تاريخچه IML
فن آوري برچسب گذاري درون قالبي به روش تزريق (injection-IML) که در اواخر دهه 1970 در اروپا پايه گذاري شد، شاهد مقبوليت و رشد ساليانه بالايي بوده است. اين برچسب ها در ابتدا با قرار دادن ليبل کاغذي بر روي لايه PS (پلي استايرن) توليد مي شد. استفاده از فن آوري IML در اروپا روندي فراگير دارد و به شکلي گسترده در صنعت بسته بندي مواد غذايي مورد استفاده قرار مي گيرد اما بايد توجه داشت که استفاده از اين فن آوري تنها مختص ظروف مواد غذايي نيست. تا همين اواخر قالب هاي کم عمق و چرخه توليد آهسته پاسخگوي نياز بازارهاي اروپا بود. در حال حاضر در حدود 85 تا 95 درصد ظروف غير منعطف مورد استفاده در صنعت بسته بندي مواد غذايي مجهز به IML است. اين برچسب ها در مورد اجناس بادوام تري مثل جعبه هاي قابل بازيافت ماء الشعير نيز مورد استفاده قرار مي گيرد.
در ايالات متحده استفاده از فن آوري IML ازاوائل دهه 1980 شروع شد. شرکت Shape واقع در بيدفورد ايالت مين يکي از اولين کمپاني هايي بود که فن آوري IML تزريقي را مورد استفاد قرار داد. شرکت مزبور در سال 1982 مجوز استفاده از اين فن آوري را از شرکت سوئدي Cerbo اخذ کرد. شرکت Cerbo مالک انحصاري تکنيک ويژه اي بود که با استفاده از آن پلاستيک ذوب شده به شکلي درون قالب تزريق مي شد که سرتاسر سطح برچسب را در بگيرد. در سال 1983 شرکت Shape با بهره گيري از ماشين آلات خودکار کمپاني Cerbo توليد جلد پلاستيکي نوارهاي ويدئو با استفاده از قالب دومحفظه اي را آغاز کرد. شرکت هاي Procter & Gamble و Owens-Illinois براي اولين بار برچسب هاي IML را در بطري هاي HDPE که به روش قالب گيري بادي توليد مي شد، مورد استفاده قرار دادند؛ برچسب هاي مورد استفاده از نوع کاغذي بود که با ماده چسباننده حساس به حرارت، روکش شده بود. معضلات کيفيتي و مشکلات مرتبط با جاگذاري برچسب ها و جابه جايي ظروف باعث شد، فن آوري IML تا اواسط دهه 1990 در ايالات متحده رشد چشمگيري نداشته باشد. تمايل توليدکنندگان به حذف مراحل ثانويه نصب برچسب، کاهش ميزان ضايعات ناشي از اين روش و عرضه ظروف با ظاهر بدون برچسب موجب شد فن آوري IML در اوسط دهه 1990 دوباره مورد توجه قرار بگيرد.

مقايسه قالب گيري تزريقي و بادي
در هر دو روش قالب گيري تزريقي و قالب گيري بادي مي توان از تکنيک برچسب گذاري درون قالبي بهره گرفت. در روش قالب گيري تزريقي، ماده پلاستيکي ذوب شده با فشار درون محفظه قالب تزريق مي شود. قبل از تزريق پلاستيک گداخته شده برچسب در محل مناسبي از محفظه قالب قرار داده مي شود. بعد از تزريق ماده پلاستيکي به درون محفظه و سرد شدن تدريجي آن برچسب به شکل بخشي جدانشدني از ظرف درمي آيد.
روش قالب گيري بادي شبيه باد کردن بادکنک است. ماده پلاستيکي به شکل يک تيوب استوانه اي از يک مجراي مخصوص خارج مي شود در حالي که اطراف آن توسط محفظه قا‌لب احاطه شده است. سپس تيوب پلاستيکي با دميده شده هوا درون آن باد مي شود تا با جداره قالب برخورد کند. فشار ناشي از هوا باعث مي شود لايه پلاستيکي با جداره محفظه قالب منطبق شده و شکل ظرف يا بطري مورد نظر را بگيرد. براي برچسب گذاري درون قالبي در قالب گيري بادي، برچسب در محل مناسب محفظه قالب جاسازي مي شود و هنگامي که لايه پلاستيکي باد شده منطبق با جداره محفظه قالب مي شود به اين لايه ميچسبد. وقتي ظرف قالب گيري شده سرد شود، اين برچسب به شکل بخشي جدانشدني از جدار ظرف درمي آيد. 
توزيع جغرافيايي استفاده از هريک از اين دو روش در سطح جهان قابل توجه است. در مقايسه با بازار برچسب هاي ديگر، بازار IML در نقاط مختلف جهان رويه متفاوتي دارد. بخش عمده ظروف IML توليد شده در ايالات متحده به روش قالب گيري بادي توليد مي شوند، در عين حال بايد توجه داشت که بهره گيري از فن آوري IML در قالب گيري تزريقي نسبت به قالب گيري بادي رشد سريع تري دارد. از طرف ديگر تقريبا همه ظروف IML اروپايي به روش قالب گيري تزريقي ساخته مي شوند و تنها بخش کوچکي از آنها با روش قالب گيري بادي توليد مي شود. از لحاظ کمي ميتوان گفت که 90 درصد ظروف IML توليدي در ايالات متحده به روش قالب گيري بادي و 10 درصد بقيه به روش قالب گيري تزريقي ساخته مي شوند. در اروپا وضعيت به کلي متفاوت است؛ بيش از 95 درصد ظروف IML به روش قالب گيري تزريقي و تنها کمتر از 5 درصد آنها به روش قالب گيري بادي ساخته مي شوند.

