Método en seis etapas
para el desarrollo de envases amortiguados
Producto + Envase = Entorno
El envasado de alto rendimiento es más que una ocurrencia tardía. Por el contrario, es un sistema de protección diseñado para garantizar que sus productos lleguen sin daños y listos para funcionar. Entonces, ¿cuánta ingeniería se aplica al embalaje de sus productos? Considere esta sencilla fórmula:
Paso 1 - Definir el entorno
Un paso esencial para diseñar un sistema de embalaje amortiguado es determinar la gravedad del entorno en el que se enviará. La idea general es evaluar el método de distribución para determinar los peligros que están presentes y los niveles en los que están presentes.
Estos pueden incluir elementos tales como caídas accidentales durante la manipulación, vibración del vehículo, entradas de choque, temperaturas extremas, niveles de humedad y cargas de compresión.
El sistema de embalaje con protección es un sistema de protección que se utiliza para proteger el producto contra los golpes y las vibraciones.
Este texto se centrará en las áreas de choque y vibración, pero es importante que otras áreas también reciban la consideración adecuada durante el proceso de diseño del envase. Sería agradable seguir cada envase a través del entorno de distribución y observar lo que realmente le sucede. Sin embargo, normalmente debemos aceptar otro enfoque. Lo más parecido a estar allí es utilizar algún tipo de dispositivo de grabación para controlar el paquete y/o el vehículo durante el envío. Si lo hacemos suficientes veces, empezaremos a obtener algún tipo de información estadísticamente válida que puede utilizarse para describir ese canal de distribución concreto. Obviamente, los acontecimientos cambiarán de un viaje a otro, pero en general tenemos una idea de qué esperar.
Este es el mejor enfoque para obtener información sobre un canal de distribución específico. Sin embargo, probablemente el enfoque más utilizado consiste en estudiar los datos publicados disponibles. La dificultad en este caso es que los datos suelen estar obsoletos y no se registraron originalmente en el entorno a través del cual usted enviará realmente su paquete. En general, sin embargo, pueden proporcionar las directrices y reglas generales necesarias para el proceso de diseño del envase.
Nunca se insistirá lo suficiente en la importancia de esta información medioambiental. Esta información acabará formando parte de los requisitos de diseño del envase y, si no se describe correctamente, puede parecer que el envase falla en la distribución aunque se hayan cumplido los objetivos de diseño. Además, puede producirse un sobreenvasado si los insumos reales son inferiores a los elegidos para el objetivo de diseño.
La importancia de esta información medioambiental no puede dejar de recalcarse.
Paso 2 - Definir la fragilidad del producto
Así como el peso del producto puede medirse con una báscula, la fragilidad del producto puede medirse con entradas dinámicas. Se utiliza una máquina de impactos para generar una curva límite de daños y un sistema de vibración para trazar las frecuencias naturales de un producto.
Definir la fragilidad del producto.
Shock - Límite de daños
La teoría de los límites de daños es un protocolo de pruebas que determina, en un sentido ingenieril, qué impactos causarán daños a un producto y cuáles no. Hay dos partes de un choque que pueden causar daños: el nivel de aceleración y el cambio de velocidad. El cambio de velocidad, o el área bajo el historial temporal de aceleración del choque, puede considerarse como la energía contenida en un choque. Cuanto mayor sea el cambio de velocidad, mayor será el contenido energético. Existe un cambio de velocidad mínimo que debe alcanzarse antes de que se produzcan daños en el producto.
Este nivel se denomina cambio de velocidad crítico. Por debajo del cambio de velocidad crítico, no se producen daños independientemente del nivel de aceleración de entrada. En esencia, no hay suficiente energía en esta región del límite de daños para causar daño al producto. Sin embargo, superar el cambio de velocidad crítico no implica necesariamente que se produzcan daños. Si el cambio de velocidad se produce de forma que administre dosis aceptables de aceleración al producto, el cambio de velocidad puede ser muy grande sin causar daños. Sin embargo, si se superan tanto la velocidad crítica como la aceleración crítica, se producen daños.
