Diseño de caja de cartón corrugado

El diseño de cajas de cartón corrugado es el proceso de adaptar los factores de diseño de las cajas de cartón corrugado (a veces llamado cartón ondulado) o de plástico corrugado a los requisitos funcionales, físicos, de procesamiento y de uso final. Los ingenieros de embalaje trabajan para cumplir con los requisitos de rendimiento de una caja, controlando al mismo tiempo los costos totales en todo el sistema. Las cajas de cartón corrugado son contenedores de envío utilizados para el embalaje de transporte y tienen importantes consideraciones funcionales y económicas. ^{[ 1 ]}

Además del diseño estructural, los códigos de barras impresos , las etiquetas y el diseño gráfico también pueden ser importantes.

Caja de microcanal con precinto de seguridad circular.

Parcialmente abierto; se ve la solapa y la lengüeta de bloqueo.

Las cajas de cartón corrugado se utilizan con frecuencia como contenedores de envío . Las cajas deben contener el producto desde su fabricación hasta su distribución, venta y, a veces, su uso final. Las cajas ofrecen cierto grado de protección al producto por sí mismas, pero a menudo requieren componentes internos como amortiguación , refuerzos y bloqueo para proteger el contenido frágil. Los riesgos del envío dependen en gran medida del sistema logístico empleado. Por ejemplo, las cajas unitarias en una carga sobre un palé no se manipulan individualmente, mientras que las cajas clasificadas y enviadas durante parte de su ciclo de distribución como cargas mixtas o por transportistas exprés pueden sufrir fuertes golpes , patadas, etc. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Los contenedores de envío comunes requieren impresión y etiquetas para identificar el contenido, proporcionar información legal y reglamentaria, y códigos de barras para el enrutamiento. Las cajas que se utilizan para marketing, comercialización y puntos de venta suelen tener gráficos llamativos para facilitar la comunicación del contenido. Algunas cajas están diseñadas para la exhibición del contenido en el estante, conocidas como "embalajes listos para la venta al por menor". Otras están diseñadas para ayudar a dispensar el contenido. Populares por su resistencia, durabilidad, ligereza, reciclabilidad y rentabilidad, las cajas de cartón corrugado se utilizan para el envío de una variedad de artículos. Debido a la calidad y seguridad del embalaje en cajas de cartón corrugado, se utilizan ampliamente en la industria alimentaria. Las cajas soportan la presión que se produce al apilarlas, lo que las hace ideales para un transporte sencillo.

Más del 95% de todos los productos en Estados Unidos se envían en cajas de cartón corrugado. El cartón corrugado representa más de la mitad de todo el papel reciclado en EE. UU.

Fuerza de manejo

La construcción de las cajas debe adaptarse al sistema logístico . Los embalajes diseñados para envíos controlados de cargas uniformes en palés (izquierda) pueden no ser adecuados para envíos mixtos con transportistas exprés (derecha).

Muchos artículos se envían individualmente (en parte o en su totalidad) mediante mensajería urgente, correo postal u otros sistemas logísticos mixtos. Las exigencias de la manipulación manual múltiple, la clasificación automatizada y el apilamiento incontrolado en camiones o contenedores aéreos someten a las cajas, sus cierres y su contenido a un estrés considerable. Las cajas diseñadas para la manipulación y el almacenamiento de cargas unitarias pueden no ser adecuadas para sistemas logísticos mixtos. El envío de cargas parciales ejerce mayor presión sobre los contenedores de cartón corrugado que el envío mediante cargas uniformes de palés en camiones o contenedores intermodales. En ocasiones, las cajas deben ser de construcción más robusta para satisfacer las necesidades del sistema de distribución. Las pruebas de embalaje suelen ajustarse a los riesgos de envío previstos. Los protocolos de prueba de ASTM International y la International Safe Transit Association reflejan esto. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Diversos textos sobre embalaje abordan los factores a considerar en el diseño de paquetes. ASTM International cuenta con las normas D6198, Guía estándar para el diseño de embalajes de transporte, y D5639, Práctica estándar para la selección de materiales de cartón corrugado y la construcción de cajas según los requisitos de rendimiento. Estas normas sugieren factores como el costo (materiales, mano de obra, capital), la utilidad, el rendimiento del embalaje, la maquinabilidad, los requisitos de marketing, los factores logísticos, los riesgos del transporte (compresión, impacto, rotura, humedad, condensación, temperatura, robo), las regulaciones, entre otros.