برچسب هاي مورد استفاده در اين دو روش تفاوت هاي تکنيکي مشخصي دارند. سطح پشتي برچسب هاي IML مورد استفاده در قالب گيري بادي (EB-IML) چه کاغذي باشد چه ترکيبي بايستي با چسب ويژه اي آغشته شده باشد که با حرارت فعال شود. اين لايه چسب در مورد برچسب هاي ترکيبي به هنگام توليد فيلم اضافه مي شود و در مورد برچسب هاي کاغذي به هنگام فرآوري و تبديل کاغذ به برچسب. اين ماده چسباننده در اثر حرارت ناشي از تيوب پلاستيکي در حال انبساط فعال مي شود و بعد از تماس اين تيوب با بدنه محفظه قالب برچسب به جدار ظرف در حال شکل گيري مي چسبد.
اما برچسب هاي IML مورد استفاده در قالب گيري تزريقي (IM-IML) نيازي به ماده چسباننده ندارند چرا که پلاستيک مذاب شده با حرارت و فشار بالا به درون قالب تزريق مي شود و با فيلم پلاستيکي تشکيل دهنده برچسب جوش مي خورد. براي اينکه اين فرآيند به درستي صورت گيرد لازم است فيلم برچسب و مواد ظرف از يک نوع پلاستيک (غالبا پلي پروپيلن) ساخته شده باشند. برچسب هاي IM-IML در مقايسه با برچسب هاي EB-IML به طور معمول ضخامت کمتري دارند.

مزاياي فراوان
به گفته شلي کوپر مدير فروش شرکت Valeron Strength Films از آن جايي که در برچسب گذاري درون قالبي، برچسب جزئي از بدنه ظرف مي شود با دوام تر و داري ظاهري جذاب تر خواهد بود. برچسب هاي دورن قالبي اساسا با بدنه ظرف ممزوج شده و به جزئي جدانشدني از آن تبديل مي شود. جان گيبلين نايب رئيس بخش بازاريابي شرکت Granwell Products اضافه مي کند: يکپارچگي برچسب با بدنه ظرف موجب مي شود در صورت فشردن يا تغيير شکل بدنه ظرف برچسب از بدنه جدا نشود؛ مشکلي که در مورد برچسب هايي که با چسب به بدنه ظرف چسبانده مي شود وجود دارد.
علاوه بر دوام بالاتر و ظاهر بهتر با استفاده از روش برچسب گذاري درون قالبي مي توان هم زمان پنج وجه يک ظرف مکعبي شکل را برچسب گذاري کرد. اين امکان در مورد برچسب هاي فشاري، حرارتي يا برچسب هايي که با چسب چسبانده مي شود وجود ندارد. به گفته شولتز فيلم هاي IML در دو فرم مات و شفاف ارائه مي شود. توليدکنندگان محصولات مصرفي مي توانند با استفاده از فيلم هاي شفاف محصولاتي مثل شامپو را در بطري هايي عرضه کنند که برچسب تعبيه شده در بطري نمود چنداني ندارد. يکي از مزاياي بسيار پراهميت IML براي عرضه کنندگان محصولات مصرفي، امکان دسترسي به ظروف از پيش برچسب گذاري شده است. به اين ترتيب توليدکنندگان به مرحله برچسب گذاري در خط توليد نيازي ندارند. با توجه به اينکه اين مرحله شامل تجهيزات ويژه برچسب زني بعد از قالب گيري، نيروي انساني، فضاي لازم براي نصب و کارکرد تجهيزات و هزينه هاي مرتبط مي باشد، با حذف اين مرحله، هزينه توليد به شکل قابل توجهي كاهش مي يابد.

مزاياي برچسب گذاري درون قالبي را مي توان در موارد زير فهرست کرد:
• ادغام مراحل قالب گيري و نصب برچسب در يک مرحله واحد
• کيفيت چاپ بالا و چشم نواز
• امکان افزايش مساحت برچسب و ارائه توضيحات به چند زبان در موارد مورد نياز
• در صورت تغيير طرح چاپ برچسب و جايگزيني طرح جديد نيازي به توقف توليد نيست
• به صرفه شدن استفاده از برچسب هايي با مضمون نوشته کوتاه
• اتصال کامل و همه جانبه برچسب با بدنه ظرف
• کاهش ضخامت ديواره ظرف و در نتيجه کاهش مقدار و هزينه مواد خام مصرفي
• سهولت بازيافت

استفاده از IML با وجود مزاياي فراوان معايبي هم دارد که از جمله آنها کاهش ميزان تبادل گرما به علت وجود برچسب و افزايش مختصر زمان توليد به واسطه جاسازي برچسب درون محفظه قالب است. اشکال احتمالي ديگر تغيير شکل سطح پلاستيک قالب گيري شده به علت وجود برچسب است که مي تواند باعث شود فرآيند سرد شدن بدنه ظرف به شکل يکنواخت صورت نگيرد.
ظروف مجهز به برچسب درون قالبي، مزاياي بسياري نسبت به ظروف با برچسب معمولي دارند. اين مزايا را مي توان تحت عناوين زير برشمرد:
• هزينه کمتر نسبت به روش هاي ديگر برچسب گذاري و چاپ روي بدنه
• حذف مراحل برچسب زني (بعد از قالب گيري) و ماشين آلات مربوطه
• افزايش سرعت خط توليد
• کاهش ملزومات مرتبط با فهرست کالا در شرکت توليد کننده
• کاهش وزن ظرف
• ظاهر بهتر
• مقاومت بهتر در برابر محو شدن مشخصات برچسب
• استحکام بهتر جداره هاي ظرف
• مقاوم تر بودن ظرف نسبت به فشردگي يا تغيير شکل

