De 6-stappen methode om dempende verpakkingen te ontwikkelen

Een goeie verpakking moet het product optimaal beschermen, en dit zowel tijdens het transport als bij het verhandelen. Bij het ontwerpen van een optimale verpakking moet men weten aan welke gevaren het product en de verpakking blootgesteld zullen worden.

Er kan van alles fout gaan maar de ervaring leert ons dat men vooral rekening moet houden met een val tijdens het transport, met de trillingen die worden veroorzaakt door het transportmiddel en met het gewicht van de andere goederen bij het opslaan. Een perfecte verpakking met optimale demping houdt rekening met zowel de fragiliteit van het product als met de omgeving waarin het product wordt getransporteerd.

Pas hierbij op voor twee valkuilen. Wanneer de verpakking niet voldoende bescherming biedt, zal zowel tijdens het transport als bij het verhandelen het product makkelijk beschadigd worden. Deze ‘onder-verpakking’ is makkelijk te detecteren en te vermijden.

Door veranderingen aan te brengen in de transportmethode, de vormgeving van de verpakking, de vormgeving van het product of combinaties hiervan kan men makkelijk corrigeren.

Een andere valkuil bestaat erin dat men het product ‘oververpakt’. In dat geval biedt de verpakking meer bescherming dan nodig. Foute verpakkingen betekenen hoe dan ook foute kosten voor het bedrijf en een verspilling van geld en energie.

Stap 1: Definieer de omgeving

Bij het ontwerpen van dempende verpakkingen zal men de omgevingsfactoren tijdens het transport nauwkeurig bestuderen. Men neemt de distributiemethode onder de loep en detecteer de mogelijke gevaren en de frequentie en intensiteit waarmee deze voorkomen. Concreet gaat het hier over een accidentele val tijdens de manipulatie van de goederen, trillingen van voertuigen, schokken, extreme temperaturen, vochtschommelingen en compressie door andere ladingen.

Schok

Elk product met bijhorende verpakking wordt wel eens door elkaar geschud, maar de ergste schokken gebeuren tijdens het verhandelen van de goederen: inladen, uitladen, sorteren, stapelen, samenvoegen tot bulk, scheiden van bulk. Het is vooral belangrijk om de hoogte te bepalen vanwaar een pakket zou kunnen vallen.

Bovenstaande grafiek leert ons het volgende:

De kans dat een pakje van een grote hoogte valt is minimaal.
De meeste pakjes vallen meermaals van op een lage hoogte, terwijl er slechts enkele meer dan één keer vallen van op grote hoogtes.
Gegroepeerde pakketten zijn minder onderhevig aan vallen dan individuele verpakkingen.
De meeste pakjes vallen op hun bodem. In de meeste studies gaat dit om meer dan 50% van de gevallen.
Hoe zwaarder het pakket, hoe lager de valhoogte.
Hoe groter het pakket, hoe lager de valhoogte.
Handvaten verminderen de valhoogte, doordat de pakjes tijdens het verhandelen lager tegen de grond worden gehouden.
Etiketten met de vermelding ‘Fragile’ en ‘Handle with care’ hebben slechts een minimaal effect.

Vibratie

Transport en vibratie zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. De vibratie waarmee we te maken hebben in de wereld van de distributie is van nature zeer complex. Het is een combinatie van verschillende frequenties, veroorzaakt door diverse bronnen. Dit type van vibratie wordt gezien als ‘random’ over de tijd omdat het onmogelijk is te voorspellen wat er precies zal gebeuren tijdens een transport. De verschillende frequenties kunnen bovendien in diverse intensiteiten voorkomen.

Stap 2: Analyse van de productfragiliteit

Zoals men het gewicht van een product kan bepalen met een weegschaal, zo kan men de robuustheid van het product meten met dynamische inputs. Een schokbank wordt gebruikt om een schadegrenscurve te genereren en een vibratietafel wordt ingezet om de natuurlijke frequentie van een product vast te leggen.