Paso 3 - Comentarios sobre la mejora del producto
Este es el momento de empezar a pensar en el producto y en el envase como un sistema producto/envase.
Este es el momento de empezar a pensar en el producto y el envase como un sistema producto/envase.
En función de los resultados de las pruebas de fragilidad, puede ser conveniente reforzar o hacer más resistente el producto en lugar de enviar cada uno dentro de un costoso envase. Deben identificarse y clasificarse los compromisos entre el coste del producto, la fiabilidad del producto y los costes de envasado para determinar su eficacia. A menudo es posible aumentar el nivel de fragilidad de un producto con pequeñas modificaciones o cambios de diseño. Esto puede añadir un ligero coste a cada producto, pero si los requisitos de embalaje disminuyen significativamente, el precio total del sistema se reduce.
La capacidad de conseguir que se apliquen modificaciones en los productos puede variar mucho en función del ambiente dentro de cada empresa y de la posición de la persona que intenta conseguirlo. Para algunas empresas, este tipo de comentarios a los diseñadores de productos es un paso formal utilizado en el desarrollo de todos los productos nuevos. Esto permite que el producto sea más fiable, de mejor calidad, y también mantiene los costes de envasado al mínimo.
Cuidado con el embalaje.
En otras situaciones, especialmente cuando el envase lo desarrolla un proveedor externo, puede resultar casi imposible convencer a una empresa de que realizar cambios en el producto redunda en su propio beneficio. No obstante, sigue siendo importante presentar estas ideas y asumir el papel de educador cuando sea necesario. Si es posible, intente identificar las compensaciones entre los cambios menores en el producto, los costes de fiabilidad y reparación y los gastos de embalaje.
Cambios en el producto.
Paso 4 - Evaluación del rendimiento del material del cojín
Los datos de rendimiento del material deberían estar generalmente disponibles a través del fabricante del material. En algunos casos, sin embargo, puede ser necesario generar este tipo de datos. Esto implica examinar tanto las características de absorción de impactos como de transmisión de vibraciones de los materiales.
Datos de rendimiento de los materiales
Debe tenerse en cuenta que los datos generados por estos métodos son aplicables únicamente al material del cojín, y no tienen por qué ser necesariamente los mismos que la respuesta obtenida en un paquete completo. Además, el área de la muestra, el grosor, la velocidad de carga y otros factores afectarán al rendimiento real del material en cualquier situación dada. Lo que esto significa es que los datos pueden ser utilizados para proporcionar una mejor estimación científica para el diseño inicial del envase, pero todavía puede ser necesario algún ajuste fino.
Rendimiento de los amortiguadores de choque
Una curva de amortiguación describe el material en términos de la desaceleración transmitida a un objeto que cae sobre ese material con diferentes cargas estáticas. Se genera una curva de amortiguación para cada combinación de tipo de material, espesor del material y altura de caída.
El procedimiento de ensayo consiste básicamente en dejar caer una platina de peso especificado desde una altura de caída conocida sobre un cojín de superficie de apoyo y espesor predeterminados. La deceleración experimentada por la platina en el momento del impacto se controla y registra mediante un acelerómetro. Se realizan cinco caídas desde una altura determinada sobre una muestra con una carga de tensión estática determinada.
La media de las lecturas de deceleración de las cuatro últimas caídas es el valor utilizado para trazar cada punto de la curva de amortiguación. Añadiendo pesos a la platina, se puede modificar la tensión estática sobre el material del cojín. Mediante una serie de ensayos con distintas cargas estáticas, se generan datos que se presentan en forma de curvas de amortiguación (véase la figura 10). Para trazar cada curva se ensayan un mínimo de cinco cargas estáticas, utilizando una nueva muestra en cada carga
.
