Mold with Special Cooling and Ventilation System for Preform Design with Reduced Weight Improving Design and Sustainability

Plastik ambalaj sektöründe sürdürülebilir üretim kavramı, artan çevresel düzenlemeler ve hammadde tedarikindeki zorluklar nedeniyle önem kazanmaktadır. Özellikle uluslararası pazarlarda PET hammaddesinin temin ve taşıma maliyetlerinin artması, üretimde enerji verimliliği ve kaynak tasarrufunu öncelikli hâle getirmiştir. Bu bağlamda, bu çalışma, hafifletilmiş preformlarla uyumlu, özel havalandırma ve soğutma sistemlerine sahip yenilikçi bir şişirme kalıbı tasarımını sunmaktadır. Mevcut 10 gramlık preformdan 9 gramlık yeni bir PET şişe modeli geliştirilmiştir. Hafif preformun daha düşük basınç altında istenilen şişe formunu alabilmesi için kalıp tasarımında kapsamlı iyileştirmeler yapılmıştır. Özellikle kalıbın iç havalandırma sistemi, şişirme sürecinde gerekli hava basıncını azaltmak ve çevrim süresini hızlandırmak amacıyla optimize edilmiştir. Gaz tahliye deliklerinin sayısı ve yerleşimi analiz sonuçlarına göre yeniden düzenlenmiştir. Ayrıca, iç soğutma performansını artırmak ve üretim sırasında sıcaklık kontrolünü iyileştirmek için özel soğutma kanalları geliştirilmiştir. Yapısal analizler, sıcaklık dağılım değerlendirmeleri ve akış simülasyonları gerçekleştirilmiş ve hem termal hem de mekanik olarak optimize edilmiş bir kalıp tasarımı elde edilmiştir. Geliştirilen kalıp modeli üretim hattında test edilmiş ve düşük basınçta hedeflenen şişe formunun başarıyla elde edildiği, ayrıca çevrim süresinde kayda değer bir azalma sağlandığı gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, enerji tüketiminde de önemli bir düşüş kaydedilmiştir. Bu çalışmanın yenilikçi yönleri arasında, hafif preformlara uyumlu yeni bir şişe modelinin geliştirilmesi, özel havalandırma ve soğutma sistemlerinin entegrasyonu ve enerji verimliliğinde sağlanan iyileştirmeler yer almaktadır. Elde edilen teknik kazanımlar yalnızca ürün kalitesi ve üretim verimliliğine değil, aynı zamanda çevresel sürdürülebilirlik hedeflerine de katkı sunmaktadır. Ayrıca, sunulan mühendislik çözümleri, gelecekteki Ar-Ge ve kalıp tasarım projeleri için sağlam bir temel oluşturmaktadır.

In the plastic packaging sector, the concept of sustainable production is gaining importance due to increasing environmental regulations and raw material supply challenges. Particularly, rising procurement and transportation costs of PET raw material in international markets have made energy efficiency and resource conservation in production a priority. In this context, this study presents the design of an innovative blow mold equipped with special ventilation and cooling systems, compatible with lightweight preforms. A new 500 cc PET bottle model was developed by reducing the current preform weight from 10 grams to 9 grams. Extensive improvements were made in the mold design to ensure that the lightweight preform could achieve the desired bottle shape under lower pressure. Specifically, the mold’s internal ventilation system was optimized to reduce required air pressure during the blowing process and accelerate the cycle. The number and placement of gas vent holes were revised based on analysis results. Additionally, dedicated cooling channels were developed to enhance internal cooling performance and improve temperature control during production. Structural analyses, temperature distribution assessments, and flow simulations were conducted, resulting in a mold design optimized both thermally and mechanically. The developed mold model was tested on the production line, where it was observed that the target bottle shape was achieved successfully at low pressure, along with a notable reduction in cycle time. Moreover, a significant decrease in energy consumption was recorded. The innovative aspects of this study include the development of a new lightweight-compatible bottle model, the integration of tailored ventilation and cooling systems, and improvements in energy efficiency. The technical gains achieved contribute not only to product quality and production efficiency but also to broader environmental sustainability goals. Furthermore, the engineering solutions introduced provide a solid foundation for future R&D and mold design projects.