فرآيند برچسب گذاري درون قالبي به روش تزريق
بهره گيري از برچسب گذاري درون قالبي در فن آوري قالب گيري تزريقي مزاياي فراواني براي توليد کننده، عرضه کننده و مصرف کننده نهايي به همراه دارد. با استفاده از اين روش مرحله ثانويه برچسب گذاري در فرآيند توليد حذف مي شود، علاوه بر اينکه برچسب درون قالبي جزئي دائمي از ظرف شده و امکان کنده شدن آن وجود ندارد.
در فرآيند برچسب گذاري درون قالبي به روش تزريق، فيلم برچسب که سطحي صاف دارد در ضمن فرآيند تزريق پلاستيک مذاب، جزئي از بدنه ظرف مي شود. در مواردي که به خاطر طراحي ويژه ظرف، برچسبي با انعطاف پذيري بالا مورد نياز است اغلب از برچسب هاي درون قالبي استفاده مي شود. اين برچسب هاي معمولا فيلمي از جنس پلي پروپيلن با ضخامت 50 تا 100 ميکرومتر است که محتواي برچسب روي فيلم چاپ شده است.
شکل زيرنشان دهنده مراحل برچسب گذاري درون قالبي به روش تزريق است. در اين فرآيند ابتدا برچسب در قالب باز جاسازي شده و توسط نازل هاي خلاء، خاصيت جذب الکترواستاتيکي يا وسايل ديگر در محل مورد نظر ثابت نگهداشته مي شود. سپس قالب بسته شده و رزين پلاستيکي گداخته شده، درون قالب تزريق مي شود تا شکل ظرف مورد نظر را پيدا کند. به محض اينکه دماي رزين پلاستيکي به سطح مناسب براي خروج از قالب برسد، آماده خروج از قالب مي شود. اين کار معمولا با استفاده از روبوت انجام مي شود.

شکل 1  مراحل برچسب گذاري درون قالبي به روش تزريق

ماشين آلات مورد نياز براي فرآيند برچسب گذاري درون قالبي بايد همان ويژگي هايي را داشته باشد که در قالب گيري با ديواره نازک (thin-walled molding) مورد نياز است. جدول زير مشخصات ماشين آلات مورد استفاده در قالب گيري تزريقي و خصوصيات قالب مورد نياز براي برچسب گذاري درون قالبي را نشان مي دهد. براي توليد ظرفي با 5 وجه برچسب گذاري شده (برچسب هاي درون قالبي) بايد از سيستم (inside gating) استفاده شود. به کمک اين سيستم امکان برچسب گذاري بي وقفه وجه هاي پلاستيک درون قالب فراهم مي شود.

 

جدول 1 مشخصات ضروري قالب و دستگاه قالب گيري براي فرآيند IML به روش تزريق
 

جدول 2 مقايسه دو روش گيتينگ (gating) دروني و بيروني

با اين که تکنيک هاي زيادي در رابطه با فن آوري IML ظهور کرده است، يکي از مهم ترين ملاحظات مرتبط با اين فن آوري چگونگي ثابت نگه داشتن برچسب در قالب به هنگام تزريق مواد است. در بسياري از موارد، استفاده از ابزارهاي توليد شارژ الکترواستاتيکي نسبت به استفاده از نازل هاي خلاء براي نگه داشتن برچسب در محل مورد نظر در محفظه قالب، به صرفه تر و قابل اعتمادتر است. بهره گيري از روش مذکور مزاياي مشخصي براي کمپاني قالب گيري، مشتريان آنها و مصرف کننده نهايي دارد. در ادامه کليات استفاده از دو روش مذکور مور بحث قرار مي گيرد.

ثابت نگه داشتن برچسب به کمک نازل هاي خلاء
اولين موضوع، چگونگي دخيل کردن کانال ها و نازل هاي خلاء در سيستم قالب گيري است. طراحي و توليد قالب هايي ويژه براي اين کار هزينه تجهيزات مورد استفاده را به شکل قابل توجهي افزايش مي دهد. به علاوه، برچسب هم بايد قوام و استحکام کافي داشته باشد تا داخل نازل خلاء، نشود؛ اين اتفاق مي تواند شکل سطح ظرف را تغيير دهد يا باعث برآمده شدن بخشي از آن که برچسب را در به داخل خود كشيده است شود. توجه به اين نکته نيز بسيار حايز اهميت است که سيستم روبوتيک، برچسب را گم نکند و برچسب حتما در محل مشخص شده قرار داده شود. در صورتي که برچسب در محل مشخص شده قالب قرار نگرفته باشد و مواد پلاستيکي داخل قالب تزريق شود مشکلات زيادي را ايجاد خواهد کرد و بايد زمان و هزينه زيادي براي خارج کردن ظرف قالب گيري شده از درون محفظه قالب و تميز کردن کانال ها و نازل هاي خلاء صرف شود. اگر برچسب طي فرآيند قالب گيري شکسته شود يا اينکه از محل خود جابه جا شود، ممکن است پلاستيک مذاب به داخل نازل هاي خلاء کشيده شده و باعث ايجاد وقفه در فرآيند قالب گيري شود. به منظور جلوگيري از اين موضوع بايد ابزاري براي مشخص کردن وضعيت سيستم خلاء و توقف تزريق پليمر در صورت بروز اشکال در نظر گرفته شود. مشکل ديگر اين روش نگه داشتن برچسب اين است که کانال هاي خلاء در قالب هاي دوگانه ممکن است موجب برهم خوردن يکنواختي دماي پلاستيک قالب گيري شده شود. برچسب را ميتوان به کمک کانال هاي خلاء توليد شده با فلز تخت شده (sintered metal) در محل مناسب خود ثابت نگه داشت (شکل زير).