Paso 5 - Desarrollo de paquetes amortiguados
El diseñador del envase dispone ahora de toda la información necesaria para proteger adecuadamente el producto durante su distribución. En el paso 1 se definieron los tipos de entradas que recibirá el envase durante el envío.
El paso 2 determinó la robustez del producto y, por tanto, su capacidad para resistir las influencias ambientales. El paso 3 evaluó la robustez para permitir el rediseño del producto. El paso 4 definió las características de rendimiento de los materiales de envasado. Ahora es el momento de combinar esta información en un diseño de envase.
Impacto - Diseño del envase
En primer lugar, reúna las curvas de amortiguación para los materiales de amortiguación seleccionados. Es importante comprobar que la altura de caída a la que se generaron las curvas del cojín es la misma que la altura de caída de diseño seleccionada en el paso 1. A continuación, localice el nivel crítico de aceleración determinado en el paso 2 en cada una de las curvas de los cojines. Trace una línea horizontal a través de las parcelas que pase por este punto. Cualquier porción de la curva que caiga por debajo de la línea de aceleración crítica indica el rango de carga estática en el que el material debe transmitir menos que la aceleración crítica, véase la figura 12.
Línea de aceleración crítica.
Vibración - Diseño de embalajes
Para la consideración de la vibración, necesitamos recopilar curvas de amplificación/atenuación para los materiales seleccionados. Localice la frecuencia natural más baja del producto en cada una de las curvas y trace una línea horizontal en el gráfico. Cualquier parte de la línea que se extienda dentro de la zona de atenuación indica el rango de carga estática en el que el material debería atenuar la vibración en las frecuencias en las que el producto es más sensible, véase la figura 13.
Una vez identificadas las cargas estáticas que parecen proporcionar una protección adecuada contra golpes y vibraciones, se puede proceder a la selección de materiales y espesores. La carga estática real que se elija para el embalaje depende de varios factores; sin embargo, diseñar con la carga estática más alta posible significa utilizar menos material. Cuando otras consideraciones, como la fluencia por compresión, son importantes, puede estar justificado el diseño con la carga estática más baja posible. La figura 14 muestra el método para calcular la cantidad de material que debe utilizarse alrededor de un producto para alcanzar la carga estática deseada.
Paso 6 - Probar el sistema de productos/paquetes
Una vez completado el diseño del envase, se prueba el prototipo del sistema de envase para garantizar que se han cumplido todos los objetivos de diseño.
Shock - Prueba del envase
El paquete debe ser capaz de caer desde la altura de caída de diseño, establecida en el PASO 1, y transmitir menos de la aceleración crítica a la unidad. Se puede utilizar un acelerómetro montado en una parte rígida del producto cerca del centro de gravedad para controlar el nivel de aceleración transmitido a través del material de amortiguación al producto. Se selecciona una ubicación rígida para poder observar la entrada al producto en su conjunto durante el impacto y, de este modo, compararla directamente con los resultados de la prueba de aceleración por pasos. Puede ser conveniente supervisar otros lugares durante las pruebas, como ciertos componentes críticos, pero la única forma eficaz de evaluar el comportamiento del envase es supervisar un lugar rígido. El embalaje por sí mismo no cambia directamente la respuesta del producto a una entrada dada, pero puede modificar la entrada que finalmente llega al producto.
Las caídas planas suelen considerarse las caídas más severas posibles en términos del nivel de aceleración transmitido al producto. Las caídas planas concentran toda la entrada a lo largo de un eje de la unidad y se pierde poca energía por el aplastamiento de esquinas o bordes del envase, o por la rotación del envase. Por lo tanto, las caídas planas se utilizan para medir el rendimiento del sistema de envasado.
Las caídas en esquinas y bordes, sin embargo, suelen causar daños en la estructura del envase que no se producen con caídas planas similares. Estos tipos de caídas se utilizan a menudo como parte de una secuencia de prueba para verificar la capacidad del paquete para mantenerse unido durante el envío.
