Si los empaques de alimentos o fármacos no están bien sellados cuando el cliente compra el producto, esto afecta bastante la reputación del fabricante. En el futuro, un sensor de temperatura de película delgada permitirá a las empresas llevar a cabo en línea la detección y el rechazo de los empaques que han sido sellados de forma incorrecta, rápida y confiablemente.
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© Photo Fraunhofer IVVEjemplos de embalaje flexible con fugas o visualmente deficiente:contaminación via productos envasados en la costura sellada (arriba) y doblez en la costura soldada (abajo) |
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| © Photo Fraunhofer IVV Diseño provisional de una barra de sellado completamente instrumentalizada con matriz de sensores y una vista detallada de los sensores sobre la superficie de la barra de sellado. |
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| © Photo Fraunhofer IWM Barras de sellado equipadas son sensores de pelicula delgada (izquierda). Imagen con interferómetro de luz blanca de un punto de medición con surcos de conducción de aprox. 250 mm de espesor y 600 um de ancho (derecha) |
"Tres ositos de goma, un caramelo de licor, y dos chupetes por favor." Asi er cómo los niños gastaban su propina en la dulcería. Los niños de hoy compran sus dulces envasados en el supermercado. Y no sólo el caramelo viene en esta forma: todos los años, las fábricas de todo el mundo producen algo así como un trillón de unidades de embalaje flexible para alimentos, cosméticos, fármacos y productos técnicos. El noventa por ciento de estos empaques se fabrican utilizando procesos de contacto térmico, en otras palabras, selladas con la ayuda de mordazas calientes. Durante estos procesos, los productos envasados a veces pueden entrar en la costura y evitar que se selle correctamente. En la actualidad, los fabricantes suelen tener que depender de controles aleatorios para atrapar estos defectos de envasado. Si los empaques de alimentos o de productos médicos incorrectamente sellados llegan a los anaqueles de los supermercados o las farmacias, estantes, esto puede poner en peligro la calidad del producto o acortar su vida útil - sin considerar el daño de la reputación del fabricante.
Sensores de película delgada para el monitoreo en línea del proceso de envasado
Los investigadores de los Institutos Fraunhofer para la Mecánica de los Materiales IWM en Friburgo y de Ingeniería de Procesos y Packaging IVV en Dresden han desarrollado un método que permitirá a los fabricantes reducir significativamente la cantidad de empaques incorrectamente sellados, si no prevenirlos por completo: un sensor térmico de película delgada integrado directamente en la barra de sellado, el cual permite la supervisión en línea del proceso de envasado. "En vez de simplemente confiar en controles aleatorios, los fabricantes ahora pueden inspeccionar cada artículo de envasado", confirma Alexander Fromm, jefe de proyecto en el grupo de Materiales de Revestimientos Funcionales en el Fraunhofer IWM. "Esto les da mucha más seguridad de que todos los alimentos y envases de medicamentos están herméticamente sellados. Además, se elimina la necesidad de las lentas pruebas en los equipos subsiguientes".
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| © Photo Fraunhofer IWM Ver dentro de la cámara de vacío durante el proceso de recubrimiento. |
Tomemos como ejemplo la envoltura de caramelo . El método actual es tener dos barras de sellado calientes sujetando un tubo de película y fundiendo parcialmente el compuesto plástico, sellando el envase. Una vez que el caramelo se introduce, el tubo entonces se sujeta con las mordazas en los lugares designados y se termosella de la misma manera. Finalmente, una cuchilla lo separa de la siguiente unidad. Cuán bien la costura sujeta, depende sobre todo de la temperatura de la superficie de la barra de sellado: si es demasiado caliente, la película se quema; si es demasiado fría, los segmentos de pelicula no se fusionan juntos con suficiente fuerza. El resultado es el mismo en ambos casos: el empaque no está sellado correctamente. No es de extrañar que los fabricantes hagan todo lo posible para detectar tales fallas. Por ejemplo, algunos controles aleatorios se realizan colocando el envase en un baño de agua y las burbujas de aire que salen a la superficie indican fugas.
Fin a las pruebas aleatorias
Hay, sin embargo una alternativa. "Debido a que aplicamos los sensores de temperatura directamente a la barra de sellado, recibimos información directa respecto a cada unidad de empaque para cada proceso de sellado," explica Gregor Wendt, científico en el Fraunhofer IVV en Dresden. Si la temperatura es demasiado alta o demasiado baja, se puede ajustar de inmediato en la máquina - antes de que un gran número de unidades selladas de forma incorrecta comiencen a salir de la línea. El método de inspección de calidad en línea también reconoce confiablemente los productos que han atrapado producto en el sello, tal como un pedazo de caramelo que se ha deslizado dentro de la costura. Esto funciona de la siguiente manera: cuando las barras de sellado se juntan para sellar las películas, ellas absorben parte del calor de las barras. En consecuencia, las barras se enfrían un poco. Hasta qué punto la temperatura cae depende de la masa del objeto atrapado en el sello. Si un pedazo de caramelo se ha extraviado en la zona de sellado, este también absorbe parte del calor - las barras se enfrían más rápido con los productos atrapados.
El sistema de alta sensibilidad es incluso capaz de detectar polvo de café en la costura - y lo hacen más rápido y con más precisión que los sensores que se han utilizado en los procesos de sellado hasta ahora. Para el propio sensor, los especialistas en recubrimiento utilizan termocuplas fabricadas en procesos establecidos de pelicula delgada. Ellos depositan vapores de los distintos materiales de la termocupla en vacío directamente sobre la barra de sellado. Con una capa de unos pocos cientos de nanómetros de espesor, el sensor resultante es extremadamente fino y tiene un tiempo de respuesta muy corto. En Fraunhofer IWM, los investigadores están desarrollando recubrimientos protectores adaptados para aplicaciones industriales específicas. Mientras tanto, sus colegas en el Instituto Fraunhofer IVV en Dresden están integrando barras de sellado con sensores incorporados dentro de los sistemas de embalaje y manejando las formas en que los sensores hacen contacto.
En pruebas con una unidad de sellado de laboratorio, el equipo de investigación ha ya sido capaz de comprobar que el proceso de sellado con un sensor integrado de pelicula delgada funciona correctamente. En otras medidas, los científicos están trabajando actualmente en soluciones para adaptar esta tecnología a las mordazas que se utilizan generalmente en la fabricación industrial, incluyendo el elevado número de ciclos y una amplia variedad de materiales de película que esto conlleva.
Alexander Fromm, Fraunhofer IWM:
"Gracias a nuestra tecnología, las empresas pueden estar prácticamente seguras de que todos y cada unidad de embalaje flexible es adecuadamente sealed- ya sea que contenga alimentos, medicamentos o cosméticos. Como resultado, la probabilidad de un artículo envasado no sea sellado correctamente se reduce significativamente ".
Termocuplas
Para el sensor de la termocupla, el grupo de investigación de Fraunhofer conecta dos pistas conductoras hechas de diferentes materiales - níquel y níquel-cromo - el uno al otro en un extremo. Si la temperatura en esta conexión es mayor o menor que en el extremo "suelto" de los cables, se crea un voltaje eléctrico dependiente de la temperatura entre las pistas. Usando este voltaje, la temperatura se puede calcular rápida y exactamente.
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