Une mesure de température constante et précise est essentielle dans l'industrie du plastique pour assurer une finition correcte des produits thermoformés.Dans les applications de thermoformage stationnaire et rotatif, une température de formage basse produit des contraintes dans la pièce formée, tandis que des températures trop élevées peuvent entraîner des problèmes tels que des cloques et une perte de couleur ou de brillance.
Dans cet article, nous expliquerons comment les progrès de la mesure de température sans contact infrarouge (IR) aident non seulement les opérations de thermoformage à optimiser leurs processus de fabrication et leurs résultats commerciaux, mais permettent également la conformité aux normes de l'industrie en matière de qualité et de fiabilité du produit final.
Le thermoformage est le processus par lequel une feuille thermoplastique est rendue souple et pliable par chauffage, et déformée biaxialement en étant forcée dans une forme tridimensionnelle.Ce processus peut avoir lieu en présence ou en l'absence d'une moisissure.Le chauffage de la feuille thermoplastique est l'une des étapes les plus cruciales de l'opération de thermoformage.Les machines de formage utilisent généralement des radiateurs de type sandwich, qui consistent en des panneaux de radiateurs infrarouges au-dessus et en dessous du matériau en feuille.
La température à cœur de la feuille thermoplastique, son épaisseur et la température de l'environnement de fabrication affectent toutes la façon dont les chaînes polymères plastiques s'écoulent dans un état moulable et se reforment en une structure polymère semi-cristalline.La structure moléculaire congelée finale détermine les caractéristiques physiques du matériau, ainsi que les performances du produit final.
Idéalement, la feuille thermoplastique doit chauffer uniformément jusqu'à sa température de formage appropriée.La feuille est ensuite transférée vers un poste de moulage, où un appareil la presse contre le moule pour former la pièce, en utilisant soit un vide, soit de l'air sous pression, parfois à l'aide d'un bouchon mécanique.Enfin, la pièce est éjectée du moule pour l'étape de refroidissement du processus.
La majorité de la production de thermoformage est réalisée par des machines à rouleaux, tandis que les machines à feuilles sont destinées à des applications à plus petit volume.Avec de très grands volumes d'opérations, un système de thermoformage entièrement intégré, en ligne et en boucle fermée peut être justifié.La ligne reçoit la matière première plastique et les extrudeuses alimentent directement la machine de thermoformage.
Certains types d'outils de thermoformage permettent le recadrage de l'article formé à l'intérieur de la machine de thermoformage.Une plus grande précision de coupe est possible en utilisant cette méthode car le produit et les restes de squelette n'ont pas besoin d'être repositionnés.Les alternatives sont celles où la feuille formée indexe directement sur la station de recadrage.
Un volume de production élevé nécessite généralement l'intégration d'un empileur de pièces avec la machine de thermoformage.Une fois empilés, les articles finis sont emballés dans des cartons pour le transport jusqu'au client final.La ferraille squelettique séparée est enroulée sur un mandrin pour un hachage ultérieur ou passe à travers une machine à hacher en ligne avec la machine de thermoformage.
Le thermoformage de grandes tôles est une opération complexe susceptible de perturbations, ce qui peut augmenter considérablement le nombre de pièces rejetées.Les exigences strictes d'aujourd'hui en matière de qualité de surface des pièces, de précision d'épaisseur, de temps de cycle et de rendement, combinées à la petite fenêtre de traitement des nouveaux polymères de conception et des feuilles multicouches, ont incité les fabricants à rechercher des moyens d'améliorer le contrôle de ce processus.
Pendant le thermoformage, le chauffage de la feuille se produit par rayonnement, convection et conduction.Ces mécanismes introduisent beaucoup d'incertitude, ainsi que des variations temporelles et des non-linéarités dans la dynamique du transfert de chaleur.De plus, le chauffage de la feuille est un processus distribué dans l'espace mieux décrit par des équations aux dérivées partielles.
Le thermoformage nécessite une carte de température précise et multi-zones avant le formage de pièces complexes.Ce problème est aggravé par le fait que la température est généralement contrôlée au niveau des éléments chauffants, tandis que la distribution de température à travers l'épaisseur de la feuille est la principale variable de processus.
Par exemple, un matériau amorphe tel que le polystyrène conservera généralement son intégrité lorsqu'il est chauffé à sa température de formage en raison de sa résistance à l'état fondu élevée.En conséquence, il est facile à manipuler et à former.Lorsqu'un matériau cristallin est chauffé, il passe plus radicalement du solide au liquide une fois que sa température de fusion est atteinte, ce qui rend la fenêtre de température de formation très étroite.
