ما هي آلة التعبئة والتغليف العمودية (VFFS)؟ - الدليل الشامل للتغليف الفعال

آلة التشكيل والتعبئة والختم العمودية (VFFS) هي نظام تغليف آلي يُشكِّل الأكياس من لفافة فيلم متصلة، ويُملأ بالمنتج، ثم يُغلَق بإحكام. في آلة VFFS، يُغذَّى الفيلم المسطح (غالبًا ما يكون بلاستيكيًا أو مُغلَّفًا) في الآلة، ويُلَفُّ حول أنبوب تشكيل عمودي، ويُغلَق على طول حوافه لإنشاء أنبوب كيس متصل. بعد ذلك، يُوزَّع المنتج (مثل المساحيق، والحبيبات، والوجبات الخفيفة، والسوائل) في الكيس المفتوح. ثم يُغلَق الجزء العلوي من الكيس حراريًا لإكمال عملية التغليف.

عملية التشكيل والتعبئة والختم هذه متعددة الاستخدامات للغاية. تستطيع آلات التعبئة والتغليف العمودية (VFFS) التعامل مع المنتجات الصلبة والسائلة بكفاءة عالية - وتشير مصادر صناعية إلى إمكانية تعبئة المواد الصلبة والسائلة في أكياس باستخدام معدات التعبئة والتغليف العمودية. يعود مفهوم التعبئة والتغليف العمودية (VFFS) إلى براءة اختراع سجلها والتر زوير عام ١٩٣٦، وتُستخدم هذه الآلات اليوم في جميع أنحاء العالم للتعبئة عالية السرعة لـ الأطعمة، منتجات الحيوانات الأليفة، المواد الكيميائية، وأكثر من ذلك. ويشير متخصصو التعبئة والتغليف إلى أن أنظمة VFFS توفر "أتمتة تعبئة متينة ومتعددة الاستخدامات" لكل من التطبيقات الغذائية وغير الغذائية.

المصطلحات: في الصناعة، تُسمى آلة التعبئة والتغليف العمودية (VFFS) أيضًا آلة تعبئة عمودية، أو ببساطة آلة تشكيل وملء وختم (عند الإشارة إلى النمط العمودي). أي آلة تُشكل وتملأ وتختم العبوات هي نظام تشكيل وملء وختم، ويشير مصطلح VFFS إلى الاتجاه العمودي. من بين الأسماء الأخرى آلة التشكيل والتعبئة والختم العمودية، أو آلة ملء النماذج العمودية، أو آلة ختم النماذج العمودية. في جميع الحالات، ينصب التركيز على عملية خط تجميع متكاملة تُشكل الكيس من الفيلم، وتملأه بالمنتج، وتُختم في دورة واحدة مستمرة.

كيف تعمل آلات VFFS

تُؤتمت آلة VFFS عملية التغليف بتصميم عمودي مدمج. خطوات التشغيل الأساسية هي:

1. استكشاف الفيلم وتوجيهه: تُركَّب لفافة كبيرة من غلاف التغليف على الآلة. تُغذِّي البكرات والمشدِّدات الغلاف داخل الآلة مع الحفاظ على نعومته وتناسقه.
2. تشكيل الحقيبة: يمرّ الفيلم المسطح فوق جهاز تشكيل (أنبوب تشكيل). يُغلّف الفيلم داخل أنبوب عمودي. يضغط فكّ ختم عمودي طويل ويسخّن حواف الفيلم، مما يُغلقها في شكل زعنفة، مُشكّلاً بذلك أنبوبًا عموديًا متصلًا.
3. ختم القاع: قبل التعبئة، يُغلق الجزء السفلي من أنبوب الفيلم. يُطبّق قضيب إحكام أفقي الحرارة والضغط لتشكيل إحكام سفلي للكيس. قد يحدث هذا بشكل متقطع (يمنع الفيلم من الإغلاق) أو بشكل مستمر أثناء حركة الفيلم، حسب تصميم الآلة.
4. تعبئة المنتج: عند فتح الكيس من الأعلى، تُوزّع الآلة المنتج فيه. تختلف طريقة التعبئة باختلاف المنتج: إذ يُمكن وزن المواد الصلبة أو الوجبات الخفيفة الصغيرة وإسقاطها بواسطة وحدة تغذية الميزان، والمساحيق بواسطة حشوات لولبية، والسوائل بواسطة مضخة أو حشوات حجمية. تضمن مستشعرات التعبئة حصول كل كيس على الوزن أو الحجم الصحيح.
5. الختم والقطع العلوي: بعد التعبئة، يُغلق فكّ الختم الأفقي ليشكّل الختم العلوي للكيس وأسفل الكيس التالي. عادةً ما يحتوي الفكّ نفسه على قاطعة تقطع الكيس المملوء وتفصله عن الأنبوب. وهكذا، يُغلق الكيس ويُفصل في حركة واحدة.
6. تفريغ الكيس: يُفرّغ الكيس المُجهّز على ناقل خروج. تتكرر الدورة فورًا لتشكيل كيس جديد أسفله.

