Procesos de Soplado
Toma la botella de plástico más cercana —agua, refresco, champú, leche— y fíjate en lo que realmente es: una cáscara delgada y hueca que envuelve espacio vacío, tan ligera que la aplastas con una mano y, a la vez, lo bastante resistente para contener un litro sin derramar una gota. ¿Cómo se fabrica algo que es, en su mayoría, aire?
En Procesos de Moldeo y Procesos de Extrusión hablamos de las fases que siguen las resinas plásticas para su transformación en piezas o perfiles. Sin embargo, dentro de estos procesos hay una tercera variable: soplar las partes durante o después de su procesamiento, o mientras el polímero está en estado fundido. Esto se conoce como moldeo por soplado.
El moldeo por soplado es un proceso de fabricación para moldear piezas huecas de pared delgada y uniforme. En general, hay cuatro tipos principales de moldeo por soplado:
- Extrusión Soplado (EBM)
- Inyección Soplado (IBM)
- Inyección Estirado Soplado (ISBM)
- Soplado, Llenado y Sellado (BFS, por sus siglas en inglés, Blow, Fill and Seal)
Inspirado en el Vidrio
El principio de este tipo de procesos proviene de la idea del soplado de vidrio. Ferngren y Kopitke desarrollaron una máquina de moldeo por soplado y la vendieron a Hartford Empire Company en 1938. Este fue el comienzo del proceso de moldeo por soplado comercial. Durante la década de los 40’s la variedad y cantidad de productos todavía era limitada, así que el moldeo por soplado creció despacio al principio; tomó verdadero impulso más adelante, cuando la variedad y la velocidad de producción aumentaron, y con ellas el número de productos creados.
Los mecanismos técnicos necesarios para producir piezas huecas utilizando la técnica de soplado se establecieron desde muy temprano. Debido a que el vidrio es muy frágil, después de la introducción del plástico, éste se utilizó para reemplazar al vidrio en algunos casos. La primera producción masiva de botellas de plástico ocurrió en Estados Unidos en 1939. Alemania comenzó a usar esta tecnología un poco más tarde, pero en la actualidad es uno de los principales fabricantes de máquinas de moldeo por soplado.
En la industria de los refrescos de Estados Unidos, el número de contenedores de plástico pasó de cero en 1977 a diez mil millones de piezas en 1999.
Moldeo por Extrusión Soplado (EBM)
La extrusión soplado, moldeo por extrusión soplado o EBM por sus siglas en inglés, es una variante de un Proceso de Extrusión y es el tipo más simple de moldeo por soplado. Un tubo caliente de material plástico fundido (mejor conocido como parison) se deja caer desde una extrusora y se captura en un molde enfriado por agua. Una vez que los moldes están cerrados, se inyecta aire a través de la parte superior o del cuello de la pieza a moldear, como si uno estuviera inflando un globo. Cuando el material plástico caliente se sopla y entra en contacto con las paredes del molde, el material se enfría y logra que la pieza mantenga una forma rígida.
La extrusión soplado permite una amplia variedad de formas de envase, tamaños y aberturas de cuello, así como la producción de productos con mango o asa. La producción puede ir de cientos a miles de botellas por hora, dependiendo del tipo de máquina y del tamaño de la pieza.
El peso de las piezas fabricadas por extrusión soplado se puede ajustar dentro de un rango extremadamente amplio. Los moldes para extrusión soplado son generalmente mucho menos costosos que los moldes de inyección soplado y se pueden fabricar en mucho menos tiempo.
Algunos ejemplos de piezas hechas por el proceso de extrusión soplado incluyen la mayoría de los productos huecos de polietileno, botellas de leche, botellas de champú, conductos automotrices y piezas industriales huecas tales como tambores.
Las ventajas de la extrusión soplado incluyen una alta tasa de producción, bajo costo de herramientas y una gran variedad de fabricantes de máquinas. Requiere una inversión de capital relativamente pequeña en equipo y es adecuada para corridas pequeñas de producción.
“¿Cómo se fabrica algo que es, en su mayoría, aire?”
