Optimiser le choix de la méthode de remplissage et l’étalonnage pour les machines de remplissage et de bouchonnage de sachets à bec verseur
Comparaison de la précision et de la reproductibilité des méthodes de remplissage par gravité, à piston et par pompe
Atteindre une cohérence de ±1 % sur le poids de remplissage commence par la sélection correcte de la méthode de remplissage. Les systèmes de remplissage par gravité sont moins efficaces pour les produits à viscosité plus élevée ou contenant des particules, comme les sauces, ce qui peut entraîner un écart de 2 à 3 % en raison d’un écoulement imparfait. Le remplissage par piston, grâce à la précision du déplacement positif, convient mieux aux liquides homogènes simples. Les systèmes à pompe permettent de traiter des formulations sensibles au cisaillement, telles que les émulsions cosmétiques, et maintiennent une variance maximale de 1 %. Par rapport au remplissage par gravité des fluides dont la viscosité est inférieure à 500 cPs, le remplissage par piston peut réduire le gaspillage de produit de 18 %, offrant ainsi un retour sur investissement tangible dans les applications à haut volume.
La défaillance du système repose sur la précision de la vérification du volume de remplissage : contrôles gravimétriques, échantillonnage statistique et cellules de charge en ligne
Dans les systèmes modernes, la vérification des défaillances est effectuée à l’aide de trois techniques afin de contrôler le système contre les surremplissages et les sous-remplissages.
Respecte la réglementation de la FDA 21 CFR Partie 11 en matière d’enregistrement de la piste d’audit, les cellules de charge intégrées permettent de remplacer les moteurs servo en moins de 0,3 seconde, et les contrôles gravimétriques effectués tous les 250 cycles constituent une mesure de sécurité critique contre le surdosage du produit. La mise en œuvre de rejets automatisés par poids, combinée à des contrôles gravimétriques, permet d’obtenir des économies significatives de 5 kg (11 lb) sur moins de 10 000 sachets.
Étalonnage automatisé en temps réel par rapport à un réétalonnage manuel programmé : compromis fondés sur des données probantes en matière de précision
L'étalonnage continu piloté par capteur atteint une précision de remplissage de ±0,8 %. Cela s'obtient en corrigeant les erreurs de commande dues à la dérive thermique, à l'usure de la pompe et aux conditions environnementales. Il réduit de 40 % les besoins d'intervention de l'opérateur après mise en service, par rapport aux réétalonnages manuels. Le compromis, dans ce cas, est une augmentation de 15 à 20 % des coûts initiaux. Des réétalonnages manuels programmés toutes les 4 à 8 heures sont envisageables, à condition que la tolérance autorisée soit de ±1,5 %. Toutefois, un chiffre alarmant de 23 % des usines inspectées ont reconnu une dérive supérieure à ±1,5 % et dépassant les spécifications d'étalonnage dans les trois heures suivant l'étalonnage. Les systèmes en temps réel atteignent un taux de 99,2 % d'efficacité globale des équipements (EOE), car les temps d'arrêt liés aux réglages et aux réétalonnages sont nuls.
Entretenir les composants critiques pour assurer une précision à long terme sur la machine de remplissage et de bouchonnage de sachets à bec verseur
Prendre en compte la dérive de précision due à l'usure de la buse, au remplacement du joint d'étanchéité et à la dérive de la pompe
L’usure des composants a un impact direct sur la précision de remplissage. Un produit de remplissage abrasif peut éroder les buses et provoquer des erreurs de débit comprises entre ±0,5 % et ±1,2 % ; par ailleurs, la détérioration des joints peut entraîner l’aspiration d’air dans le circuit de remplissage et causer des erreurs supérieures à ±1,8 % (PMR 2024). La dérive de la pompe, en l’absence de recalibrage, est fixée à 0,3 % et ne fait qu’aggraver ces écarts. Les buses de remplissage « Spill Fill Pack » sont conçues en vue d’une haute précision de remplissage ; toutefois, le seuil de ±1 % est dépassé dans 74 % des tolérances d’erreur de remplissage. La surveillance en temps réel du système est essentielle pour atténuer ces erreurs, mais le système est conçu pour permettre également des inspections manuelles périodiques, qui s’avèrent en réalité critiques.
Intervalles de maintenance préventive validés par le constructeur et leur incidence sur les seuils de précision de ±0,8 %
Pour maintenir une précision de remplissage de ±0,8 %, les clients doivent respecter scrupuleusement les intervalles de maintenance définis par le constructeur. Les machines soumises aux intervalles prescrits par le constructeur connaissent 68 % moins d’incidents liés à une perte de précision. Quelques stratégies, étayées par des éléments probants, sont présentées ci-dessous.
Taux de conformité de la précision de l'approche de maintenance et impact des temps d'arrêt
Réactive, après défaillance 42 % 15 à 40 heures par mois
Préventive, selon le calendrier du constructeur d'origine (OEM) 89 % 4 à 8 heures par mois
Prédictive, capteurs IoT 96 % moins de 2 heures par mois
Revue de l'efficacité de l'emballage 2023
La maintenance prédictive utilisant des capteurs de vibration et des analyses de débit réduit les coûts de remplacement des joints d’étanchéité de 30 %, tout en maintenant la précision dans une fourchette cible de 0,5 %. Pour l’intégrité du bouchonnage, un capteur reste inchangé et le nombre de cycles avant remplacement des pinces de bouchonnage demeure à 500.