شکل 2 - ثابت نگه داشتن برچسب در محل مشخص شده بر سطح محفظه قالب با استفاده از سيستم خلاء

 مراحل انجام کار به اين قرار است: يک روبوت برچسب را از مخزن برچسب ها(label magazine)  جدا مي کند و آن را در محل مورد نظر در محفظه قالب قرار مي دهد، سپس سيستم خلاء روشن شده و شروع به کار مي کند و درنهايت پلاستيک مذاب به درون محفظه قالب تزريق مي شود. استفاده از روش خلاء هنگامي بيشترين سودمندي را دارد که شکل قالب، استفاده از برچسب هايي را که از پيش شکل داده شده اند، طلب کند يا اينکه نياز به استفاده از برچسب هاي ضخيم باشد. به همين ترتيب هنگامي که نياز به استفاده از برچسب يا قالبي باشد که سطح ناصاف و طرح دار دارد، استفاده از سيستم خلاء گزينه مناسبي است. استفاده از برچسب هاي نسبتا نازکي که حاوي افزودني هاي ضد الکتريسيته ساکن باشد فرآيند استفاده از سيستم خلاء در IML را ساده تر مي کند و از به هم چسبيدن برچسب ها در اثر الکتريسيته ساکن جلوگيري مي كند.

ثابت نگه داشتن برچسب به کمک الکتريسيته ساکن
استفاده از الکتريسيته ساکن براي ثابت نگه داشتن برچسب طي فرآيند قالب گيري تزريقي، نياز به استفاده از نازل هاي خلاء که هزينه بيشتري را براي توليد و نگهداري قالب ايجاد مي كند، رفع مي كند. در برچسب گذاري درون قالبي با قالب مجهز به کانال هاي خلاء، وجود الکتريسيته ساکن در برچسب ها يک عامل ناخواسته است. در تکنيک چسباندن برچسب به قالب با استفاده از خاصيت جذب الکترواستاتيکي، کنترل بار الکترواستاتيکي براي کار با برچسب و ثابت نگه داشتن آن طي فرآيند تزريق پلاستيک امري ضروري است.
الکتريسيته ساکن به معناي عدم تعادل بار الکتريکي در يک ماده است به اين معني که اندازه يکي از بارهاي الکتريکي منفي يا مثبت در آن از ديگري بيشتر شود. سطحي که بار الکتريکي منفي دارد الکترون هاي بيشتري نسبت به حالت عادي دارد و به همين ترتيب تعداد الکترون هاي سطحي که بار مثبت دارد، کمتر از سطح بدون بار است. سطح باردار ميدان الکترواستاتيکي ايجاد مي كند؛ خطوط ميدان از تمام نقاط سطح به شکل عمودي خارج مي شود. الکتريسيته ساکن در طول خود سطح باردار يا جرياني ندارد يا اين که بسيار آهسته جابه جا مي شود، اين موضوع به معناي افزايش بار الکتريکي يا انباشته شدن آن در برخي از نقاط سطح ضمن کار با آن است. شدت ميدان الکتريکي بر حسب نيرويي که يک ذره باردار فرضي در صورت قرار گرفتن در ميدان تحمل مي كند، تعريف مي شود. شدت ميدان الکتريکي که با حرف E نشان داده مي شود، در هر نقطه از يک سيستم الکترواستاتيکي برابر است با نيرويي که بر ذره داراي يک واحد بار الکتريکي مثبت در آن نقطه وارد مي شود. به اين ترتيب چنان چه بار نقطه اي q در نقطه اي از ميداني قرار گيرد که شدت ميدان در آن نقطه برابر E باشد، نيرويي برابر F=qE به بار نقطه اي وارد مي شود.

يکاي شدت ميدان برابر است با: 1 Newton/C=1 Nm/As= 1 V/m. در عمل معمولا به جاي ولت بر متر از کيلوولت بر متر kV/m استفاده مي شود. در هر نقطه از يک ميدان جهت خطوط ميدان بر حسب جهت بردار مماس بر خط ميدان در آن نقطه تعريف مي شود و تراکم خطوط ميدان در يک محل نشان دهنده شدت ميدان در آنجا است.
در فرآيند الکترواستاتيکي (IML با استفاده از نگهدارنده هاي الکترواستاتيکي) ابتدا روبوتي با استفاده از مكش (suction) برچسب را از صفحه برچسب ها جدا مي كند. بار الکتريکي زيادي در برچسب ذخيره مي شود و برچسب به کمک بازوي روبوتيک (EOAT=End-of-arm tool) به سطح محفظه قالب نزديک مي شود. سپس بازوي روبوتيک برچسب را در محل در نظر گرفته شده قرار مي دهد، ساکشن خلاء برچسب را رها مي كند و برچسب در محل مورد نظر، به سطح محفظه قالب ميچسبد. در اين مرحله ديگر نيازي به سيستم خلاء محفظه قالب يا وجود ماده چسبنده بر سطح برچسب نيست (شکل مقابل).