يمكن لهذه الدورة المستمرة إنتاج مئات الأكياس في الدقيقة، حسب حجم الكيس وتدفق المنتج. تُزامن عناصر التحكم الإلكترونية الدقيقة تغذية الفيلم، وأوقات الختم، وكميات التعبئة. على سبيل المثال، تتتبع المستشعرات موضع الفيلم لضمان دقة القطع، وتضمن أنظمة الجرعات ثبات أوزان التعبئة.

ميزات اختيارية: تتضمن العديد من خطوط إنتاج VFFS إضافات لتحسين عملية التغليف. تستطيع الطابعات المدمجة ختم التواريخ أو رموز الدفعات على الفيلم، وتستطيع وحدات التنظيف بالغاز حقن غاز خامل (مثل النيتروجين) في الكيس قبل الإغلاق لإطالة مدة صلاحيته. كما يمكن تزويد الآلات بشقوق تمزيق أو سحابات أو مقابض. جميع هذه الوظائف تتم بشكل متزامن كجزء من دورة التشكيل والتعبئة والإغلاق المستمرة.

المكونات الرئيسية لجهاز VFFS

تتكون آلة VFFS من عدة أنظمة فرعية مترابطة:

• فك الفيلم والتحكم في التوتر: يحمل بكرة الفيلم ويغذيها في الآلة. تحافظ البكرات والمستشعرات على الشد والمحاذاة المناسبين.
• تشكيل الأنبوب والطوق: أنبوب معدني مجوف (غالبًا ما يكون مزودًا بحلقة قابلة للتعديل) يُشكِّل الغشاء على شكل أنبوبي. يُحدِّد قطر هذا الأنبوب عرض الكيس.
• قضبان الختم العمودية: فكوك طويلة مُسخّنة تمتد على طول أنبوب التشكيل. تُثبّت حواف الفيلم وتُسخّن/تضغط لتكوين ختم عمودي مُستمر.
• فكوك القطع والختم الأفقية: زوج من الفكوك يُغلقان الغشاء لتشكيل الجزء العلوي والسفلي للأكياس. ثم يُفصل الكيس النهائي عن الغشاء بسكين مدمج أو سلك ساخن.
• نظام التعبئة: معدات توزيع المنتج في كل كيس. تشمل الأجهزة الشائعة موازين متعددة الرؤوس للمواد الصلبة السائبة، وآلات تعبئة لولبية أو مكبسية للمساحيق، وآلات تعبئة مضخات للسوائل.
• نظام التحكم: وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو الحاسوب الذي يتحكم في وظائف الآلة. يُدخل المُشغِّلون المعلمات (طول الكيس، وزن التعبئة، السرعة) عبر واجهة شاشة تعمل باللمس.
• المرفقات المساعدة: ناقلات (تغذية للمنتج، تفريغ للأكياس)، طابعات/أجهزة ترميز، أنظمة تنظيف الغاز، ووسائل الحماية.

يجب أن تعمل جميع المكونات بتناغم لضمان سلاسة التشغيل. على سبيل المثال، يمنع التحكم الجيد في الشد تجاعيد الغشاء، ويضمن ضغط الختم الدقيق ثباتًا وثباتًا في الختم.

