Nahezu jedes Produkt, das wir kaufen, wird in irgendeiner Form verpackt, deren Herstellung eigene Prozesse erfordert. Im Laufe der Jahre benötigen diese Verpackungen und Gehäuse einheitliche Designs, die oft speziell auf die Passform und Geometrie des jeweiligen Produkts abgestimmt sind. Heutzutage sind die meisten Verpackungsanlagen automatisiert, um Effizienz und schnellere Produktionszeiten zu gewährleisten. Die Verpackungsmaschinen werden CNC-gesteuert, wodurch die Arbeitskosten gesenkt werden können.
Verschiedene CNC-Technologien wie Stanzmaschinen und Fräsen (u. a.) bieten jedoch auch in diesem Bereich zahlreiche Vorteile und ermöglichen vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten. Dieser Artikel konzentriert sich auf diese Schneidtechnologien und nicht auf CNC-gesteuerte Verpackungsmaschinen.
Vorteile gegenüber anderen Methoden
Wenn es um die Verpackung geht, haben Fräsen, Fräsen, Schneider usw. einige entscheidende Vorteile gegenüber anderen Arten von Technologien. Im Hinblick auf die Hochgeschwindigkeitsproduktion in kleinen Stückzahlen bieten diese CNC-Maschinen ein weitaus besseres Preis-Leistungs-Verhältnis als beispielsweise Spritzguss und additive Fertigung. Während AM in bestimmten Fällen günstiger sein kann, ist es weitaus langsamer und oft auch ungenauer. Auch die Verpackung muss überall konsistent und einheitlich sein, was Fräsen und Fräsen besser können.
Spritzguss eignet sich möglicherweise nur für große Stückzahlen und kann daher bei Kleinserien zu unnötigen Kosten führen. Für das Spritzgießen ist, wie der Name schon sagt, eine Form erforderlich, was zeitaufwändig sein kann (in manchen Fällen Wochen oder sogar Monate). Darüber hinaus ist das Spritzgießen bei diesen größeren Mengen zwar günstiger, die Vorabkosten für die Form können diese Einsparungen im Vergleich zu Fräsmaschinen jedoch in den Schatten stellen.
Eine weitere wichtige Funktion einiger CNC-Tische ist die Möglichkeit, die genaue Form des Produkts zu digitalisieren. Auf diese Weise ist die spätere Herstellung von Beilagen oder Verpackungen wesentlich einfacher. Dies ist besonders nützlich bei der Programmierung von Produkten mit komplexen Formen.
Andererseits ist festzustellen, dass subtraktive CNC-Methoden nicht immer der geeignetste Weg sind. Da beim Verpacken oft Platz geschaffen wird, in dem das Hauptprodukt liegen und ruhen kann, würden große Produkte, die tiefere Schnitte erfordern, mehr Abfall am Materialblock und mehr Zeitaufwand für das Schneiden ihrer Form durch subtraktive Produktionsmethoden bedeuten. In diesen Fällen kann eine andere Produktionsmethode geeigneter sein.
Ebenso sind nicht alle CNC-Maschinen für alle Verpackungsarten geeignet, wie wir weiter unten erläutern werden. Benutzer müssen wissen, was sie von einer Maschine erwarten, und sich dann für eine Maschine entscheiden. Die beste Wahl ist jedoch ein vielseitigeres System wie eine Hybrid-Mehrzweckoberfräse, die über eine Reihe verschiedener Schneidoptionen verfügt. CNC-Maschinen mit einer ausreichend großen Reichweite können möglicherweise Kunststoffe, Schaumstoffe, Holz und alle anderen Materialien verarbeiten, die für ihre Verpackungsanforderungen in Frage kommen.
