Etiquetado en el molde (In mould labeling)

Introducción

El etiquetado en el molde (más conocido con las siglas IML del inglés “in mould labeling”) es el uso de etiquetas de papel o de plástico durante la fabricación de envases por procesos de moldeo por soplado, moldeo por inyección o termoformado. La etiqueta conforma una pieza integral del producto final, obteniendo un elemento pre-decorado directamente desde del proceso de conformado del envase. La combinación del proceso de etiquetado con el proceso de moldeo reduce el costo total, pero puede aumentar el tiempo de fabricación. La tecnología fue desarrollado por primera vez por Owens-Illinois, en colaboración con Procter & Gamble para suministrar botellas pre-etiquetados que puedan ser llenadas en la línea de producción con el producto a contener. Esto se aplicó primero a botellas de champú Head & Shoulders.

Envases etiquetados mediante IML

Principio

El etiquetado en el molde (IML) fue diseñado inicialmente para moldeo por soplado, aunque la evolución del moldeo por inyección y termoformado con sistemas de brazos robóticos y de carretes alimentadores ha aumentado la eficiencia y el uso de este proceso de etiquetado. El concepto original implica revestir el lado posterior de la etiqueta con una capa de sellado térmico, seguido por un material o sustrato apto para impresión en el que se aplica tinta resistente al calor. Se aplica entonces un recubrimiento de laca resistente al calor. El proceso de etiquetado en el molde elimina la necesidad de un tratamiento con llama de las botellas antes del etiquetado para lograr una adherencia adecuada.

IML en extrusión soplado

La alta resolución gráfica de la etiqueta es uno de los grandes beneficios del sistema IML mejorando la apariencia y la sofisticación de una gran cantidad de productos en el mercado que buscan distinguirse de la competencia. Varias de las ventajas más importantes del sistema es que no se requiere una operación de post etiquetado generando ahorro de tiempo y la etiqueta no se ve sobrepuesta, sino que forma parte integral del envase. Algunas de las desventajas del etiquetado en el molde son el costo adicional por el robot para recoger y posicionar la etiqueta o mecanismo “pick and place” y la no economía en los tirajes cortos por cambios de referencia frecuentes. El proceso está diseñado para tirajes largos para minimizar desperdicios, tiempos de arranque o set-up y mano de obra. La capacidad de ser reciclado, a nivel post-industrial (inmediato al procesado por fallas en el producto obtenido) y post-consumo, del producto terminado se podría ver afectada tanto si la etiqueta no es del mismo material que del envase como por la incorporación de tintas al material del envase.

Etiquetado
Existen varias técnicas para llevar a cabo el proceso de etiquetado en el molde. Para manipular las etiquetas pueden ser usados brazos robot especializados con sistemas de vacío y aire comprimido para sostener las etiquetas en el molde, pero también puede ser utilizada la electricidad estática. Los brazo robot con electrodos con carga electrostática manipulan la etiqueta mediante vacío mientras está siendo transferida, desde el dispositivo de almacenamiento y dispensación (revista), a la máquina de moldeo, de modo que cuando la etiqueta se coloca en el molde y es liberada por el robot de etiquetado, ésta se adhiera por carga electrostática en la cavidad del molde. Los sistemas que utilizan carga electrostática eliminan la necesidad de lumbreras de vacío en el molde para sostener la etiqueta en su sitio, disminuyendo su costo, además de deformaciones o temperaturas no uniformes dentro del molde producto del vacío. El uso de vacío puede ser más ventajoso cuando la forma del producto moldeado requiere complejas etiquetas preformadas o cuando la pieza moldeada y/o etiqueta debe tener una superficie texturada.

Sistema IML por carga electrostática

Las etiquetas pueden ser de papel o de un material similar al producto moldeado. Se utiliza comúnmente como material de la etiqueta polipropileno o poliestireno, con un espesor de 15 a 40 micrómetros. Material de doble pared para la etiqueta también se utiliza. Este es un material tipo sándwich, que tiene una capa esponjosa unida entre dos capas sólidas muy finas. Una de las ventajas de la película de doble pared es la mejor conformación de los pequeños radios de las curvas en un producto. También puede ser utilizada una película laminada para decorar los productos, dando además alta resistencia al desgaste. Este tipo de película tiene la superficie impresa protegida por una segunda capa de película, con un espesor de 30 o 40 micrómetros. Los productos que utilizan este tipo de etiqueta pueden incluir viandas para alimentos, almohadillas para mouse o componentes internos de automóviles.