Schok: De schadegrens

De schadegrens-theorie (in het Engels ‘damage boundary’) is een testprotocol dat bepaalt welke schokken schade zullen veroorzaken aan een product en welke niet. Er zijn twee elementen in een schok- impuls die schade kunnen veroorzaken, het versnellingsniveau en de snelheidsverandering. De snelheidsverandering (de oppervlakte onder de curve met de versnelling tegenover de tijd) kan gezien worden als de energie die een schok bevat. Hoe hoger de snelheidsverandering, hoe hoger de energie-inhoud. Er is een minimum aan snelheidsverandering nodig vooraleer er schade aan een product kan optreden. Dit niveau heet de kritische snelheidsverandering. Onder de kritische snelheidsverandering, treedt er geen schade op, wat het acceleratieniveau ook is. In deze regio is er geen voldoende energie om het product te beschadigen. Als de kritische snelheidsverandering echter overschreden wordt, betekent dat niet automatisch dat het product wel wordt beschadigd. Als de kritische snelheidsverandering wordt overschreden in een zone met lage acceleratieniveaus, dan kan de snelheidsverandering zeer groot zijn zonder schade op te leveren. Het is pas als de kritische snelheidsverandering en de kritische versnelling beide worden overschreden, dat er schade zal optreden.

Vibratie: Resonantiefrequenties

Men is het erover eens dat schade door vibratie enkel optreedt bij die frequenties waar de producten gevoelig voor zijn. Het identificeren van deze frequenties is daarom een kritische stap in het ontwerpen van een verpakking. Om de natuurlijke of resonantiefrequenties van een product te vinden, wordt het product, zonder verpakking, op een vibratietafel onderworpen aan een reeks van verschillende frequenties.

Stap 3: Verbetering van het product

Bij deze stap brengt men het product en de verpakking samen. De resultaten van de testen op productfragiliteit zijn nu aan het woord. In bepaalde gevallen investeert men beter in een versteviging of aanpassingen van het product in het toevoegen van, soms dure, verpakkingen. Vaak kan de fragiliteit van een product verbeterd worden door een minimale aanpassing in het ontwerp. Deze kleine meerprijs voor het product betekent vaak een significante kostenbesparing op de verpakking.

Stap 4: Evaluatie van de materialen met dempende eigenschappen (buffers)

De producenten van buffermaterialen verschaffen meestal alle informatie over de performantie van hun producten. In sommige gevallen echter moeten deze data nog verder worden uitgewerkt en moet men zowel de schokabsorptie als de vibratietransmissie van het buffermateriaal nog nader bestuderen. Bovendien mag men niet vergeten dat het buffermateriaal slechts een deeltje is van de volledige verpakking en dat productoppervlakte, -dikte, - gewicht en andere factoren van de verpakking de performantie van de buffermaterialen in welbepaalde situaties kunnen beïnvloeden. Kortom, de verkregen data maken een wetenschappelijke inschatting van het gedrag van de buffermaterialen mogelijk, maar vragen tegelijk om verfijning.

Schok

Een schok-dempingscurve beschrijft het buffermateriaal in termen van de versnelling doorgegeven aan het object dat valt op dat buffermateriaal, en dit voor verschillende gewichten. Een buffercurve wordt opgesteld voor iedere combinatie van materiaaltype, materiaaldikte en valhoogte.

Vibratie

De versterkings/afzwakkingscurve definieert de frequenties waarop het buffermateriaal de vibratie- input zal versterken of de frequenties waarop het buffermateriaal de frequenties zal uitfilteren of verzwakken. Er wordt een versterkings/afzwakking curve opgesteld voor iedere combinatie van materiaaltype en –dikte.

Stap 5: Verpakkingsontwerp

De verpakkingsontwerper heeft nu alle nodige informatie om een product adequaat te beschermen tijdens de distributie. Stap 1 doet hem rekening houden met de omgevingsfactoren tijdens verhandeling en transport. Stap 2 bepaalt de robuustheid van het product en hoe het in zijn omgeving stand zal kunnen houden. Stap 3 evalueert de robuustheid van het product en onderzoekt of er een aanpassing nodig is. Stap 4 definieert de performantie van de verpakkingsmaterialen. Nu wordt al deze informatie verzameld. De uiteindelijke verpakking zal met al deze factoren rekening moeten houden.