Kunststoffpaletten und -behälter für Außenverpackungen
Viele Unternehmen verwenden Kunststoffpaletten für die Außenverpackung beim Transport von Standardgütern. Bestimmte Paketformen, wie Blöcke und Würfel, sind besonders vielseitig. Daher können diese Paletten für verschiedene Transporte und unterschiedliche Produkte wiederverwendet werden. CNC-Bearbeitung bietet in diesem Bereich Verbesserungen gegenüber älteren Produktionsverfahren.
Unternehmen wie Graco Packaging verwenden dieselben Paletten über mehrere Jahre hinweg im täglichen Betrieb. Diese werden mit einer CNC-Fräse gefertigt und passen präzise zu den komplexen Abmessungen des jeweiligen Bauteils. Sie sind deutlich langlebiger als Paletten aus anderen Herstellungsverfahren und werden von ihren Kunden in der Regel für all ihre Verpackungs- und Transportbedürfnisse eingesetzt.
Andere Verpackungsprojekte erfordern möglicherweise eine umfassendere Lösung, die das Produkt vollständig umschließt. In diesen Fällen kommen Kunststoffbehälter zum Einsatz. Wellkunststoff ist eine solche Lösung, da er flexibel, langlebig und leicht in verschiedene Formen zu verarbeiten ist. Schneiden und Wasserstrahlschneiden sind gängige Verfahren zur Herstellung solcher Behälter.
Für aufwändigere Verpackungs- und Transportvorgänge empfiehlt sich der Einsatz schlagfester Kunststoffe. Jede Ladung, die in ein Flugzeug oder einen Metallcontainer verladen werden soll, muss deutlich robuster sein und erfordert zum Schneiden eine 5-Achs-Maschine. Die Einstellungen und Werkzeuge variieren je nach Kunststoffart. PET beispielsweise kann in verschiedenen Ausführungen vorliegen, etwa unverstärkt oder glasfaserverstärkt. Informieren Sie sich am besten vorab über das zu bearbeitende Material und die benötigte Spindeldrehzahl, den passenden Fräsertyp und die erforderlichen Werkzeuge für eine präzise Bearbeitung.
Überlegungen zu Schaumstoffeinlagen
Die Verpackung umfasst nicht nur den Umkarton, sondern auch Einlagen und Schaumstoffeinlagen, wie es häufig bei Werkzeugen und Elektronikartikeln der Fall ist. Für solch komplexe Verpackungszwecke können Schneid-, Fräs- und Oberfräsmaschinen eine Vielzahl von Materialien bearbeiten. Unterschiedliche Materialien und Anwendungen erfordern jedoch unterschiedliche CNC-Maschinen.
Kunststoffverpackungen sind wahrscheinlich der häufigste Anwendungsbereich von CNC-Schneidewerkzeugen für Verpackungen. Oft handelt es sich dabei um Materialien wie den üblichen Verpackungsschaum, der in Kartons zum Schutz vor Transportschäden verwendet wird. Diese Verpackungsmaterialien können aus Polyurethan (PU), Polyethylen (PE) oder anderen gängigen Kunststoffen bestehen. Für Anwendungen mit Schutzeinlagen und passgenauen Verpackungen wird häufig CNC-geschnittener Schaumstoff eingesetzt, um präzise Hohlräume zu erzeugen, die der Produktgeometrie entsprechen und Bewegungen während des Transports minimieren.
PU ist beispielsweise ziemlich hart und hat eine hohe Dichte, weshalb ein Fräser perfekt für diese Aufgabe geeignet ist.
PE-Schaum ist hingegen leichter und vergleichsweise weniger steif. Fräsen können ihn zwar bearbeiten, aber die Schnitte können unsauber und ungenau sein. Das Schneiden von so leichten Schaumstoffen wie PE mit einem Fräser ist nicht empfehlenswert, da dies das Endergebnis beeinträchtigen und unansehnlich machen kann. Für PE und andere leichte Schaumstoffe sind spezielle Werkzeuge wie Messerklingen erforderlich.