Algunas desventajas por lo general incluyen una alta tasa de desperdicio, un control limitado sobre el espesor de la pared y un poco de dificultad para recortar el exceso de plástico.
La extrusión soplado se puede utilizar para procesar muchos plásticos diferentes, incluyendo HDPE, PVC, PC, PP y PETG.
Igual que en la co-extrusión, la extrusión soplado puede ser mono-capa o multi-capa, en donde se utilizan diferentes extrusores que llegan a un mismo dado formando una estructura con diferentes capas. Esto es muy útil cuando se requiere aumentar la barrera al oxígeno, darle resistencia química combinada con transparencia, etc.
Moldeo por Inyección Soplado (IBM)
El moldeo por inyección soplado, o IBM por sus siglas en inglés, es parte Moldeo por Inyección y parte moldeo por soplado. Es generalmente adecuado para envases más bien pequeños y no permite piezas con mango. Se utiliza a menudo para contenedores que tienen rangos de tolerancia cortos para cuellos con rosca, aberturas de boca ancha, mangos sólidos y formas muy estilizadas. Los contenedores soplados por lo general tienen un peso programado que no se puede cambiar fácilmente. Generalmente el material del recipiente moldeado se distribuye uniformemente y por lo general no es necesario ningún recorte o fresado. El aire se inyecta en el plástico a una presión de entre 75 y 150 PSI.
En el proceso de IBM, el polímero es moldeado por inyección sobre un corazón —por lo general en forma de pin— formando la preforma; luego este corazón en pin se rota a la estación de soplado para ser soplado y enfriado. Este es el menos usado de los tres procesos de moldeo por soplado, y se suele utilizar para hacer pequeñas botellas médicas o botellas individuales. El proceso se divide en tres pasos: inyección, soplado y expulsión.
La máquina de moldeo soplado se conforma de una unidad de inyección para fundir el polímero. El polímero fundido se alimenta a un múltiple de colada caliente, donde se inyecta a través de boquillas a un molde caliente. Dentro de las cavidades del molde se forma la preforma alrededor de un corazón, por lo general en forma de pin.
La preforma se compone de un cuello de botella o tarro completamente formado, unido a un tubo grueso de polímero que formará el cuerpo, similar en apariencia a un tubo de ensayo con un cuello roscado.
El molde de la preforma se abre y la barra central se gira y se sujeta en el molde de soplado, hueco y refrigerado. La punta de la barra se abre permitiendo la entrada de aire comprimido en la preforma, la cual se infla a la forma del artículo final.
Después de un periodo de enfriamiento, el molde de soplado se abre y la barra se hace girar a la posición de expulsión. El artículo final se expulsa y, como una opción, puede ser probado de fugas antes de empacarlo. Los moldes de moldeo y de soplado pueden tener muchas cavidades, generalmente de tres a dieciséis, dependiendo del tamaño del artículo y la producción requerida. Hay tres conjuntos de barras que permiten la inyección, el soplado y la expulsión.
Inyección Estirado Soplado (ISBM)
El moldeo por inyección, estirado y soplado es más conocido por la producción de botellas de PET comúnmente utilizadas para agua, jugo y una variedad de otros productos. El moldeo por estirado-soplado se ha utilizado desde inicios de la década de los 70’s, especialmente para el envasado de detergente, y han ido en incremento, con su uso principal en la fabricación de botellas de bebidas carbonatadas.
Una de las principales ventajas del moldeo por estirado-soplado es la capacidad para estirar la preforma tanto en dirección circunferencial como en dirección axial. Este estiramiento biaxial del material aumenta la resistencia a la tensión, las propiedades de barrera, el impacto a la caída, la claridad y la carga en el recipiente. Con estos aumentos, por lo general es posible reducir el peso total de un recipiente en un 10 a 15 por ciento menos en comparación con otros métodos de producción.
El moldeo por estirado-soplado se divide en dos categorías diferentes: de una etapa y de dos etapas.