Les changements de température ambiante posent également des problèmes lors du thermoformage.La méthode par essais et erreurs consistant à trouver une vitesse d'alimentation des rouleaux pour produire des pièces moulées acceptables pourrait s'avérer inadéquate si la température de l'usine venait à changer (c'est-à-dire pendant les mois d'été).Un changement de température de 10°C peut avoir une influence significative sur le rendement en raison de la plage de température de formage très étroite.
Traditionnellement, les thermoformeurs se sont appuyés sur des techniques manuelles spécialisées pour le contrôle de la température des feuilles.Cependant, cette approche donne souvent moins que les résultats souhaités en termes de cohérence et de qualité du produit.Les opérateurs ont un équilibre difficile à trouver, qui consiste à minimiser la différence entre les températures à cœur et en surface de la feuille, tout en s'assurant que les deux zones restent dans les températures de formage minimale et maximale du matériau.
De plus, le contact direct avec la feuille de plastique n'est pas pratique dans le thermoformage car il peut provoquer des imperfections sur les surfaces en plastique et des temps de réponse inacceptables.
De plus en plus, l'industrie des plastiques découvre les avantages de la technologie infrarouge sans contact pour la mesure et le contrôle de la température des processus.Les solutions de détection basées sur l'infrarouge sont utiles pour mesurer la température dans des circonstances où les thermocouples ou d'autres capteurs de type sonde ne peuvent pas être utilisés ou ne produisent pas de données précises.
Des thermomètres infrarouges sans contact peuvent être utilisés pour surveiller rapidement et efficacement la température des processus à déplacement rapide, en mesurant la température du produit directement au lieu du four ou du séchoir.Les utilisateurs peuvent alors facilement ajuster les paramètres du processus pour assurer une qualité optimale du produit.
Pour les applications de thermoformage, un système automatisé de surveillance de la température infrarouge comprend généralement une interface opérateur et un affichage pour les mesures de processus du four de thermoformage.Un thermomètre infrarouge mesure la température des feuilles de plastique chaudes en mouvement avec une précision de 1 %.Un indicateur de panneau numérique avec relais mécaniques intégrés affiche les données de température et émet des signaux d'alarme lorsque la température de consigne est atteinte.
À l'aide du logiciel du système infrarouge, les thermoformeuses peuvent définir des plages de température et de sortie, ainsi que des points d'émissivité et d'alarme, puis surveiller les relevés de température en temps réel.Lorsque le processus atteint la température de consigne, un relais se ferme et déclenche un voyant lumineux ou une alarme sonore pour contrôler le cycle.Les données de température de processus peuvent être archivées ou exportées vers d'autres applications à des fins d'analyse et de documentation de processus.
Grâce aux données des mesures infrarouges, les opérateurs de la ligne de production peuvent déterminer le réglage optimal du four pour saturer complètement la feuille dans les plus brefs délais sans surchauffer la section centrale.Le résultat de l'ajout de données de température précises à l'expérience pratique permet un moulage par drapage avec très peu de rejets.Et, les projets plus difficiles avec un matériau plus épais ou plus mince ont une épaisseur de paroi finale plus uniforme lorsque le plastique est chauffé uniformément.
Les systèmes de thermoformage dotés de la technologie de capteur IR peuvent également optimiser les processus de démoulage des thermoplastiques.Dans ces processus, les opérateurs chauffent parfois trop leurs fours ou laissent les pièces trop longtemps dans le moule.En utilisant un système avec un capteur infrarouge, ils peuvent maintenir des températures de refroidissement constantes dans tous les moules, ce qui augmente le débit de production et permet de retirer les pièces sans pertes importantes dues au collage ou à la déformation.
Même si la mesure de température infrarouge sans contact offre de nombreux avantages éprouvés aux fabricants de plastiques, les fournisseurs d'instrumentation continuent de développer de nouvelles solutions, améliorant encore la précision, la fiabilité et la facilité d'utilisation des systèmes IR dans les environnements de production exigeants.
Pour résoudre les problèmes de visée avec les thermomètres infrarouges, les fabricants d'instruments ont développé des plates-formes de capteurs qui fournissent une visée intégrée à travers l'objectif, ainsi qu'une visée laser ou vidéo.Cette approche combinée garantit une visée et un emplacement de cible corrects dans les conditions les plus défavorables.
Les thermomètres peuvent également intégrer une surveillance vidéo simultanée en temps réel et un enregistrement et un stockage automatisés des images, fournissant ainsi de nouvelles informations précieuses sur les processus.Les utilisateurs peuvent rapidement et facilement prendre des instantanés du processus et inclure des informations sur la température et l'heure/la date dans leur documentation.