Los ingenieros y diseñadores de empaques comienzan con las necesidades del proyecto en particular: restricciones de costos, capacidades de la maquinaria, características del producto, necesidades logísticas, regulaciones aplicables, necesidades del consumidor, etc. A menudo, los diseños se realizan con programas de diseño asistido por computadora para el diseño estructural [los archivos se pueden descargar a mesas automatizadas para la creación de muestras]. ^{[ 13 ]} Se pueden considerar varias opciones de diseño y construcción. Las muestras a menudo se envían a pruebas de empaque basadas en ASTM u otros protocolos de prueba estándar como la Asociación Internacional de Tránsito Seguro. El diseño estructural se combina con el diseño gráfico . Para diseños basados ​​en el consumidor, el personal de marketing a veces utiliza grupos focales o medios más cuantitativos para evaluar la aceptación. Se emplean mercados de prueba para programas importantes. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

El proceso comienza con la fabricación de cartón ondulado en una línea de ondulación, una larga serie de máquinas interconectadas que pueden tener el tamaño de un campo de fútbol americano . Una pieza terminada de cartón ondulado de pared simple consiste en una sola capa ondulada intercalada entre dos capas de revestimiento.

Los operarios cualificados preparan las órdenes de trabajo para cada pila de cajas en bruto y las dirigen a las máquinas de fabricación. Se preparan troqueles y patrones de impresión en grandes láminas flexibles de caucho o estaño. Estas se cargan en rodillos y las cajas en bruto se introducen en ellos, donde cada una se recorta, imprime, corta, marca, pliega y pega para formar una caja. Las cajas terminadas se apilan y se envían a una máquina flejadora para su embalaje y envío.

El estilo de caja más común es el Contenedor Ranurado Regular (RSC). Todas las solapas tienen la misma longitud desde el pliegue hasta el borde. Normalmente, las solapas principales se unen en el centro y las secundarias no, a menos que el ancho sea igual al largo. El tamaño de una caja se puede medir tanto en dimensiones internas (para el ajuste del producto) como externas (para la manipulación de maquinaria o paletización). La unión del fabricante suele hacerse con adhesivo, pero también puede hacerse con cinta adhesiva o cosida. La caja se envía desmontada al empaquetador, quien la monta, la llena y la cierra para su envío. El cierre de la caja puede hacerse con cinta adhesiva, adhesivo, grapas, flejes , etc. Las cajas se suelen especificar y pedir según sus dimensiones internas. En Europa, los estilos de caja se especifican normalmente mediante un código de 4 dígitos proporcionado por la Federación Europea de Fabricantes de Cartón Ondulado (FEFCO); un RSC tiene el código 0201. ^{[ 16 ]}

Existen muchos otros estilos de cajas y estructuras de cartón corrugado. Una fuente común es la Fibre Box Association: ^{[ 17 ]}

• FOL (Superposición Total): Una caja de superposición total es similar a una RSC, excepto que las solapas principales se superponen completamente. Las solapas de superposición total proporcionan mayor resistencia al apilamiento y protección de los bordes.
• HSC (Contenedor Semiranurado): Los contenedores semiranurados (HSC) son similares a los RSC, pero con una sola solapa. Son útiles cuando se desea un contenedor abierto por arriba. Los HSC se pueden usar para crear una caja para telescopio.
• Una caja telescópica completa tiene dos secciones totalmente telescópicas. Las secciones pueden estar formadas por grapas, cierres troquelados, adhesivo, etc.
• Una caja de telescopio parcial tiene dos secciones. La superior se extiende parcialmente sobre la inferior. Se usa comúnmente para guardar papel de impresión.
• Una caja Bliss es una caja de tres piezas, generalmente con solapas que se unen en la parte superior ^{[ 18 ].}
• Una bandeja de cartón corrugado se usa a menudo con fines de exhibición o con envoltura retráctil.
• Las almohadillas de esquina corrugadas se pueden utilizar para brindar soporte y amortiguación al producto.
• Las formas troqueladas especiales ofrecen un sinfín de diseños y usos.
• etc.