وقتي برچسبي که از مواد و طراحي مناسب برخوردار است باردار شود، به واسطه خاصيت جذب الکترواستاتيکي به سطح فلزي قالب که نقش زمين را بازي مي كند مي چسبد. برچسب مي تواند تا چند دقيقه با ميزان چسبندگي عالي به سطح محفظه قالب بچسبد. يکي از موارد احتياط به هنگام شارژ برچسب، عدم استفاده از جوهر يا پوشش ضداستاتيکي در ساخت برچسب است. برچسب هاي مورد استفاده در اين روش عموما بايد خاصيت بالاي دي الکتريک داشته و کاملا نارسانا باشند.
براي استفاده از جذب با خاصيت الکترواستاتيکي و بهره گيري از همه مزاياي اين روش وجود اجزاي زير ضروري اسـت:
• روبوتي با بازو و سيستم انتهاي بازوي روبوتيک (EOAT)
• مخزن برچسب (label magazine)
• منبع تغذيه ولتاژ بالاي DC با ظرفيت خروجي قابل تنظيم براي بارگذاري
• اعمال كننده اي شارژر
• برچسب هاي ساخته شده با مواد وطراحي مناسب جهت پذيرش و نگهداري بار الکتريکي

روش متداول، اعمال كننده شارژر در انتهاي بازوي روبوتيک
اين روش قابل اطمينان بوده و کارايي بالايي دارد اما براي طراحان و توليد کنندگان بازوي روبوتيک قدري چالش انگيز است. در اين روش اعمال كننده شارژر، در داخل ادوات انتهاي بازوي روبوتيک طراحي مي شود و در واقع بخشي از اين تجهيزات است. اين اعمال كننده مي تواند يک ميله مستقيم بارگذاري با تعدادي پين براي انتشار ميدان الکترواستاتيکي باشد يا اينکه ممکن است از يک سري ساطع کننده مجزا تشکيل شود. تعداد و نوع اعمال كننده هايي که مورد نياز است، بستگي به اندازه و شکل برچسب و همين طور شکل هندسي محل جاسازي برچسب در محفظه قالب دارد. وقتي که برچسب به وسيله دريچه هاي مکنده نصب شده در انتهاي بازوي روبوتيک نگه داشته مي شود، اعمال كنندههاي شارژر درست پشت برچسب واقع مي شود (تصوير 3). ميله هاي ساطع کننده ميدان الکترواستاتيکي در فاصله 1 اينچي و رو به پشت برچسب قرار ميگيرند. وقتي که روبوت برچسب را در محل مورد نظر از سطح قالب قرار مي دهد، منبع تغذيه اعمال كننده به مدت تقريبي 2 الي 4 ثانيه روشن مي شود. به اين ترتيب برچسب بار الکترواستاتيکي پيدا مي كند و به واسطه خاصيت جذب الکترواستاتيکي بلافاصله به سطح فلزي قالب که نقش زمين الکتريکي را ايفا مي كند مي چسبد. دستگاه خلاء خاموش مي شود و روبوت ابزار بازوي روبوتيک را براي انجام چرخه بعدي از قالب بيرون مي آورد.

شکل 3 - روش متداول، اعمال كننده شارژر در انتهاي بازوي روبوتيک

در طراحي بازوي روبوتيکي که اعمال كننده شارژر را درون خود جاي مي دهد بايد چند نکته را مد نظر قرار داد. چون بخش ساطع کننده اعمال كننده بايد 1 اينچ از برچسب فاصل داشته باشد، حتما لازم است هر جزء فلزي بازوي روبوتيک به زمين (الکتريکي) متصل شود و لااقل 5/1 اينچ از بخش ساطع کننده فاصله داشته باشد. هر جزء فلزي که فاصله اي کمتر از 5/1 اينچ تا ساطع کننده داشته باشد بخشي از ميدان الکترواستاتيکي توليد شده توسط اعمال كننده را به خود جذب مي كند و موجب مي شود برچسب الکتريسيته ساکن کمتري پيدا کند. اگر در طراحي بازوي روبوتيک تعدادي ساطع کننده مجزا در نظر گرفته شود که در همان صفحه جاگذاري ساکشن هاي خلاء قرار بگيرد حتما بايد دقت شود که صفحه از مواد نارسانايي مانند پلي اتيلن، تفلون، PVC، UHMW يا آکريليک ساخته شود. هر جزء بازوي روبوتيک که در مجاورت اعمال كننده قرار دارد، در صورت عدم از دست دادن استحکام و يکپارچگي بهتر است از مواد نارسانا ساخته شود. هر جزء فلزي يا رسانا هم بايد به زمين (الکتريکي) متصل شود.
براي انتخاب نوع اعمال كننده شارژر دو انتخاب وجود دارد: جريان محدود و جريان نامحدود. اعمال كننده هاي جريان محدود در فرم يک ميله استاتيکي مستقيم يا مجموعه اي از ساطع کننده هاي مجزا عرضه مي شود و دربردارنده يک مقاومت است که با منبع تغذيه ولتاژ بالا سري شده است. مزيت استفاده از اين نوع اعمال كننده، عدم بروز قوس الکتريکي شديد در صورت نزديکي با فلز و کم خطر بودن آن در صورت تماس اتفاقي با بدن انسان است. در صورتي که اعمال كننده جريان نامحدود، به مواد فلزي مثل محفظه قالب خيلي نزديکي شود، يا اينکه ولتاژ شارژ خيلي بالايي داشته باشد، جرقه مي زند. حفره هاي ايجاد شده در اثر قوس الکتريکي درنهايت موجب خوردگي سطح قالب و عدم کارايي آن مي شود. بعضي از منبع تغذيه هاي پيشرفته تر مجهز به مدار تشخيص دهنده قوس الکتريکي است. در صورتي که شرايط شکل گيري قوس الکتريکي وجود داشته باشد، اين مدار براي حفاظت خود در برابر اضافه بار، ولتاژ خروجي منبع تغذيه را قطع و يا محدود مي كند. با استفاده از اعمال كننده جريان محدود، منبع تغذيه دچار اضافه بار نمي شود و در عين حال به بهترين وجه قادر به شارژ بي وقفه برچسب ها با بار الکترواستاتيکي است.
کابل رابط ميان منبع تغذيه و اعمال كننده شارژر جريان الکتريکي، ولتاژ بالايي را منتقل مي كند؛ به همين علت لازم است طول کافي داشته باشد تا در طول بازوي روبوت و در حين حرکات انجام شده دچار کشيدگي يا تنش فيزيکي احتمالي نشود. کابل مذکور بايد هر هفته مورد بازبيني قرار گيرد و در صورت مشاهده شکستگي، سائيدگي يا ضعف تعويض شود.

