Khi sản lượng ngày càng tăng và yêu cầu về chất lượng bao bì trở nên khắt khe hơn, việc đóng gói thủ công dần bộc lộ những hạn chế về tốc độ, độ đồng đều và nhân lực. Máy đóng gói tự động ra đời nhằm tối ưu quy trình sản xuất bằng cách tự động thực hiện các công đoạn như định lượng, tạo túi, chiết rót, hàn kín và cắt bao bì theo thiết lập của thiết bị.
Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của máy đóng gói tự động
Máy đóng gói tự động được thiết kế theo một chuỗi công đoạn liên kết với nhau, trong đó mỗi bộ phận đảm nhận một nhiệm vụ riêng nhưng phối hợp đồng bộ trong suốt quá trình đóng gói. Tùy loại sản phẩm và quy cách bao bì, máy có thể được trang bị hệ thống định lượng bằng cân, cốc đong, trục vít hoặc bơm piston; bộ phận tạo túi; cụm chiết/rót; cơ cấu hàn và cắt; cảm biến cùng hệ thống điều khiển.
Không phải mọi dòng máy đều có cấu tạo giống nhau. Chẳng hạn, máy đóng gói dạng bột cần cơ cấu cấp liệu phù hợp với đặc tính của bột, trong khi máy đóng gói dạng lỏng – sệt thường sử dụng hệ thống bơm hoặc piston. Máy đóng gói nằm lại có kết cấu băng tải và cơ cấu dẫn màng khác với máy đóng gói dạng đứng.
Cấu tạo chi tiết các bộ phận cốt lõi
Về cơ bản, một máy đóng gói tự động thường gồm các nhóm bộ phận chính sau:
- Phễu chứa và hệ thống cấp sản phẩm
Phễu chứa là nơi tiếp nhận sản phẩm trước khi đưa vào công đoạn định lượng hoặc chiết rót. Tùy đặc tính nguyên liệu, hệ thống cấp liệu có thể sử dụng các cơ cấu khác nhau để đưa sản phẩm xuống bộ phận định lượng.
Với sản phẩm dạng hạt hoặc nguyên liệu có khả năng chảy tự do, máy có thể kết hợp phễu với cốc đong hoặc cân định lượng. Đối với sản phẩm dạng bột, trục vít thường được sử dụng để kiểm soát lượng sản phẩm đưa vào bao bì. Các sản phẩm lỏng, sệt có thể cần hệ thống bơm hoặc piston để cấp liệu.
- Bộ phận định lượng
Đây là cụm quan trọng đối với những dòng máy cần kiểm soát khối lượng hoặc thể tích sản phẩm trong từng bao. Tùy loại nguyên liệu và yêu cầu đóng gói, máy có thể sử dụng cân điện tử, cốc đong, trục vít hoặc piston.
Một số máy cân định lượng được thiết kế với nhiều đầu cân, cho phép phối hợp các đầu cân để đạt mức định lượng theo cài đặt. Trong khi đó, trục vít thường phù hợp với sản phẩm dạng bột, còn piston hoặc bơm được sử dụng cho nhiều loại sản phẩm dạng lỏng, sệt.
- Cụm dẫn và tạo bao bì
Ở các máy sử dụng cuộn màng, vật liệu bao bì được dẫn qua hệ thống kéo màng và bộ phận định hình để tạo thành hình dạng túi theo thiết kế của máy. Với máy đóng gói dạng đứng, cuộn màng thường được bố trí phía trên và đi qua bộ phận tạo hình trước khi sản phẩm được đưa vào túi.
Đối với máy đóng gói nằm ngang, sản phẩm thường được đưa theo băng tải vào vùng bao bì, sau đó màng được cuộn và định hình quanh sản phẩm trước khi hàn kín.
- Hệ thống chiết hoặc đưa sản phẩm vào bao
Sau khi hoàn thành định lượng, sản phẩm được đưa vào bao bì thông qua cơ cấu chiết, rót hoặc cấp liệu tương ứng. Cách thức thực hiện phụ thuộc trực tiếp vào đặc tính của sản phẩm.
Chẳng hạn, sản phẩm dạng hạt có thể được cấp từ cụm cân xuống túi; bột được đưa qua trục vít; còn chất lỏng hoặc sản phẩm sệt có thể sử dụng bơm, piston để đưa sản phẩm vào bao. Vì vậy, bộ phận này thường được thiết kế riêng theo từng nhóm sản phẩm.