Les thermomètres infrarouges compacts d'aujourd'hui offrent deux fois la résolution optique des anciens modèles de capteurs volumineux, étendant leurs performances dans les applications de contrôle de processus exigeantes et permettant le remplacement direct des sondes de contact.
Certaines nouvelles conceptions de capteurs IR utilisent une tête de détection miniature et des composants électroniques séparés.Les capteurs peuvent atteindre une résolution optique jusqu'à 22:1 et résister à des températures ambiantes proches de 200°C sans aucun refroidissement.Cela permet une mesure précise de très petites tailles de spot dans des espaces confinés et des conditions ambiantes difficiles.Les capteurs sont suffisamment petits pour être installés à peu près n'importe où et peuvent être logés dans un boîtier en acier inoxydable pour une protection contre les processus industriels difficiles.Les innovations dans l'électronique des capteurs IR ont également amélioré les capacités de traitement du signal, y compris les fonctions d'émissivité, d'échantillonnage et de maintien, de maintien de crête, de maintien de vallée et de moyenne.Avec certains systèmes, ces variables peuvent être ajustées à partir d'une interface utilisateur à distance pour plus de commodité.
Les utilisateurs finaux peuvent désormais choisir des thermomètres IR avec mise au point sur cible variable motorisée et télécommandée.Cette capacité permet un réglage rapide et précis de la mise au point des cibles de mesure, soit manuellement à l'arrière de l'instrument, soit à distance via une connexion PC RS-232/RS-485.
Les capteurs IR avec mise au point cible variable télécommandée peuvent être configurés en fonction des exigences de chaque application, réduisant ainsi les risques d'installation incorrecte.Les ingénieurs peuvent affiner la mise au point de la cible de mesure du capteur depuis la sécurité de leur propre bureau, et observer et enregistrer en continu les variations de température dans leur processus afin de prendre des mesures correctives immédiates.
Les fournisseurs améliorent encore la polyvalence de la mesure de température infrarouge en fournissant des systèmes avec un logiciel d'étalonnage sur le terrain, permettant aux utilisateurs d'étalonner les capteurs sur site.De plus, les nouveaux systèmes IR offrent différents moyens de connexion physique, y compris des connecteurs à déconnexion rapide et des connexions de bornes ;différentes longueurs d'onde pour la mesure de haute et basse température ;et un choix de signaux milliampères, millivolts et thermocouples.
Les concepteurs d'instruments ont répondu aux problèmes d'émissivité associés aux capteurs IR en développant des unités à courte longueur d'onde qui minimisent les erreurs dues à l'incertitude de l'émissivité.Ces dispositifs ne sont pas aussi sensibles aux changements d'émissivité sur le matériau cible que les capteurs conventionnels à haute température.En tant que tels, ils fournissent des lectures plus précises sur différentes cibles à différentes températures.
Les systèmes de mesure de température IR avec mode de correction automatique de l'émissivité permettent aux fabricants de configurer des recettes prédéfinies pour s'adapter aux changements fréquents de produits.En identifiant rapidement les irrégularités thermiques dans la cible de mesure, ils permettent à l'utilisateur d'améliorer la qualité et l'uniformité du produit, de réduire les rebuts et d'améliorer l'efficacité de fonctionnement.Si une panne ou un défaut se produit, le système peut déclencher une alarme pour permettre une action corrective.
La technologie de détection infrarouge améliorée peut également aider à rationaliser les processus de production.Les opérateurs peuvent choisir un numéro de pièce dans une liste de points de consigne de température existante et enregistrer automatiquement chaque valeur de température maximale.Cette solution supprime le tri et augmente les temps de cycle.Il optimise également le contrôle des zones de chauffage et augmente la productivité.
Pour que les thermoformeurs analysent pleinement le retour sur investissement d'un système de mesure de température infrarouge automatisé, ils doivent examiner certains facteurs clés.Réduire les coûts nets signifie prendre en considération le temps, l'énergie et la quantité de réduction des rebuts qui peuvent avoir lieu, ainsi que la capacité de collecter et de rapporter des informations sur chaque feuille passant par le processus de thermoformage.Les avantages globaux d'un système de détection infrarouge automatisé comprennent :
• Capacité d'archiver et de fournir aux clients une image thermique de chaque pièce fabriquée pour la documentation de qualité et la conformité ISO.
La mesure de température infrarouge sans contact n'est pas une nouvelle technologie, mais des innovations récentes ont réduit les coûts, augmenté la fiabilité et permis des unités de mesure plus petites.Les thermoformeuses utilisant la technologie IR bénéficient d'améliorations de la production et d'une réduction des rebuts.La qualité des pièces s'améliore également car les producteurs obtiennent une épaisseur plus uniforme à la sortie de leurs machines de thermoformage.
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Heure de publication : 19 août 2019