روش ساده نصب با فاصله اعمال كننده شارژر
نصب با فاصله اعمال كننده شارژر، روش ساده اي براي باردار کردن برچسب است. استفاده از اين روش تنها به اعمال تغييرات جزئي در بازوي روبوتيک نياز دارد، راه اندازي آن ساده است و به کمک آن مي توان با استفاده از يک اعمال كننده شارژر، برچسب هايي با اندازه و شکل هاي گوناگون را به نحو مطلوب بارگذاري کرد.
دستگاه اعمال كننده روي ادوات بين پرس قالب گيري و صفحه برچسب ها نصب مي شود. ادوات انتهاي بازوي روبوتيک شامل يک صفحه فلزي رسانا است. اين صفحه رسانا بايد لااقل به اندازه برچسب باشد و با فاصله 35/6 تا 7/12ميلي متر، مستقيما پشت برچسب قرار داشته باشد. قطر دريچه هاي ساکشن خلاء بايد به اندازه اي باشد که قدرت مکندگي کافي داشته و از لغزيدن و جذب برچسب به صفحه رسانا که نقش زمين را بازي مي كند، جلوگيري نمايد. همه اجزاء رساناي تجهيزات نصب شده در انتهاي بازوي روبوتيک بايد به زمين متصل باشد (زمين الکتريکي) و فاقد لبه يا کنج تيز باشد. بايد دقت شود تا فاصله يک اينچي برچسب، هيچ لبه يا کنج تيزي وجود نداشته باشد.
در فرآيند مذکور ابتدا روبوت برچسب را از صفحه برچسب ها جدا مي كند، جهت آن را مشخص مي نمايد و آن را در محل بارگذاري قرار مي دهد. سطح فلزي پشت برچسب که نقش زمين الکتريکي را دارد، انرژي ميدان الکتريکي توليد شده توسط ميله دستگاه اعمال كننده را جذب مي كند و موچب باردار شدن برچسب مي شود. سپس روبوت برچسب را در محل مورد نظر از سطح محفظه قالب قرار مي دهد و دريچه هاي ساکشن خلاء برچسب را رها مي كند؛ برچسب سر جاي خود ثابت باقي مي ماند. برچسب باردار شده مي تواند، موجب باردار شدن سطح دريچه ها شود و ايجاد جذب الکترواستاتيکي شود. در اين صورت ممکن است برچسب به راحتي از دريچه ها جدا نشود يا اينکه هنگام جدا شدن از جهت مشخص شده، اندکي انحراف پيدا کند. براي رفع اين مشکل، مي توان از ميله خنثي کننده بار الکترواستاتيکي استفاده کرد. هر بار که روبوت براي برداشتن برچسب جديد به صفحه برچسب ها رجوع مي كند با استفاده از اين ميله دريچه هاي ساکشن از هرگونه بار الکتريکي احتمالي تخليه مي شود. دريچه هاي کوچک تر به علت سطح کوچکتر کمتر باردار مي شود و به اين ترتيب با استفاده از دريچه هاي کوچکتر مشکل فوق الذکر کمتر مي شود.

براي اينکه انتقال برچسب از تجهيزات نصب شده در بازوي روبوتيک به محفظه قالب راحت تر و بدون بروز مشکلات فيزيکي صورت گيرد، از يک قطعه فوم الکترواستاتيک استفاده مي شود. اين قطعه فوم به صفحه فلزي انتهاي بازروي روبوتيک که پشت برچسب قرار دارد، چسانده شده است. اين قطعه فوم بايد ضخامتي در حدود 3/8 اينچ داشته و مقاوت سطحي وحجمي آن در حدود 10^9 تا 10^10 اهم باشد. سطح اکثر مواد ضد استاتيکي توليد شده دندانه دار و ناهموار است و براي صاف و يکدست شدن بايد سمباده زده شود. سمباده زدن سطح فوم ضد استاتيک ميزان باردار شدن برچسب را نيز افزايش مي دهد.
دريچه هاي ساکشن خلاء توسط فوم ضد استاتيکي احاطه شده است و بايد سطح آنها با سطح فوم تراز شده باشد. تصوير زير نحوه عملکرد اين روش را نشان مي دهد. از آن جايي که لايه فوم در مقايسه با سطح فلزي محفظه قالب مقاومت الکتريکي بالايي دارد، برچسب تمايل به جذب به سطح محفظه قالب دارد. به اين ترتيب به محض اينکه پمپ خلاء خاموش شود و مکندگي دريچه هاي ساکشن متوقف شود، برچسب از روي فوم به سطح محفظه قالب منتقل مي شود. تصاوير شماره (4) و (5) چگونگي انجام اين مرحله را براي جاسازي برچسب هاي 360 درجه اي در ظروف مدور نشان مي دهد. براي درک بهتر مراحل تصاوير بعدي را نيز ببينيد.

شکل 5-  نماي ساده شده از نگه داشتن برچسب با استفاده از خاصيت الکترواستاتيکي (ظروف با ديواره هاي مسطح)

شکل 6 - نماي ساده شده از نگه داشتن برچسب با استفاده از خاصيت الکترواستاتيکي (ظروف مدور)

 

تصوير 7-الف   محور مجهز به دريچه هاي ساکشن خلاء، دريچه هاي ساکشن در داخل فوم الکترواستاتيکي قرار گرفته اند
ماندرل با چرخش خود برچسب را از صفحه برچسب ها جدا مي كند و در همان حال اعمال كننده شارژر
ولتاژ بالا برچسب را باردار مي كند.