Assurer un alignement précis des sachets et un positionnement exact du bec verseur pour une intégration fiable du bouchonnage
Tolérances de ±0,3 mm pour le positionnement du bec verseur
Les systèmes d’alimentation guidés par vision (VGFS) éliminent les désalignements VLW (Vision Guided Feeding) en utilisant des capteurs de vision haute résolution, des algorithmes adaptatifs et des systèmes de commande avancés afin de déterminer en continu la position du bec verseur. Les VGFS permettent un positionnement du bec verseur avec une précision de ± 0,3 mm, quelles que soient la nature, la géométrie et la forme des matériaux. Le taux de réussite du bouchonnage atteint 99,2 % avec les VGFS. Ces systèmes sont capables de compenser l’élasticité du matériau, le glissement du convoyeur, les légères déformations des sachets ainsi que le glissement du matériau dans son contenant. Une détection précise et constante des becs verseurs translucides (et des matériaux en général) contribue à réduire les pertes de produit de 18 % par rapport aux guides mécaniques fixes d’alignement.
Ajustement fin des paramètres spécifiques au produit sur la machine de remplissage et de bouchonnage de sachets à bec verseur
Ajustements des paramètres dérivés de la viscosité : température, contre-pression et temps de maintien
La viscosité des produits aide à déterminer les meilleurs réglages des paramètres. Pour obtenir une consistance optimale du remplissage lors de la manipulation de produits très visqueux, tels que le miel et la sauce ketchup, la machine de remplissage est conçue pour atteindre des températures cibles spécifiques, contrairement aux liquides très visqueux. Afin d’éviter la formation d’écume et les débordements depuis la machine de remplissage, il est essentiel de prévenir la formation d’écume. Les ajustements de contre-pression permettent d’obtenir un écoulement horizontal et une régulation uniforme entre les lots, et contribuent également de façon significative à respecter les tolérances industrielles de ±1,5 %. Le temps de maintien (dwell time) est également important, car il empêche la machine de remplissage de goutter. Des exemples de paramètres de temps de maintien sont :
Liquides peu visqueux (< 200 cP) : un temps de maintien de 300 à 500 ms doit être utilisé afin d’éviter les gouttes après le remplissage.
Pâtes épaisses (> 5 000 cP) : un temps de maintien de 1 200 à 1 500 ms permettra une séparation optimale du matériau.
Dans leur ensemble, les modifications apportées à ces paramètres ont permis d’améliorer de 32 % les performances de la machine de remplissage afin d’atteindre un rendement et une reproductibilité optimaux.
Élimination de l'air, des débordements et de la contamination
Les principaux fabricants ont développé des solutions ciblées pour éliminer trois des erreurs les plus courantes sur les machines de remplissage :
Air : Des buses équipées de systèmes à vide éliminent l'écume pendant le remplissage et les sous-remplissages ultérieurs.
Débordements : Des capteurs capacitifs sans contact arrêtent la machine de remplissage dès qu'une déviation des gouttes est détectée.
Contamination du joint d'étanchéité : Des systèmes à deux étapes éliminent les débordements de la zone de bouchonnage.
Grâce à ces systèmes, les taux de rejet ont été réduits. L'intégrité des joints d'étanchéité des bouchons est également préservée avec un taux de fuite inférieur à 0,3 %, ce qui permet d'atteindre les paramètres requis pour un conditionnement stable en rayon et étanche aux fuites.
Quelques questions fréquentes :
Quelles sont les principales différences entre les doseuses à piston et les doseuses par gravité ?
Les doseuses à piston offrent une précision de remplissage de ±0,5 %, contre une précision moindre pour les doseuses par gravité. Elles permettent également une réduction de 18 % du gaspillage de produit pour les liquides dont la viscosité est inférieure à 500 cP, comparativement aux systèmes par gravité.
Comment l’étalonnage automatisé en temps réel améliore-t-il la précision du remplissage ?
L’étalonnage en temps réel s’ajuste aux changements et aux irrégularités, notamment les facteurs environnementaux, les différents degrés d’usure de la pompe, les variations de température et les écarts de précision, afin de maintenir une précision de remplissage de ±0,8 % et de réduire les temps d’arrêt liés à l’étalonnage manuel.
Pourquoi la maintenance prédictive est-elle la meilleure solution pour assurer la stabilité de la précision ?
Grâce à la maintenance prédictive et à l’utilisation de l’Internet des objets (IoT), les temps d’arrêt sont réduits à moins de deux heures par mois, ce qui permet d’atteindre une précision de remplissage comprise dans une fourchette de ±0,5 % par rapport à la valeur cible.
Quelle technologie les systèmes d’alimentation guidés par vision emploient-ils pour garantir un alignement précis des sachets ?
Des caméras haute résolution, combinées à un positionnement en temps réel de la buse et à des algorithmes adaptatifs, permettent d’intégrer la position en temps réel de la buse et d’ajuster l’alignement de la buse avec une tolérance de ±0,3 mm.
Quelles options existent pour corriger les erreurs de remplissage courantes ?
Les erreurs de remplissage sont efficacement corrigées grâce à l’utilisation de systèmes de soufflage montés sur la buse pour évacuer l’air et prévenir l’entraînement d’air, de capteurs capacitifs pour éliminer les débordements et d’un soufflage en deux étapes pour nettoyer les contaminations au niveau du joint d’étanchéité.