أنواع آلات VFFS

تتوفر آلات VFFS في تكوينات مختلفة:

• نوع الحركة: متقطع (إيقاف وتشغيل) مقابل مستمر. تُغذي الآلات المتقطعة الفيلم ثم تُوقفه مؤقتًا للإغلاق؛ وتُبقي الآلات المستمرة الفيلم متحركًا بينما يُغلق شريط الإغلاق المتحرك الكيس. تُحقق آلات VFFS ذات الحركة المستمرة سرعات أعلى (غالبًا مئات الأكياس في الدقيقة)، بينما تُعتبر الآلات المتقطعة أبسط ويمكنها التعامل مع حمولات أثقل من الفيلم أو المنتج.
• نظام القيادة: الهوائية مقابل المؤازرة. تستخدم آلات VFFS الهوائية أسطوانات هوائية لتشغيل الأختام والقواطع، مما يوفر البساطة والموثوقية. أما الآلات التي تعمل بالمؤازرة، فتستخدم محركات مؤازرة كهربائية، مما يوفر حركة دقيقة وعالية السرعة لمراحل الختم والقطع. كما تتيح المؤازرة تكاملاً أسهل مع أدوات التحكم الرقمية والروبوتات.
• شبكة ويب واحدة مقابل شبكة ويب مزدوجة: تُشكّل معظم آلات VFFS الأكياس من غشاء واحد (مما يُنتج أكياسًا ثلاثية الجوانب أو أكياسًا على شكل وسادة). تستخدم آلات VFFS ثنائية الغشاء (مُغلَقة من أربعة جوانب) غشاءين (واحد لكل وجه كيس)، وهو مناسب للأكياس الطبية أو المتخصصة التي تتطلب هياكل متعددة المواد.
• شكل الحقيبة: يمكن غالبًا إعادة تصميم خط إنتاج VFFS ليتناسب مع أنماط أكياس مختلفة عن طريق تبديل أنابيب وفكوك التشكيل. تشمل الأشكال الشائعة أكياس الوسادة، والأكياس ذات الثنيات (الواقفة)، والأكياس رباعية الغلق، أو الأكياس ذات القاعدة المسطحة. بعض الآلات مخصصة لنمط واحد، بينما تتيح أخرى التبديل السريع بين الأشكال.

يعتمد الاختيار على احتياجات الإنتاج. على سبيل المثال، قد يختار مُصنِّع صغير نظام VFFS هوائي متقطع لتوفير التكاليف، بينما قد يستخدم مُصنِّع كبير نظام VFFS مستمرًا يعمل بمحرك سيرفو لتحقيق أقصى إنتاجية.

آلة VFFS - آلة تعبئة وتغليف صغيرة عمودية ذات مشبك وسحب	آلة VFFS لتعبئة المساحيق	آلة VFFS بمقياس إلكتروني

تطبيقات آلات VFFS

تخدم آلات VFFS مجموعة واسعة من الأسواق:

• المنتجات الغذائية: عادةً ما تُعبأ الوجبات الخفيفة (مثل رقائق البطاطس، والفشار، والمكسرات)، والحلويات، والفواكه المجففة، والحبوب، والمخبوزات في أكياس باستخدام آلات التعبئة والتغليف التلقائية (VFFS). أما المواد الغذائية الأساسية، مثل السكر والملح والتوابل والأرز والدقيق، فغالبًا ما تُوزن وتُعبأ في أكياس. كما تُستخدم آلات التعبئة والتغليف التلقائية (VFFS) في العديد من الأطعمة المجمدة (مثل الخضراوات والبيتزا).
• السوائل والصلصات: غالبًا ما تُعبأ المنتجات السائلة، مثل الحساء والصلصات والعصائر والتوابل، في أكياس باستخدام آلات التعبئة العمودية. يُسهّل هذا الوضع العمودي تعبئة المنتجات القابلة للسكب. وتشير شركة Carepac إلى أن آلات التعبئة العمودية مثالية للسوائل التي تتطلب تغليفًا ثابتًا ومانعًا للتسرب.
• القهوة والشاي: يستخدم مُحامِصو ومُحضِّرو الشاي آلات VFFS لطحن البن، وحبوب البن الكاملة، وأوراق الشاي. غالبًا ما تتضمن هذه الخطوط عملية شطف بالغاز للحفاظ على النكهة. حتى كبسولات القهوة وأكياس الشاي التي تُحضَّر مرة واحدة تُصنع باستخدام أنواع مُختلفة من خطوط التشكيل والتعبئة العمودية.
• طعام الحيوانات الأليفة: جاف أغذية الحيوانات الأليفةيتم تعبئة المكافآت والمكملات الغذائية باستخدام أنظمة VFFS. تستطيع هذه الآلات تعبئة أكياس كبيرة وثقيلة (مثل طعام الكلاب) أو أكياس مكافآت أصغر، وغالبًا ما تكون مزودة بسحابات أو مقابض مدمجة قابلة لإعادة الإغلاق.
• الطبية والصيدلانية: يمكن لآلات VFFS المصممة وفقًا للمعايير الصحية تعبئة المساحيق والأقراص والإمدادات الطبية المعقمة في أكياس من رقائق الألومنيوم أو مغلفة.
• السلع الصناعية والاستهلاكية: يتم أيضًا تعبئة المنتجات مثل المنظفات (المسحوق / السائل)، والمواد الكيميائية، والأجهزة (الصواميل والمسامير)، والبذور على خطوط VFFS.
• مستحضرات التجميل والتخصصات: غالبًا ما يتم تعبئة أملاح السبا ومساحيق مستحضرات التجميل والمخاليط العشبية والعناصر المتخصصة الأخرى بواسطة أنظمة VFFS.

بسبب تنوعها، يتم استخدام آلات VFFS في التطبيقات الغذائية وغير الغذائية.

مزايا تغليف VFFS

توفر أنظمة التعبئة والتشكيل والختم العمودية العديد من الفوائد:

• إنتاجية عالية: يتيح التشغيل الآلي إنتاجًا فائق السرعة، متجاوزًا الطرق اليدوية بكثير. تستطيع خطوط VFFS إنتاج مئات الأكياس في الدقيقة.
• الاتساق والجودة: تضمن الأتمتة عمليات تعبئة وختم موحدة. هذه الدقة تقلل الهدر وتضمن مطابقة كل عبوة للمواصفات. والنتيجة تغليف عالي الجودة باستمرار.
• المرونة: تتميز آلة VFFS بإمكانية التبديل بين أحجام الأكياس وأنماطها وموادها بسرعة فائقة. يستخدم المصنعون غالبًا تعديلات بدون أدوات لتقليل وقت التوقف عند نقل وحدات التخزين.
• بصمة مدمجة: تشغل الآلات الرأسية مساحة أرضية أقل من العديد من آلات التعبئة الأفقية. هذا التصميم المدمج مفيد في المنشآت ذات المساحة المحدودة.
• انخفاض تكاليف التعبئة والتغليف: تشكيل الأكياس من لفات الورق يُغني عن شراء أكياس جاهزة. لفات الأفلام عادةً ما تكون أرخص، وتتطلب مخزونًا أقل من مواد التغليف.
• حماية معززة: تحمي الأكياس المُحكمة الإغلاق المنتجات من الرطوبة والملوثات. كما تُحافظ الميزات الاختيارية، مثل التنظيف بالغاز، على نضارتها، مما يجعلها مثاليةً للسلع القابلة للتلف.
• تنوع المواد: تقبل آلات VFFS مجموعة واسعة من الأغشية (البولي إيثيلين، والرقائق المعدنية، والأغشية القابلة للتحلل الحيوي، وغيرها). وتتعامل مع جميع أنواع الأغشية، من الأغشية الرقيقة للوجبات الخفيفة إلى الأغشية المتينة.
• التكامل السهل: تتكامل خطوط VFFS بسلاسة مع أجهزة الوزن أو التعبئة العلوية والناقلات أو آلات تعبئة العلب السفلية، مما يؤدي إلى إنشاء خلية تعبئة آلية بالكامل.

بفضل تبسيط العمليات، غالبًا ما تحقق آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد عائدًا استثماريًا مرتفعًا. ويقوم العديد من المصنّعين بالترقية إلى هذه الآلات لتلبية الطلب بكفاءة وخفض التكاليف.