Los minoristas suelen solicitar que la mercancía se les entregue en contenedores de envío que faciliten el almacenamiento de cajas completas. El objetivo es colocar la caja directamente en los estantes y áreas de almacenamiento sin manipular individualmente los paquetes unitarios o los embalajes primarios. Los minoristas a menudo requieren que los productos vengan en envases listos para la venta para reducir los costos de almacenamiento y ahorrar en gastos de mano de obra. Existen varios diseños de cajas especializadas. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

Muchos de los artículos que se suministran a los gobiernos se manejan muy bien: las cajas se unitarizan, se envían en camiones cubiertos o contenedores intermodales y se almacenan en almacenes . Se aceptan cajas domésticas normales y embalajes comerciales. ^{[ 27 ]}

El material militar , los suministros de campaña y la ayuda humanitaria suelen estar expuestos a un manejo severo y a un almacenamiento incontrolado. A menudo se requieren especificaciones especiales para las cajas de envíos gubernamentales. Se necesitan cartones de fibra resistentes a la intemperie, una construcción de cajas adecuada, un cierre hermético y unitarización. ^{[ 28 ]}

El transporte de mercancías peligrosas o materiales peligrosos está altamente regulado. Con base en las Recomendaciones de la ONU sobre el Transporte de Mercancías Peligrosas , cada país ha coordinado los requisitos de diseño y rendimiento para el transporte. Por ejemplo, en EE. UU., el Departamento de Transporte tiene jurisdicción y publica los requisitos en el Título 49 del Código de Regulaciones Federales . Las cajas de cartón corrugado se describen en los requisitos 4G. El rendimiento (prueba de caída severa, etc.) debe estar certificado para la caja y su contenido. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

Algunas compañías de transporte tienen requisitos adicionales.

El sistema de cierre de una caja es un aspecto importante del diseño. Este se ve afectado por el tipo de equipos disponibles en las líneas de producción, el rendimiento medido en laboratorio, el rendimiento en condiciones reales de uso y la facilidad y seguridad con la que los usuarios finales pueden abrir la caja.

Los cierres de caja incluyen: ^{[ 31 ]}

• Adhesivos , ya sean a base de agua o termofusibles : se aplican manualmente o con máquina. Los adhesivos a base de almidón son la opción preferida para las máquinas corrugadoras por su economía. El almidón sirve como medio para el crecimiento de mohos, líquenes y hongos, por lo que, para prevenirlo, se le añaden antifúngicos antes de su uso.
• Grapas : las grapas se utilizan para sujetar las solapas de la caja. Se pueden usar grapas pequeñas (con una corona nominal de 1/2 pulgada ) con una grapadora de postes. Se pueden usar grapas con una corona más ancha (con una corona nominal de 1 + 1/4 de pulgada ) con una grapadora ciega .
• Las cintas de sellado para cajas , autoadhesivas, están disponibles en varios anchos (36, 48 y 72  mm) y en diferentes grosores. El soporte está compuesto de polipropileno biorientado (BOPP) y tereftalato de polietileno (PET). El sellado se realiza de forma manual o con una selladora semiautomática .
• Cinta de filamento , cinta adhesiva reforzada sensible a la presión que se utiliza para cerrar cajas.
• Cinta de papel engomado: consiste en un papel grueso cuyo adhesivo se activa con agua y adhiere la cinta a la caja.
• Cinta engomada reforzada activada por agua. Dos capas de papel con filamentos de refuerzo incrustados entre ellas.
• Flejes : los flejes se utilizan generalmente para la unitarización, suelen estar hechos de plástico ( polipropileno (PP), polietileno (PE), tereftalato de polietileno (PET) o cloruro de polivinilo (PVC)) o metal ( acero inoxidable ) y están disponibles en varios anchos.
• El embalaje retráctil se realiza con una película delgada de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) o polietileno de baja densidad (LDPE) que se contrae al aplicar calor, envolviendo completamente la caja o el paquete. Generalmente, este método es más costoso, ya que requiere un túnel de calor y más material que otras alternativas; sin embargo, la caja estará mejor protegida del entorno, puesto que el embalaje actúa como barrera.