Técnicas de decoración en el molde utilizadas en inyección (estado del arte)
Ya sean motivos visuales, aspectos técnicos o informaciones necesarias. Los motivos para mejorar, decorar o rotular las superficies de las piezas en el molde son numerosos. Pero los procesos clásicos conocidos, como estampar, vaporizar, galvanizar o barnizar están asociados a un gasto considerable, de forma que la decoración de piezas de molde actualmente está integrada en el proceso de inyección a presión por motivos técnicos, cualitativos y económicos. Se han establecido varios procesos de decoración integrados que se adaptan a diversos campos de aplicación: El etiquetado in mould labeling (IML) sobre todo en el sector rápido. La decoración in mould decoration (IMD) para piezas de molde de alta calidad planas. El Insert-Moulding (IM) para geometrías 3D exactas.

Etiquetado en el molde (IML):
En el proceso de etiquetado en el molde se depositan exactamente mediante manipulador láminas de plástico recortadas, llamadas etiquetas, en el molde de inyección a presión. Al aplicar el vacío o una carga estática se fijan las etiquetas y seguidamente se inyecta plástico. Mediante calor y presión se unen las láminas de soporte exactamente adaptadas al plástico en la fase de llenado y compresión con la colada introducida formando el producto final. Numerosas veces se une hoy esta técnica con moldes de pisos para aumentar la producción y mantener la calidad y reproducibilidad.

La técnica IML se utiliza en envases de paredes delgadas para alimentos, artículos domésticos, médicos y cosméticos:
- Envases de alimentos (vasos, bandejas, tapas)
- Envases domésticos (cubos, recipientes)
- Artículos médicos y cosméticos (tubos, crisoles, frascos)

Decoración en el molde (IMD):
En la técnica de decoración en el molde (in mould decoration IMD), usualmente una lámina de poliéster lleva impresa una figura que sirve para decorar las piezas de inyección a presión. Primero se pasa la lámina desde el sistema de avance entre las dos partes del molde, se posiciona y se fija con un bastidor. Seguidamente el cierre del molde adapta la lámina a la forma de la cavidad. Análogamente a la técnica IML, la colada de plástico se combina mediante presión y temperatura al inyectar con las capas de barniz que se desprenden, formando una unión fija. Después de enfriar la colada y de abrir el molde puede extraerse la pieza decorada lista, siendo la decoración automáticamente sacada de la lámina de soporte. Entonces el sistema de avance lleva la lámina de soporte en posición para el siguiente ciclo de inyección. Actualmente pueden decorarse con la técnica IMD piezas de diferentes plásticos como PP, ABS, PC, ABS/PC, ASA, SAN, PMMA y PBT.

Unidad de producción Systec 350 - 2300 IMD

La técnica IMD se aplica para piezas planas de plástico del sector del automóvil, telecomunicaciones, IT y doméstico:
- Piezas de automóvil (pantallas decorativas, consolas, revestimiento lateral)
- Artículos de telecomunicaciones (bandejas de móviles, portátiles, teléfonos)
- Productos IT (armazones de ordenadores, tapas de laptops, chasis de impresoras)
- Aparatos domésticos de alta calidad (cafeteras de diseño, lavadoras)

Insert-Moulding (IM):
En el Insert-Moulding se insertan en el molde láminas premoldeadas troqueladas, llamadas Inserts (insertos), siendo luego inyectadas. Pero ello significa, de hecho, un paso adicional antes del proceso de remoldeo. En un rodillo se remoldea la lámina de estampación en caliente impresa en un sistema de termoconformado y, a continuación, se troquela el contorno con exactitud. La ventaja es un nivel de libertad más elevado tridimensional de los futuros inserts. Ligeros cortes posteriores en el borde de la pieza, dobleces hasta un determinado límite, curvaturas, etc. pueden realizarse. Los inserts troquelados son cargados al molde mediante un sistema de robots. Al contrario de los otros procesos de decoración (IML e IMD), las láminas de termoimpresión son bastante más gruesas y estables. Así no hay que adaptar el contorno en la cavidad. De todos modos, el circuito de vacío evita usualmente que caigan los inserts durante el cierre. Como es usual, une y se suelda la capa límite interna de los inserts por presión y calor con el plástico, de forma que pueden extraerse piezas listas y decoradas.

