbar beroende på om förpackningen ska öppnas genom att brytas eller dras upp. Ett uttalat utvecklingsspår är övergång till förpackningar i ett enda materialslag, till exempel polyeten mot polyeten, för att förenkla materialåtervinning. Sådana enmaterialfilmer ställer ofta hårdare krav på temperaturstyrning i värme- och förslutningssteget, eftersom samma material både ska formas och svetsas inom ett smalare temperaturfönster.
Vad som händer i förslutningssteget avgör förpackningens funktion. Vid vakuumförpackning sugs luften ut innan svetsningen, så att filmen ligger an mot produkten. Vid förpackning med skyddsgas, även kallad modifierad atmosfär eller MAP, ersätts luften med en gasblandning, ofta kväve och koldioxid och i vissa fall syre. Gasen väljs efter produkten och påverkar hållbarhet och utseende. Vid skinnförpackning värms överfilmen och dras tätt över både produkt och tråg så att den sluter an utan luftfickor. Samma maskin kan ofta köra flera av dessa förpackningstyper, med rätt verktyg och inställningar.
Verktyg och omställning
Form-, förslutnings- och skärverktyg är anpassade efter ett bestämt format. Ska maskinen gå från ett format till ett annat byts verktygen, och inställningar för värme, formning och matningslängd justeras. Tiden detta tar, omställningstiden, har direkt betydelse för en anläggning som kör korta serier eller många varianter, eftersom den tiden är produktionsbortfall. Det är en av anledningarna till att verktygsbyte och inställningar i nyare maskiner ofta är delvis automatiserade och lagrade som recept i styrsystemet. En linje som kör få format i långa serier ställer lägre krav på snabba byten än en som ofta växlar.
Maskinens utförande och hygien
Djupdragare som används för livsmedel byggs för att kunna rengöras ofta och noggrant. Ramen är vanligen i rostfritt stål med lutande ytor, rundade hörn och så få skarvar som möjligt, så att vatten rinner av och rester inte samlas. Komponenter placeras med åtkomst för rengöring och service, och elektriska delar kapslas för att tåla spolning. Utförandet följer av hygienkraven i livsmedelsproduktion och av att maskinen ofta rengörs dagligen. För förpackning av andra produkter än livsmedel, så kallad non-food, är hygienkraven lägre och utförandet kan vara enklare.
Vanliga användningsområden
Livsmedel är det största området. Kött, fågel, fisk, ost och skuret pålägg förpackas med vakuum eller skyddsgas för att hålla längre och tåla transport. Färdigrätter och andra produkter som ska kylförvaras packas på samma sätt. Skälet är praktiskt: en sluten förpackning med kontrollerad atmosfär bromsar de processer som förstör produkten, och tråget skyddar mot klämskador.
Inom medicinteknik och läkemedel används tekniken för sterilförpackning av instrument och engångsartiklar. Här ställs krav på att förslutningen är tät och jämn och att den går att öppna utan att förpackningens insida förorenas, ofta med en avdragbar lockfilm. Svetsens kvalitet kontrolleras och dokumenteras, eftersom förpackningen utgör den sterila barriären.
I industriell tillverkning förpackas elektronikkomponenter, beslag och småprodukter. Här handlar det ofta om att fixera produkten i ett format, skydda den mot fukt eller skada och göra den enkel att hantera i efterföljande led. Tekniken används alltså där en produkt behöver en sluten, formanpassad förpackning som kan tillverkas i jämn takt och med upprepbart resultat.
Formning, fyllning och förslutning i samma flöde
En djupdragare formar plastfilm till fickor, fyller dem och försluter dem, i de flesta fall som ett led i en löpande produktionslinje. Funktionen bygger på ett fåtal moment som hänger ihop: filmen värms, formas, fylls och försluts, och förpackningens egenskaper bestäms av materialvalet, av formningsdjupet och av vad som sker i förslutningssteget. De praktiska gränserna sätts framför allt av hur djupt en given film kan formas utan att väggarna blir för tunna, och av hur snabbt maskinen kan ställas om mellan format. Tekniken förekommer främst inom livsmedel, men även inom medicinteknik och industriell tillverkning, och i samtliga fall av samma grundläggande skäl: produkten behöver en sluten, formanpassad förpackning som kan tillverkas med jämn och upprepbar kvalitet.