- Cụm hàn và cắt bao bì
Sau khi sản phẩm được đưa vào túi, hệ thống hàn thực hiện việc ép kín các mép bao bì theo vị trí đã thiết lập. Tùy kiểu máy, có thể có bộ phận hàn dọc, hàn ngang hoặc cơ cấu hàn phù hợp với dạng bao bì.
Sau công đoạn hàn, dao cắt hoặc cơ cấu cắt sẽ tách từng túi thành phẩm. Việc điều khiển nhiệt độ hàn và thời gian tác động cần phù hợp với loại vật liệu bao bì để tạo đường hàn ổn định.
- Cảm biến và hệ thống điều khiển
Cảm biến giúp máy nhận biết vị trí bao bì, màng đóng gói hoặc trạng thái của một số bộ phận trong quá trình vận hành. Một số máy sử dụng cảm biến quang để xác định dấu in trên màng, hỗ trợ căn chỉnh vị trí cắt và hàn.
Toàn bộ quá trình được quản lý thông qua hệ thống điều khiển. Nhiều thiết bị sử dụng PLC kết hợp màn hình HMI để người vận hành cài đặt và theo dõi các thông số như định lượng, tốc độ, nhiệt độ hàn hoặc các thông số liên quan đến chu kỳ đóng gói.
- Động cơ và cơ cấu truyền động
Động cơ cung cấp chuyển động cho các bộ phận như kéo màng, cấp liệu, băng tải, cơ cấu hàn và cắt. Một số máy sử dụng động cơ servo ở những vị trí cần kiểm soát chuyển động chính xác và đồng bộ.
Cơ cấu truyền động có nhiệm vụ biến chuyển động của động cơ thành chuyển động phù hợp cho từng cụm máy, giúp các công đoạn diễn ra theo đúng trình tự đã thiết lập. Các trục truyền động chính thường được lắp gối UCP hoặc gối UCF để chịu tải và cố định vị trí, trong khi những cụm trục phụ có thể sử dụng bạc đạn UC hoặc vòng bi cầu để đảm bảo chuyển động êm và đồng bộ giữa các bộ phận.
- Khung máy và các bộ phận tiếp xúc sản phẩm
Khung máy có nhiệm vụ nâng đỡ và liên kết các cụm thiết bị thành một hệ thống hoàn chỉnh. Đối với máy phục vụ đóng gói thực phẩm, các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm có thể được sử dụng vật liệu phù hợp với yêu cầu vệ sinh của ứng dụng. Ngoài ra các vị trí trục quay hoặc ổ đỡ gần khu vực tiếp xúc sản phẩm cũng có thể sử dụng vòng bi INOX hoặc gối INOX để đồng bộ khả năng chống ăn mòn và đáp ứng yêu cầu vệ sinh của dây chuyền thực phẩm.
Nguyên lý vận hành của thiết bị đóng gói tự động
Nguyên lý hoạt động của máy đóng gói tự động có thể hiểu theo chuỗi cấp liệu => định lượng => tạo hoặc đưa bao bì vào vị trí => chiết/rót => hàn => cắt => đưa thành phẩm ra ngoài. Tuy thứ tự và số lượng công đoạn có thể khác nhau giữa từng dòng máy.
Quá trình cơ bản diễn ra như sau:
Bước 1: Cài đặt thông số trên hệ thống điều khiển
Trước khi vận hành, người dùng thiết lập các thông số phù hợp với sản phẩm và loại bao bì, chẳng hạn định lượng, tốc độ đóng gói, nhiệt độ hàn hoặc chiều dài túi tùy cấu hình thiết bị. Những máy được trang bị màn hình HMI sẽ cho phép người vận hành thực hiện các cài đặt trực tiếp trên giao diện điều khiển.
Bước 2: Cấp sản phẩm vào hệ thống
Nguyên liệu được đưa vào phễu hoặc bộ phận cấp liệu. Từ đây, sản phẩm được chuyển đến cụm định lượng bằng cơ cấu phù hợp với đặc tính nguyên liệu.