تصوير 7- ب -  محور با برچسب باردار شده وارد محفظه قالب مي شود

تصوير 7-ج-  سيستم خلاء محور خاموش شده و دريچه ها آزاد مي شود، برچسب به سطح محفظه قالب مي چسبد
و محور براي انجام چرخه بعدي از قالب بيرون مي آيد

تصوير 7- د -  قالب در حالي که برچسب در محل مشخص شده قرار گرفته است بسته مي شود

ويژگيهاي اساسي برچسب
يکي از مشکلات استفاده از برچسب هاي کاغذي معمولي، ضايعات کاغذي در هنگام بازيافت است که بازيافتش در مقايسه با فيلم هاي پلاستيکي بسيار مشکل تر است. علاوه بر اين در پروسه برچسب زدن با ليبل هايي که خود، ماده چسباننده دارند، بعد از چسبيدن ليبل به جداره ظرف بخش بزرگي از سطح آن آزاد باقي مي ماند و تماس کاملي با سطح ظرف ندارد. اما برچسب هاي پلاستيکي IML به خاطر اينکه جنس آنها با مواد تشکيل دهنده ظرف يکسان است (عمدتا PP و PE) سازگاري بسيار زيادي با مواد تشکيل دهنده ظرف دارند. اين موضوع بازيافت يک جاي ظرف و برچسب را امکان پذير مي نمايد. علاوه بر اين ضايعات توليد شده در مرحله چاپ برچسب را نيز مي توان به راحتي بازيافت نمود.
چنان چه براي ثابت نگهداشتن برچسب در سرجاي خود از روش بار الکتريکي ساکن استفاده شود، مشخصات فيزيکي و الکتريکي برچسب اهميتي حياتي پيدا مي كند. به اين منظور بايد سطحي از برچسب که قرار است با محفظه قالب تماس داشته باشد کاملا عايق باشد تا بتواند الکتريسيته ساکن در خود جمع کرده و نگه دارد. در حالت ايده آل مقاومت اين سطح از برچسب بايد معادل 1012 اهم بر متر مربع يا بيشتر از اين مقدار باشد. هرچقدر که مقاومت الکتريکي برچسب بالاتر باشد، بهتر مي تواند پذيراي بار الکتريسيته ساکن باشد و به هنگام تماس با محفظه فلزي قالب بار خود را از دست ندهد. بايد توجه داشت که اگر بار الکتريکي برچسب در هنگام تماس با قالب از بين برود، برچسب خاصيت چسبندگي خود را از دست مي دهد و از محل در نظر گرفته شده به پايين مي لغزد. ميزان مقاومت برچسب را مي توان با استفاده از يک مقاومت سنج سطحي که در بازار موجود است، اندازه گرفت.

چنان چه در ساخت برچسب از جوهر يا روکش رسانا و يا ورق هاي فويلي استفاده شود، بايد در سطحي پشتي برچسب که با قالب تماس ندارد مورد استفاده قرار گيرد. در چنين حالتي بهترين راه شارژ کردن برچسب با بار الکتريکي استفاده از دستگاه شارژ الکتريکي است. اين دستگاه بايد در جهت مخالف نازل هاي خلاء نصب شده بر انتهاي بازوي روبوتيک (EOAT)، بيرون از سطح رسانا و چاپ برچسب مورد استفاده قرار گيرد (تصوير روبرو). اگر دستگاه شارژر بالاي بازوي روبوتيک EOAT قرار داده شود، ميدان الکتريکي ولتاژ بالا نمي تواند از سطح رساناي برچسب عبور کند و سطحي که بايد به محفظه قالب بچسبد به اندازه کافي شارژ نمي شود. نزديک شدن لايه رسانا يا ورقه فويل باردار به سطح فلزي قالب ممکن است منجر به ايجاد قوس الکتريکي و تخليه بار سطح باردار شود. اين قوس الکتريکي به ويژه در صورتي که کابل رابط يا حس گرهاي بدون محافظ نزديک آن باشد، مي تواند باعث بروز اشکال در تراشه ابزارهاي کنترلي شود. اين قوس هاي الکتريکي در صورت تداوم در يک بازه زماني طولاني مي تواند باعث ايجاد حفره بر سطح محفظه قالب هم بشود.

خصوصيات فيزيکي مثل ضخامت، انحنا و بافت سطح برچسب هم در ميزان چسبندگي از طريق الکتريسينه ساکن تأثير گذار هستند. مثلا برچسب ضخيمي که به علت عدم تقارن در لايه هاي تشکيل دهنده اندکي انحنا دارد، ممکن است در صورت اتصال با سطح صاف قالب به ويژه چنان چه نيروي التكرواستاتيکي نتواند بر انحناي سطح برچسب غلبه کند، شل شود و ليز بخورد. به طور مشابه براي اتصال با سطحي از قالب که شکل مشخصي دارد ممکن است نياز به برچسبي باشد که سطح آن از قبل به منظور انطباق با سطح قالب شکل مناسبي به خود گرفته باشد. طرح دار بودن سطح برچسب يا سطح قالب به علت اين که مي تواند مانع از تماس کامل سطح برچسب و قالب شود ممکن است باعث ضعيف شدن خاصيت چسبندگي برچسب با سطح قالب شود. براي دستيابي به حداکثر ميزان چسبندگي بايد از برچسبي عايق با ضخامت نسبتا کم و سطحي صاف بر روي سطح صاف و بدون طرح محفظه قالب استفاده شود. با اين وجود عوامل ديگري هم چون دماي قالب، ميزان سازگاري پليمر تزريقي با مواد برچسب و محل گيت جريان مواد به هنگام تزريق هم در ميزان چسبندگي مؤثر است.