Unidad de producción IM

Los campos de aplicación de este procedimiento son frecuentemente elementos de paredes gruesas con símbolos impresos o rotulaciones, o piezas donde los bordes laterales son muy anchos y también deben decorarse. Ejemplos de ello son pantallas de lavadoras, armazones de aparatos eléctricos o pantallas de automóvil muy expuestas. A veces también existen elevados requisitos de la superficie en cuanto a resistencia a rasguños.
Una lámina o un sistema de lacado no lo puede hacer o lo hace en grado insuficiente.
- Piezas con geometría difícil (torceduras, bordes anchos).
- Piezas con una superficie muy expuesta (química, mecánica)
- Piezas con superficies ópticas o hápticas (Soft-Touch, holograma)

Características de las etiquetas para IML 
Existen dos grandes tecnologías de etiquetado en el molde: la primera seria el etiquetado en el molde para inyección Injection molding-in mould labeling (IM-IML) y la segunda seria el etiquetado en el molde para soplado In-mould labelling-blow (IML-B) Las etiquetas para inyección IML son normalmente de polipropileno biorientado (BOPP u OPP) o poliestireno. Este substrato posee buena resistencia térmica y puede ser impreso por flexografía o rotograbado.

Etiqueta en OPP para una tarrina

Algunas de las ventajas de las etiquetas OPP son:
- Excelente receptividad de la mayoría de las tintas con buena definición
- Muy buena procesabilidad o maquinabilidad, buena adhesión y propiedades de corte
- Alta calidad gráfica en etiquetas transparentes o blancas, así como en las brillantes o con efecto mate
- No se presenta efecto de piel de naranja (orange peel)
- Compatibilidad entre el material del envase y la etiqueta facilitando el reciclaje
Las etiquetas para soplado IML son normalmente en polietileno de alta densidad (HDPE), polipropileno “cast” (CPP) y otros copolímeros que son sensibles al calor. Varios de estos substratos no son adecuados para la impresión flexográfica y no existen formulaciones estándar para éstos, mientras que para los de la inyección IML si existen. Las empresas de procesamiento de plásticos e impresión han desarrollado sus propios substratos con base en la experiencia. Éstos son impresos sobre bobina o lámina por flexografía o grabado a base de solventes.

Robots utilizados en IML
Los robots para esta aplicación se pueden utilizar para inyectoras desde 15 hasta 6000 toneladas de fuerza de cierre y se clasifican en tres grandes categorías: - Robot de tres ejes y entrada superior o por encima - Robot de entrada lateral. - Robot de seis ejes El robot de tres ejes es el más convencional, utilizado para las máquinas de inyección horizontales y la aplicación sería de entrada superior o por encima. El robot se puede utilizar para diversas operaciones de alta velocidad, tales como, recogida de piezas, posicionamiento de etiquetas, carga de insertos, apilamiento, paletizado e inspección. Es un robot de fácil operación, mantenimiento y bajo consumo de energía. El robot de entrada lateral es de un solo eje, dedicado a una aplicación específica y utilizado para los procesos de inyección IML que requieren ciclos más rápidos pero con restricciones de espacio libre. Este robot ofrece la más alta velocidad para aplicaciones como colocar las decoraciones y etiquetas y remover piezas. El robot de seis ejes es utilizado para la automatización de máquinas inyectoras, tanto horizontales como verticales, incrementando la flexibilidad de operaciones aguas arriba y aguas abajo del proceso. Estos son empleados cuando existen restricciones de espacio y altura desde el piso al techo.

Brazo de robot típico para el proceso IML  para inyección de termoplásticos.

Algunos de los fabricantes de robots con reconocimiento internacional son, entre otros: Inmouldlabel Robotics S.L., Hahn Automation (GHS Automatipn / Geiger Handling), Wittmann, ABB Robotics, Epson Robots, Fanuc Robotics, Staubli Robotics, Yamaha Robotics, IML Technologies, KUKA Roboters GmbH

Ver video IML en extrusión-soplado

Ver video IML en inyección  

Fuentes: 
http://espana.sumitomo-shi-demag.eu 
http://www.iml.se 
http://www.imould.com 
http://www.in-mould-labels.com 
http://www.ptonline.com 
http://chinaprintingservice.com 
http://en.wikipedia.org