Đối với sản phẩm dạng hạt, hệ thống cân hoặc cốc đong có thể được sử dụng. Sản phẩm dạng bột thường được cấp thông qua trục vít, trong khi chất lỏng và sản phẩm sệt có thể được đưa vào bao bằng bơm hoặc piston.
Bước 3: Định lượng theo thông số đã cài đặt
Bộ phận định lượng xác định lượng sản phẩm cần đưa vào từng bao. Với hệ thống cân điện tử, các đầu cân phối hợp để đạt giá trị định lượng theo thiết lập. Những cơ cấu khác như cốc đong, trục vít hoặc piston sẽ sử dụng nguyên lý riêng để kiểm soát lượng sản phẩm.
Bước 4: Tạo túi hoặc đưa bao bì vào vị trí đóng gói
Nếu sử dụng cuộn màng, máy kéo màng qua bộ phận dẫn và tạo hình để hình thành túi. Với máy đóng gói nằm ngang, sản phẩm có thể được đưa trực tiếp trên băng tải vào vùng màng bao bọc sản phẩm.
Cảm biến và hệ thống điều khiển phối hợp để xác định vị trí cần thực hiện các công đoạn tiếp theo.
Bước 5: Chiết hoặc đưa sản phẩm vào bao bì
Sản phẩm sau khi được định lượng sẽ được đưa vào túi hoặc bao bì. Cơ cấu thực hiện công đoạn này thay đổi theo từng loại máy và nguyên liệu.
Đây cũng là lý do không thể dùng một phương pháp cấp liệu duy nhất cho mọi sản phẩm: bột, hạt, chất lỏng và sản phẩm có độ sệt có đặc tính chảy khác nhau nên cần cơ cấu phù hợp.
Bước 6: Hàn kín và cắt túi
Sau khi hoàn tất việc đưa sản phẩm vào bao, máy thực hiện hàn các mép túi bằng nhiệt theo cấu hình đã thiết lập. Khi đường hàn hoàn thành, bộ phận cắt sẽ tách bao thành phẩm khỏi phần màng tiếp theo.
Với những máy có tích hợp thêm bộ phận in date, thông tin như ngày sản xuất, hạn sử dụng hoặc mã lô có thể được in trong chu trình đóng gói tùy cấu hình.
Bước 7: Đưa thành phẩm ra ngoài
Túi sau khi hàn và cắt được đưa ra khỏi khu vực đóng gói, có thể rơi xuống khay chứa hoặc được chuyển tiếp bằng băng tải sang công đoạn tiếp theo. Với dây chuyền tự động hóa cao, máy đóng gói còn có thể được kết nối với các thiết bị khác để tạo thành một quy trình sản xuất liên tục.
Các loại máy đóng gói tự động phổ biến trên thị trường
Phân loại theo hình thức bao bì
Xét theo cách tạo hình và đóng kín bao bì, máy đóng gói tự động thường được chia thành các nhóm phổ biến như máy đóng gói dạng túi, máy đóng gói chai/lọ, máy đóng gói hộp và máy hút chân không. Mỗi dòng có cơ chế vận hành và phạm vi sử dụng khác nhau.
1. Máy đóng gói dạng túi tự động
Đây là nhóm máy được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, nông sản, hóa mỹ phẩm và nhiều sản phẩm tiêu dùng. Thiết bị có thể sử dụng cuộn màng để tạo túi, định lượng sản phẩm, nạp nguyên liệu rồi thực hiện công đoạn hàn kín và cắt túi theo cài đặt.
Tùy cấu hình, máy có thể tạo nhiều dạng bao bì như túi gối, túi 3 biên, túi 4 biên hoặc một số dạng túi chuyên dụng khác. Hệ thống định lượng cũng được lựa chọn theo đặc tính nguyên liệu, chẳng hạn cân định lượng cho hạt, cốc thể tích cho một số sản phẩm dạng rời hoặc bơm định lượng đối với sản phẩm lỏng.
- Ứng dụng phổ biến: cà phê, trà, đường, muối, gạo, các loại hạt, bánh kẹo, bột, thực phẩm khô và một số sản phẩm dạng lỏng hoặc sệt.