Schok

Eerst worden de buffermaterialen geselecteerd op basis van de performantiecurves. Het is belangrijk dat de valhoogte waarop de buffercurves worden gegenereerd, dezelfde is als de valhoogteselectie in stap 1. Nadien wordt de kritische versnelling, bepaald in stap 2, voor elk van de buffercurves gedefinieerd.

Vibratie

Voor het onderzoek naar vibratie, dienen we de versterkings/afzwakking curve van de geselecteerde buffermaterialen te verzamelen. Eenmaal de statische ladingen gedefinieerd zijn, kan het juiste materiaal en bijhorende dikte geselecteerd worden. De actuele statische lading die gekozen wordt is van verschillende factoren afhankelijk en bepaalt de hoeveelheid materiaal die nodig zal zijn.

Stap 6: Testen van product en verpakking samen

Van zodra het verpakkingsontwerp klaar is, wordt het volledige prototype getest. Men wil er zeker van zijn dat alle gestelde doelen bereikt zijn.

Schok

Het pakket moet kunnen vallen van op een hoogte, vastgesteld in stap 1. Bij het vallen mag de kritische versnelling niet overschreden worden. Een versnellingsmeter, die gemonteerd wordt op een rigide stuk van het product nabij het zwaartepunt, kan gebruikt worden om het versnellingsniveau te bepalen dat door het buffermateriaal aan het product wordt doorgegeven. Er wordt een rigide stuk gekozen om de impact van het volledige product te kennen en deze te kunnen vergelijken met de eerder gemaakte versnellingstesten. Het kan wenselijk zijn op bijkomende plaatsen te meten maar desondanks is het meten van een rigide zone, de beste manier om de performantie van een verpakking te kennen.

Vlakke vallen zijn de meest strenge, tenminste als men kijkt naar het acceleratieniveau dat naar het product wordt overgebracht. Bij een vlakke val zal alle energie via één as het product binnendringen. Er gaat zeer weinig energie verloren in het samendrukken van hoeken of ribben van de verpakking of het roteren van deze verpakking.

Vlakke vallen worden daarom gebruikt om de performantie van het verpakkingssysteem te testen. Maar men laat product en verpakking ook vallen op hun hoeken of ribben. Deze val veroorzaakt eerder schade aan de structuur van de verpakking.

Vibratie

Idealiter zal de verpakking alle frequenties uitfilteren waarvoor het product het meest gevoelig is. Om dit te bereiken moet de natuurlijke frequentie van het verpakkingssysteem minder dan de helft bedragen van de laagste natuurlijke frequentie van het product. Om vibratieresponstesten op een pakket uit te voeren, wordt er opnieuw een versnellingsopnemer geplaatst op een rigide deel van het product. Hierna wordt een lage sinusoïdale trilling uitgestuurd met een frequentiegebied dat de resonantiefrequenties van het onverpakte product omvat. Bij deze test wordt eerder de respons van het verpakkingssysteem gemeten dan van het product. Een transmissibiliteitscurve van de verpakkingsrespons wordt gegenereerd en gebruikt om na te gaan of de verpakking naar behoren werkt.

Conclusion

Het ontwerpen van een beschermende verpakking met optimale demping kan in 6 stappen worden opgedeeld. Elke stap verschaft informatie die nuttig is om de optimale verpakkingsoplossing te vinden. 1) Definieer de omgeving 2) Analyseer de productfragiliteit 3) Verbeter indien nodig het product 4) Evalueer de materialen met dempende eigenschappen (buffers) 5) Ontwerp het verpakkingssysteem 6) Test het product en de verpakking samen Het ontwikkelen en ontwerpen van de verpakking is een langdurig en veelzijdig proces. Belangrijk hierin is het accuraat bepalen van hoe performant een verpakking moet zijn om genoeg bescherming te bieden.