Pengukuran suhu yang akurat dan konsisten sangat penting dalam industri plastik untuk memastikan penyelesaian produk thermoformed yang benar.Dalam aplikasi thermoforming stasioner dan putar, suhu pembentukan rendah menghasilkan tekanan pada bagian yang dibentuk, sedangkan suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan masalah seperti terik dan hilangnya warna atau kilap.
Dalam artikel ini, kita akan membahas bagaimana kemajuan dalam pengukuran suhu nonkontak inframerah (IR) tidak hanya membantu operasi thermoforming mengoptimalkan proses manufaktur dan hasil bisnis mereka, tetapi juga memungkinkan kepatuhan dengan standar industri untuk kualitas dan keandalan produk akhir.
Thermoforming adalah proses di mana lembaran termoplastik dibuat lunak dan lentur dengan pemanasan, dan dideformasi secara bi-aksial dengan dipaksa menjadi bentuk tiga dimensi.Proses ini dapat terjadi dengan ada atau tidak adanya cetakan.Pemanasan lembaran termoplastik adalah salah satu tahap paling penting dalam operasi thermoforming.Mesin pembentuk biasanya menggunakan pemanas tipe sandwich, yang terdiri dari panel pemanas inframerah di atas dan di bawah bahan lembaran.
Suhu inti lembaran termoplastik, ketebalannya dan suhu lingkungan manufaktur semuanya mempengaruhi bagaimana rantai polimer plastik mengalir ke keadaan yang dapat dicetak dan direformasi menjadi struktur polimer semi-kristal.Struktur molekul beku akhir menentukan karakteristik fisik material, serta kinerja produk akhir.
Idealnya, lembaran termoplastik harus dipanaskan secara merata hingga mencapai suhu pembentukan yang sesuai.Lembaran tersebut kemudian dipindahkan ke stasiun pencetakan, di mana suatu peralatan menekannya ke cetakan untuk membentuk bagian tersebut, baik menggunakan vakum atau udara bertekanan, kadang-kadang dengan bantuan sumbat mekanis.Akhirnya, bagian dikeluarkan dari cetakan untuk tahap pendinginan proses.
Mayoritas produksi thermoforming adalah dengan mesin roll-fed, sedangkan mesin sheet-fed adalah untuk aplikasi volume yang lebih kecil.Dengan operasi volume yang sangat besar, sistem thermoforming loop tertutup yang terintegrasi penuh dapat dibenarkan.Jalur menerima bahan baku plastik dan ekstruder dimasukkan langsung ke mesin thermoforming.
Jenis alat thermoforming tertentu memungkinkan pemotongan artikel yang terbentuk di dalam mesin thermoforming.Keakuratan pemotongan yang lebih tinggi dimungkinkan menggunakan metode ini karena produk dan skrap kerangka tidak perlu direposisi.Alternatifnya adalah tempat indeks lembar yang terbentuk langsung ke stasiun tanam.
Volume produksi yang tinggi biasanya memerlukan integrasi penumpuk suku cadang dengan mesin thermoforming.Setelah ditumpuk, barang jadi dikemas ke dalam kotak untuk diangkut ke pelanggan akhir.Potongan kerangka yang terpisah dililitkan ke mandrill untuk pencacahan berikutnya atau melewati mesin pencacah yang sejajar dengan mesin thermoforming.
Thermoforming lembaran besar adalah operasi kompleks yang rentan terhadap gangguan, yang dapat sangat meningkatkan jumlah bagian yang ditolak.Persyaratan ketat saat ini untuk kualitas permukaan bagian, akurasi ketebalan, waktu siklus dan hasil, ditambah dengan jendela pemrosesan kecil dari polimer desainer baru dan lembaran multilayer, telah mendorong produsen untuk mencari cara untuk meningkatkan kontrol proses ini.
Selama thermoforming, pemanasan lembaran terjadi melalui radiasi, konveksi, dan konduksi.Mekanisme ini memperkenalkan banyak ketidakpastian, serta variasi waktu dan nonlinier dalam dinamika perpindahan panas.Selanjutnya, pemanasan lembaran adalah proses terdistribusi spasial yang paling baik dijelaskan oleh persamaan diferensial parsial.
Thermoforming membutuhkan peta suhu multi-zona yang tepat sebelum membentuk bagian yang kompleks.Masalah ini diperparah oleh fakta bahwa suhu biasanya dikontrol pada elemen pemanas, sedangkan distribusi suhu di seluruh ketebalan lembaran adalah variabel proses utama.
Misalnya, bahan amorf seperti polistirena umumnya akan mempertahankan integritasnya ketika dipanaskan sampai suhu pembentukannya karena kekuatan leleh yang tinggi.Akibatnya, mudah untuk menangani dan membentuk.Ketika bahan kristal dipanaskan, itu berubah lebih dramatis dari padat menjadi cair setelah suhu lelehnya tercapai, membuat jendela suhu pembentukan sangat sempit.