2. Máy đóng gói chai, lọ tự động
Dòng máy này phù hợp với sản phẩm được chứa trong chai, lọ hoặc hũ. Tùy dây chuyền, thiết bị có thể đảm nhiệm một hoặc nhiều công đoạn như cấp chai, chiết rót, định lượng, đặt nắp, siết nắp, đóng màng seal và in thông tin trên bao bì.
Ưu điểm của cấu hình này là các công đoạn có thể được bố trí liên tục trên cùng dây chuyền, giúp giảm thao tác thủ công khi sản lượng lớn. Tuy nhiên, hệ thống cần được thiết kế phù hợp với kích thước chai, loại nắp, đặc tính sản phẩm và phương pháp chiết rót.
- Ứng dụng phổ biến: nước uống, nước sốt, dầu ăn, mỹ phẩm, dung dịch vệ sinh và các sản phẩm đóng chai, lọ khác.
3. Máy đóng gói hộp, carton tự động
Máy đóng gói hộp hoặc carton được sử dụng ở công đoạn đưa sản phẩm vào hộp, tạo hình hộp, gấp nắp hoặc dán kín tùy từng thiết kế. Một số dây chuyền còn có thể kết hợp với máy in mã, máy dán nhãn, băng tải hoặc hệ thống cấp sản phẩm tự động. Trục con lăn của băng tải trong các dây chuyền này thường sử dụng gối UCFL ở những vị trí lắp đặt theo phương treo.
Nhóm thiết bị này đặc biệt phù hợp với những sản phẩm cần bao bì bên ngoài để bảo vệ trong quá trình lưu kho, vận chuyển hoặc trưng bày. Khi lựa chọn, cần quan tâm đến kích thước hộp, chất liệu carton, kiểu đóng nắp và tốc độ dây chuyền.
- Ứng dụng phổ biến: thực phẩm đóng hộp, mỹ phẩm, dược phẩm, hàng tiêu dùng, linh kiện và các sản phẩm thương mại điện tử.
4. Máy hút chân không tự động
Máy hút chân không sử dụng cơ chế loại bỏ phần lớn không khí trong túi trước khi hàn kín bao bì. Việc giảm lượng không khí trong bao giúp hạn chế tiếp xúc của sản phẩm với môi trường bên ngoài, phù hợp với nhiều loại thực phẩm và sản phẩm cần đóng gói kín.
Tùy thiết kế, máy có thể thuộc dạng buồng hút chân không hoặc được tích hợp trong dây chuyền tự động. Khi sử dụng, cần lựa chọn loại túi có khả năng phù hợp với phương pháp hút và hàn, đồng thời điều chỉnh thời gian hút, nhiệt độ và thời gian hàn theo vật liệu bao bì.
- Ứng dụng phổ biến: thịt, cá, thủy hải sản, thực phẩm đông lạnh, nông sản, cà phê và một số sản phẩm cần giảm lượng không khí bên trong bao.
5. Máy hàn miệng túi liên tục
Máy hàn miệng túi liên tục chuyên thực hiện công đoạn đóng kín phần miệng của túi sau khi sản phẩm đã được đưa vào bao bì. Thiết bị có thể vận hành liên tục, phù hợp với cơ sở có nhu cầu đóng gói nhiều túi trong một ca sản xuất.
So với hệ thống tạo túi và đóng gói hoàn chỉnh, máy hàn miệng túi thường đảm nhiệm một công đoạn cụ thể. Do đó, thiết bị có thể được bố trí độc lập hoặc kết hợp với máy chiết rót, máy định lượng và các thiết bị khác trong dây chuyền.
- Ứng dụng phổ biến: thực phẩm khô, nông sản, thức ăn chăn nuôi, hóa chất dạng bột hoặc hạt và nhiều loại hàng hóa sử dụng bao bì mềm.
Phân loại theo trạng thái nguyên liệu
Bên cạnh hình thức bao bì, đặc tính của nguyên liệu cũng quyết định trực tiếp đến cấu tạo bộ phận định lượng và phương pháp cấp liệu. Dựa trên trạng thái sản phẩm, máy đóng gói tự động thường được chia thành các nhóm chính gồm dạng bột, dạng hạt, dạng lỏng và dạng rắn.
1. Máy đóng gói sản phẩm dạng bột
Nguyên liệu dạng bột có đặc điểm nhỏ, mịn và dễ phát sinh bụi trong quá trình cấp liệu. Vì vậy, máy đóng gói bột thường sử dụng bộ phận định lượng phù hợp với tính chất và độ chảy của từng sản phẩm.