برتري برچسب هاي ترکيبي نسبت به کاغذي
در ابتداي بهره گيري از IML از برچسب هاي کاغذاي استفاده مي شد. با وجود خلاقانه و کارآمد بودن اين فن آوري ناسازگاري نسبي کاغذ و پلاستيک منجر به بروز برخي مشکلات مي شد. برچسب هاي کاغذي مورد استفاده در نمونه هاي اوليه ظروف برچسب گذاري شده به روش IML به دليل تفاوت خواص انقباضي پلاستيک و کاغذ به لحاظ کيفيتي دچار مشکل مي شدند (ناخوانا شدن برچسب، برآمده شدن سطح برچسب و حباب دار شدن اطراف برچسب). ضايعات توليد در تهيه ظروف به اين روش خود باعث ايجاد هزينه اضافي مي شد چرا که براي بازيافت کاغذ استفاده شده در برچسب بايد آن را از ظرف جدا مي کردند. خواص انقباضي برچسب هاي ترکيبي انطباق بيشتري با مواد تشکيل دهنده ظرف دارد و به اين ترتيب برخي از معضلات کيفيتي ذکر شده رفع مي شود. علاوه بر اين مواد ترکيبي برچسب را مي توان با مواد تشکيل دهنده ظرف يکجا بازيافت کرد و نيازي به خارج کردن برچسب از داخل ظرف نمي باشد. برچسب هاي ترکيبي ازهمان مواد تشکيل دهنده ظرف مثل پلي پروپيلن PP يا پلي اتيلن پرچگال بالا HDPE تشکيل شده اند و به اين ترتيب صد در صد امکان بازيافت دارند. در واقع يکي از محرک هاي اصلي استفاده از برچسب هاي ترکيبي در فن آوري IML مسائل مربوط با بازيافت بوده است. موضوع بازيافت فقط در مرحله پس از مصرف محصول مطرح نيست؛ ظروف معيوب توليد شده در مرحله قالب گيري بادي هم بايد بازيافت شود.

برچسب هاي ترکيبي طي 30 الي 40 سالي که از آغاز پيدايش آنها مي گذرد، تغييرات زيادي کرده و بسيار متنوع شده اند. استفاده از اين برچسب ها در فرآيند IML مزاياي زيادي نسبت به استفاده از برچسب هاي کاغذي دارد؛ دوام بالاتر و آسيب پذيري کمتر در برابر رطوبت، مقاومت عالي نسبت به فرسودگي و از هم گسيختگي، امکان بازيافت با مواد تشکيل دهنده ظرف و از همه مهم تر قابليت انطباق آن با شکل بدنه ظرف در صورت فشرده شدن يا تغيير شکل ظرف (که ميتواند ناشي از شرايط نگهداري يا فشارهاي وارده در طول حمل ونقل باشد) است. اين برچسب ها بعد از جاسازي درون بدنه ظرف، در مقايسه با برچسب هاي کاغذي اشکالات بسيار کمتري بروز مي دهند. مزيت مهم فيلم هاي ترکيبي، شباهت بالاي مواد تشکيل دهنده آنها با مواد تشکيل دهنده ظرف است که علت سازگاري بيشتر اين فيلم ها با بدنه ظرف است.

به همان اندازه اي که از انواع رزين در توليد لايه تشکيل دهنده برچسب هاي ترکيبي  IML استفاده مي شود، بسياري از اين لايه ها از مواد پلي الفيني (polyolefins) مثل HDPE، PP يا هيبريدهاي اختصاصي طراحي شده براي IML ساخته مي شود. هرکدام از اين لايه ها مزاياي خاص خود را دارد اما در اين خصوص استفاده از لايه خاصي فراگير نيست. براي ساخت لايه برچسب مورد استفاده در قالب گيري بادي عمدتا از HDPE، PP يا کوپليمرهاي ديگر استفاده مي شود که نسبت به حرارت بسيار حساس هستند. اما ماده اصلي در ساخت برچسب هاي مورد استفاده در قالب گيري تزريقي پلي پروپيلن OPP است. OPP نسبت به حرارت مقاوم تر است و ويژگي هاي بهتري از خود نشان مي دهد. به عنوان مثال برچسب ترکيبي Arjobex Polyart که ماده پايه تشکيل دهنده آن HDPE است به شکلي توليد مي شود که ضرايب کششي و انقباضي مناسبي براي استفاده در فرآيند IML داشته باشد. نحوه توليد اين برچسب به گونه اي است که در صورت انقباض يا تغيير شکل بدنه ظرف، انطباق بهتري با آن دارد.

آينده روشن
هم اکنون تقاضاي بالايي براي برچسب هاي ترکيبي در بازار IML وجود دارد و اين تقاضا رو به افزايش است. گذر از برچسب هاي کاغذي به فيلم هاي ترکيبي چندين سال است که آغاز شده و پيش بيني مي شود در آينده نيز ادامه يابد. فيلم هاي ترکيبي معادل 80 درصد (ارزش دلاري) بازار IML را به خود اختصاص داده اند و انتظار مي رود استفاده از راه کار قالب گيري تزريقي طي چند سال آينده بيشترين رشد اين بازار در ايالات متحده را به خود اختصاص دهد. فن آوري IML بخشي از رشد خود را مرهون مباحث زيبايي شناختي است؛ عرضه کنندگان کالا براي اطمينان از رساندن پيام خود به مصرف کننده، نيازمند برچسب هاي زيباتر و تأثيرگذار تر هستند؛ تا زماني که اين تقاضا وجود داشته باشد بازار IML همچنان به رشد خود ادامه خواهد داد.

lمطلب به نقل از www.persianpack.ir