“Una de las principales ventajas del moldeo por estirado-soplado es la capacidad para estirar la preforma tanto en dirección circunferencial como en dirección axial. ”
El proceso de una etapa utiliza la unidad de inyección para inyectar material en un molde, en donde el plástico se enfría rápidamente para formar la preforma. Posteriormente, la preforma se recalienta (acondiciona) y se coloca en el molde de soplado para formar la botella. Es aquí donde la preforma reblandecida se extiende a aproximadamente el doble de su longitud original. Inmediatamente se sopla aire comprimido en la preforma estirada para expandirla contra las paredes del molde, formando la botella. Una vez que la botella se enfría, el molde se abre y la botella acabada se expulsa de la cavidad del molde. Esta técnica es más eficaz en aplicaciones especiales, tales como tarros de boca ancha, donde no se requieren tasas de producción muy altas.
El moldeo por estirado-soplado en dos etapas es igual que el de una sola etapa, salvo que las preformas ya están hechas y enfriadas, lo que permite a las empresas hacer o comprar sus propias preformas. Debido al costo relativamente alto de los equipos de moldeo y de recalentamiento-soplado (RHB, por sus siglas en inglés, re-heat blow), esta es la mejor técnica para la producción de artículos de gran volumen, tales como botellas de bebidas carbonatadas. En este proceso, la maquinaria requerida moldea por inyección una preforma, que posteriormente se transfiere dentro de la máquina a otra estación, en donde se sopla y luego se expulsa de la máquina. Este tipo de maquinaria es generalmente conocida como inyección moldeo por estirado-soplado (ISBM) y por lo general requiere grandes corridas para justificar el gran costo de los moldes de inyección para crear la preforma y luego los moldes de soplado para terminar el soplado del contenedor. Este proceso se utiliza para corridas muy grandes de volumen de artículos tales como frascos de boca ancha de mantequilla de maní, botellas de agua de boca estrecha, botellas de licor, etc.
Soplado, Llenado y Sellado (BFS)
El proceso de Soplado, Llenado y Sellado (BFS, por sus siglas en inglés, Blow, Fill and Seal) es una técnica de fabricación utilizada para producir contenedores de volumen pequeño (0,1 ml) a grande (> 500 ml) llenos de líquido. Originalmente desarrollado en Europa en la década de 1930, se introdujo en Estados Unidos en la década de 1960, pero en los últimos 20 años se ha vuelto más frecuente dentro de la industria farmacéutica y ahora es ampliamente considerado como la forma principal de procesamiento aséptico por varias agencias reguladoras, como la Food and Drug Administration (FDA), en el envasado de productos farmacéuticos y de salud.
El concepto básico del BFS es que se forma un contenedor, se llena y se sella en un proceso continuo sin intervención humana, en un área cerrada y estéril dentro de una máquina. Así, esta tecnología puede ser utilizada para la fabricación aséptica de formas estériles que contienen una dosificación farmacéutica líquida.
El proceso consiste en varios pasos: primero, la resina plástica de grado farmacéutico se extruye en forma de parison a través de un dado circular dentro de un molde, y el tubo se corta por la parte superior, de manera similar a la extrusión soplado.
El molde es transferido a la zona de llenado, donde las agujas de llenado (mandriles) bajan y se utilizan para inflar el plástico y formar el recipiente dentro del molde. Después de la formación del recipiente, el mandril se utiliza para llenar el recipiente con líquido.
Después de llenar, los mandriles se retraen y un molde superior secundario sella el contenedor. Todas estas acciones se llevan a cabo dentro de una cámara con ambiente estéril dentro de la máquina. El producto se descarga entonces a un área no estéril para el etiquetado, envasado y distribución.
La tecnología de Soplado, Llenado y Sellado reduce la intervención del personal, haciéndola un método más robusto para la preparación aséptica de productos farmacéuticos estériles. El BFS se utiliza para el llenado de los viales de preparaciones parenterales e infusiones, gotas para los ojos y productos de inhalación. En general, los recipientes de plástico están hechos de polietileno y/o polipropileno. El polipropileno se utiliza más comúnmente para formar envases que se esterilizan en autoclave, debido a sus propiedades térmicas superiores.