Perubahan suhu lingkungan juga menyebabkan masalah dalam thermoforming.Metode coba-coba untuk menemukan kecepatan pengumpanan gulungan untuk menghasilkan cetakan yang dapat diterima mungkin terbukti tidak memadai jika suhu pabrik berubah (yaitu, selama bulan-bulan musim panas).Perubahan suhu 10°C dapat memiliki pengaruh yang signifikan pada keluaran karena rentang suhu pembentukan yang sangat sempit.
Secara tradisional, thermoformer mengandalkan teknik manual khusus untuk kontrol suhu lembaran.Namun, pendekatan ini sering kali menghasilkan kurang dari hasil yang diinginkan dalam hal konsistensi dan kualitas produk.Operator memiliki tindakan penyeimbangan yang sulit, yang melibatkan meminimalkan perbedaan antara suhu inti dan permukaan lembaran, sambil memastikan kedua area tetap berada dalam suhu pembentukan minimum dan maksimum material.
Selain itu, kontak langsung dengan lembaran plastik tidak praktis dalam thermoforming karena dapat menyebabkan noda pada permukaan plastik dan waktu respons yang tidak dapat diterima.
Semakin banyak, industri plastik menemukan manfaat dari teknologi inframerah non-kontak untuk pengukuran dan kontrol suhu proses.Solusi penginderaan berbasis inframerah berguna untuk mengukur suhu dalam keadaan di mana termokopel atau sensor tipe probe lainnya tidak dapat digunakan, atau tidak menghasilkan data yang akurat.
Termometer IR non-kontak dapat digunakan untuk memantau suhu proses yang bergerak cepat dengan cepat dan efisien, mengukur suhu produk secara langsung, bukan oven atau pengering.Pengguna kemudian dapat dengan mudah menyesuaikan parameter proses untuk memastikan kualitas produk yang optimal.
Untuk aplikasi thermoforming, sistem pemantauan suhu inframerah otomatis biasanya mencakup antarmuka operator dan tampilan untuk pengukuran proses dari oven thermoforming.Termometer IR mengukur suhu lembaran plastik yang panas dan bergerak dengan akurasi 1%.Pengukur panel digital dengan relai mekanis internal menampilkan data suhu dan mengeluarkan sinyal alarm saat suhu titik yang disetel tercapai.
Menggunakan perangkat lunak sistem inframerah, thermoformer dapat mengatur rentang suhu dan keluaran, serta titik emisivitas dan alarm, dan kemudian memantau pembacaan suhu secara real-time.Ketika proses mencapai suhu titik yang disetel, relai menutup dan memicu lampu indikator atau alarm yang dapat didengar untuk mengontrol siklus.Data suhu proses dapat diarsipkan atau diekspor ke aplikasi lain untuk analisis dan dokumentasi proses.
Berkat data dari pengukuran IR, operator lini produksi dapat menentukan pengaturan oven yang optimal untuk memenuhi lembaran sepenuhnya dalam periode waktu tersingkat tanpa terlalu panas di bagian tengah.Hasil penambahan data suhu yang akurat ke pengalaman praktis memungkinkan pencetakan drape dengan sangat sedikit penolakan.Dan, proyek yang lebih sulit dengan bahan yang lebih tebal atau lebih tipis memiliki ketebalan dinding akhir yang lebih seragam ketika plastik dipanaskan secara merata.
Sistem thermoforming dengan teknologi sensor IR juga dapat mengoptimalkan proses de-moulding termoplastik.Dalam proses ini, operator terkadang menjalankan oven mereka terlalu panas, atau membiarkan bagian dalam cetakan terlalu lama.Dengan menggunakan sistem dengan sensor inframerah, mereka dapat mempertahankan suhu pendinginan yang konsisten di seluruh cetakan, meningkatkan hasil produksi dan memungkinkan suku cadang dilepas tanpa kehilangan signifikan karena lengket atau deformasi.
Meskipun pengukuran suhu inframerah non-kontak menawarkan banyak keuntungan yang telah terbukti bagi produsen plastik, pemasok instrumentasi terus mengembangkan solusi baru, yang selanjutnya meningkatkan akurasi, keandalan, dan kemudahan penggunaan sistem IR di lingkungan produksi yang menuntut.
Untuk mengatasi masalah penglihatan dengan termometer IR, perusahaan instrumen telah mengembangkan platform sensor yang menyediakan penglihatan target melalui lensa yang terintegrasi, ditambah penglihatan laser atau video.Pendekatan gabungan ini memastikan tujuan yang benar dan lokasi target di bawah kondisi yang paling merugikan.
Termometer juga dapat menggabungkan pemantauan video real-time simultan dan perekaman dan penyimpanan gambar otomatis – sehingga memberikan informasi proses baru yang berharga.Pengguna dapat dengan cepat dan mudah mengambil snapshot dari proses dan memasukkan informasi suhu dan waktu/tanggal dalam dokumentasi mereka.
Termometer IR kompak saat ini menawarkan resolusi optik dua kali lipat dari model sensor besar sebelumnya, memperluas kinerjanya dalam aplikasi kontrol proses yang menuntut dan memungkinkan penggantian langsung probe kontak.