VFFS مقابل طرق التغليف الأخرى

VFFS هو أحد أشكال التغليف بالقوالب والملء والختم. للمقارنة:

• النموذج الأفقي - التعبئة - الختم (HFFS): تُشكّل آلات HFFS الأكياس وتُغلّفها أفقيًا على طول ناقل. ويمكنها الوصول إلى سرعات عالية جدًا للمنتجات المسطحة والصلبة (مثل المخبوزات أو القضبان)، ولكنها عادةً ما تشغل مساحة أرضية أكبر. كما أنها تُعالج المواد الصلبة بشكل أفضل من السوائل. في المقابل، تتفوق آلات VFFS في الحبيبات والسوائل السائبة، وتتطلب مساحة أصغر.
• حشوات الأكياس الجاهزة: هذه الاستخدامات أكياس جاهزة (أكياس بسحاب، أكياس مُشكَّلة مسبقًا) تُعبأ وتُغلَق بعد ذلك. تتطلب هذه الطريقة طلب وتخزين أكياس مخصصة مسبقًا. تُلغي آلات VFFS هذه الحاجة بتشكيل أكياس حسب الطلب من لفات الأفلام.
• يدوي/شبه أوتوماتيكي: عملية تعبئة الأكياس وإغلاقها يدويًا بطيئة وغير منتظمة. حتى الآلات شبه الآلية تتطلب خطوات يدوية. خطوط التعبئة والتغليف المتغيرة (VFFS) الآلية بالكامل تزيد الإنتاجية والاتساق بشكل كبير.

تعتمد أفضل طريقة على حجم المنتج والإنتاج. في كثير من الحالات، يوفر نظام VFFS توازنًا مثاليًا بين السرعة والأتمتة والمرونة.

التحسينات والملحقات

غالبًا ما تتضمن خطوط VFFS الحديثة مرفقات لإضافة وظائف:

• تنظيف الغاز / خريطة: استبدال الأكسجين بغاز خامل (مثل النيتروجين) داخل الكيس لإطالة العمر الافتراضي.
• إغلاقات قابلة لإعادة الإغلاق: سحّابات منزلقة مدمجة أو شرائط تمزيق لسهولة إغلاقها بواسطة المستهلك.
• شقوق التمزيق وسهولة الفتح: فتحات أو ثقوب مقطوعة بالقالب لتسهيل الفتح.
• الطباعة المضمنة: تم دمج أجهزة ترميز التاريخ/الدفعات وطابعات الملصقات في مسار الفيلم.
• أجهزة وزن متعددة الرؤوس: ملء دقيق للأكياس متعددة المكونات أو ذات الأوزان المتغيرة.
• التكامل الروبوتي: يمكن لآلات VFFS ذات المحرك المؤازر أن تتزاوج مع الروبوتات لتعبئة الصناديق أو تحميل الصواني.
• الربط التلقائي للأفلام: تقوم الأنظمة المتطورة بربط لفافة فيلم جديدة دون إيقاف الماكينة.

تعمل هذه الميزات على تحويل آلة VFFS الأساسية إلى خط تعبئة وتغليف كامل، مما ينتج أكياسًا جاهزة ومُسمّاة للتعبئة.

خاتمة

أحدثت آلات التشكيل والتعبئة والختم العمودية نقلة نوعية في عالم التغليف، حيث جمعت بين تشكيل الأكياس وتعبئتها وختمها في عملية آلية واحدة. ويشير خبراء الصناعة إلى أن أنظمة التشكيل والتعبئة والختم العمودية توفر كفاءة ومرونة لا مثيل لهما، فهي قادرة على التعامل مع مختلف المنتجات والأشكال، ومجهزة بميزات متقدمة (مثل تدفق الغاز أو السحابات) لتلبية جميع المتطلبات. باختصار، لا تزال تقنية التشكيل والتعبئة والختم العمودية ركيزة أساسية في عمليات التغليف بكميات كبيرة. ومع تركيز اتجاهات التصنيع على السرعة والأتمتة، من المرجح أن تظل أنظمة التشكيل والتعبئة والختم العمودية ركيزة أساسية لخطوط التغليف عالية الكفاءة.

الأسئلة الشائعة: آلة التعبئة والتغليف العمودية (آلة VFFS)