Am vorteilhaftesten ist der Einsatz einer Multifunktionsmaschine mit den passenden Werkzeugen, die für das Schneiden aller Schaumstoffarten programmiert sind. Dies kann sich als äußerst hilfreich erweisen, um alle Fragen zur Schaumstoffverarbeitung zu klären und einen flexibleren Produktionsprozess zu ermöglichen.
Dazu gehören CNC-Tische mit zwei oder drei Z-Achsen, die mit einer Frässpindel und einem oder zwei verschiedenen Messern ausgestattet werden können. Maschinen mit drei Z-Achsen können auch Wellpappe schneiden und rillen. Die Kombination einer speziellen Spindel (mit Schnellspann- oder Spannzange) mit einem oszillierenden oder tangentialen Messer ermöglicht das Schneiden verschiedener Schaumstoffarten, darunter auch geschlossenzelliges und offenzelliges PE. Diese vielseitigen CNC-Maschinen eignen sich ideal für Kleinserien und sind für die Prototypenfertigung unverzichtbar.
Die Wahl des Fräsers ist ein entscheidender Schritt bei der Einrichtung. Ein Spiralfräser mit aufwärts gerichteter Fräse übt eine nach oben gerichtete Kraft auf das Material aus, wodurch dieses sich anheben und unerwünschte Konturen oder Schnitttiefen entstehen können. Daher ist er nicht für jede Situation optimal.
Umgekehrt kann ein spiralförmiger Abwärtsfräser das Material nach unten drücken, was zu mehr Materialverlust als gewünscht führt. Dadurch entsteht beim Profilschneiden eine größere Aussparung oder ein kleineres Werkstück. Die meisten Schaumstoffe lassen sich gut mit einer Maschine mit einem zweischneidigen Geradfräser bearbeiten. Dieser übt nur eine geringe radiale Kraft auf das Material aus und schneidet das Werkstück mit minimalem Verzug und einer guten, glatten Oberfläche.
Schaumstoffe stellen oft ein weiteres Problem dar: die sichere Fixierung des Materials. Da diese Materialien sehr leicht und recht porös sein können, lassen sie sich mit einer herkömmlichen Vakuumdecke nur schwer fixieren. Die gängigste Lösung ist der Einsatz einer Vakuumpumpe oder eines Gebläses, wobei beide ihre spezifischen Eigenschaften aufweisen.
Gebläse bewegen ein größeres Luftvolumen als Pumpen. Daher ist ein Gebläse bei leicht porösem Schaumstoff unter Umständen besser geeignet. Es hat den Vorteil, dass während des Betriebs weniger Luft durch die Löcher entweicht, was einen gleichmäßigeren Prozess ermöglicht. Alternativ können auch andere Lösungen kombiniert werden. Poröse Materialien lassen sich durch das Aufbringen einer schwach haftenden Kunststofffolie auf die Unterseite fixieren. Dies gewährleistet eine gute Abdichtung und ermöglicht ein einfaches späteres Entfernen.
Designvorteile
Gegenstände wie Musikinstrumente oder hochwertige Verstärker und Mischpulte erfordern einen schonenden Transport. Sie müssen sehr sorgfältig und dicht verpackt werden, um Beschädigungen zu vermeiden, insbesondere bei Langstreckentransporten zwischen verschiedenen Städten. Oberfräsen mit tangentialen und oszillierenden Messern bieten hier große Vorteile, da die Schaumstoffverpackung von kostbaren Musikinstrumenten, Lichtanlagen und Requisiten den Erschütterungen während des Transports standhält.
CNC machining also allows for little grooves and details to be inserted into the design with precision. Such small details can help give more grip to the packaging or the insert. These touches can immensely help keep products safe in their boxes and aid in stopping them from sliding off of a pallet.
Ein weiterer Vorteil hinsichtlich des Designs besteht darin, dass sie im Vergleich zu anderen Methoden effizienter für die Wiederverwendung gestaltet werden können. Stärkere Kunststoffe und eine bessere Formbarkeit ermöglichen insgesamt bessere Produkte mit längerer Lebensdauer.