Beberapa desain sensor IR baru menggunakan kepala penginderaan mini dan elektronik terpisah.Sensor dapat mencapai resolusi optik hingga 22:1 dan tahan terhadap suhu sekitar mendekati 200 °C tanpa pendinginan apa pun.Hal ini memungkinkan pengukuran yang akurat dari ukuran titik yang sangat kecil di ruang terbatas dan kondisi lingkungan yang sulit.Sensornya cukup kecil untuk dipasang di mana saja, dan dapat ditempatkan di dalam wadah baja tahan karat untuk perlindungan dari proses industri yang keras.Inovasi dalam elektronik sensor IR juga telah meningkatkan kemampuan pemrosesan sinyal, termasuk emisivitas, sampel dan penahan, penahan puncak, penahan lembah, dan fungsi rata-rata.Dengan beberapa sistem, variabel ini dapat disesuaikan dari antarmuka pengguna jarak jauh untuk menambah kenyamanan.
Pengguna akhir sekarang dapat memilih termometer IR dengan pemfokusan target variabel yang dikendalikan dari jarak jauh dan bermotor.Kemampuan ini memungkinkan penyesuaian fokus target pengukuran yang cepat dan akurat, baik secara manual di bagian belakang instrumen atau dari jarak jauh melalui koneksi PC RS-232/RS-485.
Sensor IR dengan pemfokusan target variabel yang dikendalikan dari jarak jauh dapat dikonfigurasi sesuai dengan setiap persyaratan aplikasi, mengurangi kemungkinan pemasangan yang salah.Insinyur dapat menyempurnakan fokus target pengukuran sensor dari keamanan kantor mereka sendiri, dan terus mengamati dan merekam variasi suhu dalam proses mereka untuk mengambil tindakan korektif segera.
Pemasok semakin meningkatkan keserbagunaan pengukuran suhu inframerah dengan memasok sistem dengan perangkat lunak kalibrasi lapangan, yang memungkinkan pengguna untuk mengkalibrasi sensor di lokasi.Selain itu, sistem IR baru menawarkan cara yang berbeda untuk koneksi fisik, termasuk konektor pemutus cepat dan koneksi terminal;panjang gelombang yang berbeda untuk pengukuran suhu tinggi dan rendah;dan pilihan sinyal miliamp, milivolt, dan termokopel.
Perancang instrumentasi telah menanggapi masalah emisivitas yang terkait dengan sensor IR dengan mengembangkan unit panjang gelombang pendek yang meminimalkan kesalahan karena ketidakpastian emisivitas.Perangkat ini tidak sensitif terhadap perubahan emisivitas pada bahan target sebagai sensor suhu tinggi konvensional.Dengan demikian, mereka memberikan pembacaan yang lebih akurat di berbagai target pada suhu yang bervariasi.
Sistem pengukuran suhu IR dengan mode koreksi emisivitas otomatis memungkinkan produsen menyiapkan resep yang telah ditentukan sebelumnya untuk mengakomodasi perubahan produk yang sering terjadi.Dengan cepat mengidentifikasi penyimpangan termal dalam target pengukuran, mereka memungkinkan pengguna untuk meningkatkan kualitas dan keseragaman produk, mengurangi skrap, dan meningkatkan efisiensi operasi.Jika terjadi kesalahan atau cacat, sistem dapat memicu alarm untuk memungkinkan tindakan korektif.
Teknologi penginderaan inframerah yang disempurnakan juga dapat membantu merampingkan proses produksi.Operator dapat memilih nomor komponen dari daftar setpoint suhu yang ada dan secara otomatis merekam setiap nilai suhu puncak.Solusi ini menghilangkan penyortiran dan meningkatkan waktu siklus.Ini juga mengoptimalkan kontrol zona pemanasan dan meningkatkan produktivitas.
Untuk thermoformer untuk sepenuhnya menganalisis laba atas investasi sistem pengukuran suhu inframerah otomatis, mereka harus melihat faktor-faktor kunci tertentu.Mengurangi biaya bottom line berarti mempertimbangkan waktu, energi, dan jumlah pengurangan scrap yang mungkin terjadi, serta kemampuan untuk mengumpulkan dan melaporkan informasi pada setiap lembar yang melewati proses thermoforming.Manfaat keseluruhan dari sistem penginderaan IR otomatis meliputi:
• Kemampuan untuk mengarsipkan dan memberi pelanggan citra termal dari setiap bagian yang diproduksi untuk dokumentasi kualitas dan kepatuhan ISO.
Pengukuran suhu inframerah non-kontak bukanlah teknologi baru, tetapi inovasi terbaru telah mengurangi biaya, meningkatkan keandalan, dan memungkinkan unit pengukuran yang lebih kecil.Thermoformer yang memanfaatkan teknologi IR mendapat manfaat dari peningkatan produksi dan pengurangan skrap.Kualitas suku cadang juga meningkat karena produsen mendapatkan ketebalan yang lebih seragam dari mesin thermoforming mereka.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Waktu posting: 19 Agustus-2019