Hệ thống có thể kết hợp vít tải định lượng hoặc cơ cấu cấp liệu chuyên dụng để đưa lượng bột cần thiết vào bao bì trước khi hàn kín. Khi vận hành, cần chú ý khả năng bám dính, độ ẩm và mức độ phát sinh bụi của nguyên liệu để lựa chọn cấu hình phù hợp.
- Ứng dụng: bột mì, bột ngũ cốc, bột cà phê, gia vị dạng bột, sữa bột và một số nguyên liệu công nghiệp dạng mịn.
2. Máy đóng gói sản phẩm dạng hạt
Sản phẩm dạng hạt thường có khả năng chảy tốt hơn dạng bột nên phương pháp định lượng có nhiều lựa chọn. Máy có thể sử dụng cân điện tử, cốc định lượng hoặc bộ phận cấp liệu rung tùy loại sản phẩm và yêu cầu sai số.
Các loại máy này thường được sử dụng để đóng từng khối lượng sản phẩm vào túi, sau đó hàn kín hoặc thực hiện thêm các công đoạn xử lý bao bì theo cấu hình dây chuyền.
- Ứng dụng: gạo, đường, muối, cà phê hạt, đậu, các loại hạt dinh dưỡng, bánh kẹo dạng viên và thức ăn chăn nuôi.
3. Máy đóng gói sản phẩm dạng lỏng
Đối với chất lỏng, phương pháp cấp liệu thường sử dụng bơm hoặc hệ thống chiết rót định lượng thay vì cơ cấu cân dành cho nguyên liệu rời. Thiết bị phải kiểm soát tốt lượng chất lỏng đưa vào bao bì và hạn chế tình trạng nhỏ giọt, tràn hoặc làm ảnh hưởng đến đường hàn.
Tùy độ nhớt, nhiệt độ và đặc tính sản phẩm, nhà sản xuất có thể lựa chọn cơ cấu chiết rót khác nhau. Đây là lý do không nên chọn máy chỉ dựa trên tên gọi “máy đóng gói chất lỏng” mà cần cung cấp mẫu sản phẩm thực tế để thử nghiệm và xác định cấu hình.
- Ứng dụng: nước uống, sữa, nước sốt, dầu ăn, nước tương, nước mắm, dung dịch vệ sinh và một số sản phẩm dạng lỏng khác.
4. Máy đóng gói sản phẩm dạng sệt
Sản phẩm dạng sệt có độ nhớt cao hơn chất lỏng thông thường nên yêu cầu về hệ thống chiết rót cũng khác biệt. Máy thường sử dụng bơm hoặc cơ cấu piston định lượng tùy đặc tính sản phẩm.
Khi lựa chọn thiết bị, cần kiểm tra độ đặc, khả năng chảy và thành phần có chứa hạt hay không. Những yếu tố này ảnh hưởng đến kích thước đường ống, đầu chiết và phương pháp cấp liệu.
- Ứng dụng: tương ớt, tương cà, sốt, mật ong, kem, gel và một số sản phẩm mỹ phẩm dạng đặc.
5. Máy đóng gói sản phẩm dạng rắn
Nhóm sản phẩm rắn có hình dạng và kích thước rất đa dạng nên phương pháp đóng gói cũng phụ thuộc nhiều vào từng mặt hàng. Với sản phẩm có kích thước tương đối đồng đều, máy có thể sử dụng cơ cấu đếm hoặc cấp sản phẩm theo số lượng. Với sản phẩm có kích thước lớn, dây chuyền thường cần cơ cấu cấp liệu và định vị riêng.
- Ứng dụng: bánh kẹo, viên nén, linh kiện nhỏ, phụ kiện, đồ gia dụng và các sản phẩm dạng rời khác.
Trên đây là toàn bộ thông tin chi tiết về cấu tạo, nguyên lý vận hành và các loại máy đóng gói tự động phổ biến nhất hiện nay. Việc đầu tư vào dây chuyền đóng gói tự động không chỉ giúp doanh nghiệp tối ưu hóa chi phí vận hành, nâng cao năng suất mà còn khẳng định sự chuyên nghiệp trong mắt khách hàng.
