La misurazione della temperatura coerente e accurata è fondamentale nell'industria della plastica per garantire la finitura corretta dei prodotti termoformati.In entrambe le applicazioni di termoformatura stazionaria e rotativa, la bassa temperatura di formatura produce sollecitazioni nel pezzo formato, mentre temperature troppo elevate possono causare problemi come bolle e perdita di colore o lucentezza.
In questo articolo, discuteremo di come i progressi nella misurazione della temperatura senza contatto a infrarossi (IR) non solo aiutano le operazioni di termoformatura a ottimizzare i processi di produzione e i risultati aziendali, ma consentono anche la conformità agli standard del settore per la qualità e l'affidabilità del prodotto finale.
La termoformatura è il processo mediante il quale un foglio termoplastico viene reso morbido e flessibile mediante riscaldamento e deformato biassialmente mediante forzatura in una forma tridimensionale.Questo processo può avvenire in presenza o in assenza di uno stampo.Il riscaldamento del foglio termoplastico è una delle fasi più cruciali dell'operazione di termoformatura.Le macchine formatrici utilizzano tipicamente riscaldatori di tipo sandwich, che consistono in pannelli di riscaldatori a infrarossi sopra e sotto il materiale in foglio.
La temperatura interna del foglio termoplastico, il suo spessore e la temperatura dell'ambiente di produzione influenzano il modo in cui le catene di polimeri plastici fluiscono in uno stato modellabile e si riformano in una struttura polimerica semicristallina.La struttura molecolare congelata finale determina le caratteristiche fisiche del materiale, nonché le prestazioni del prodotto finale.
Idealmente, il foglio termoplastico dovrebbe riscaldarsi uniformemente alla sua temperatura di formatura appropriata.Il foglio viene quindi trasferito a una stazione di stampaggio, dove un'apparecchiatura la preme contro lo stampo per formare la parte, utilizzando un vuoto o aria pressurizzata, a volte con l'assistenza di un tappo meccanico.Infine, il pezzo viene espulso dallo stampo per la fase di raffreddamento del processo.
La maggior parte della produzione di termoformatura avviene con macchine a bobina, mentre le macchine a foglio sono per applicazioni di volume più piccolo.Con operazioni di volume molto elevato, può essere giustificato un sistema di termoformatura completamente integrato, in linea, a circuito chiuso.La linea riceve la materia prima plastica e gli estrusori alimentano direttamente nella termoformatrice.
Alcuni tipi di strumenti di termoformatura consentono il taglio dell'articolo formato all'interno della macchina di termoformatura.Con questo metodo è possibile una maggiore precisione di taglio poiché non è necessario riposizionare il prodotto e lo sfrido scheletrico.Le alternative sono dove il foglio formato si indicizza direttamente alla stazione di ritaglio.
Un volume di produzione elevato richiede in genere l'integrazione di un impilatore di parti con la macchina di termoformatura.Una volta impilati, gli articoli finiti vengono imballati in scatole per il trasporto al cliente finale.Lo sfrido scheletrico separato viene avvolto su un mandrillo per la successiva trinciatura o passa attraverso una trinciatrice in linea con la termoformatrice.
La termoformatura di grandi lastre è un'operazione complessa e soggetta a perturbazioni, che può aumentare notevolmente il numero di pezzi scartati.I severi requisiti odierni per la qualità della superficie delle parti, l'accuratezza dello spessore, il tempo ciclo e la resa, combinati con la ridotta finestra di elaborazione dei nuovi polimeri di design e delle lastre multistrato, hanno spinto i produttori a cercare modi per migliorare il controllo di questo processo.
Durante la termoformatura, il riscaldamento del foglio avviene per irraggiamento, convezione e conduzione.Questi meccanismi introducono una grande quantità di incertezza, così come variazioni temporali e non linearità nella dinamica del trasferimento di calore.Inoltre, il riscaldamento del foglio è un processo distribuito nello spazio meglio descritto dalle equazioni alle derivate parziali.
La termoformatura richiede una mappa della temperatura precisa e multizona prima della formatura di parti complesse.Questo problema è aggravato dal fatto che la temperatura è tipicamente controllata sugli elementi riscaldanti, mentre la distribuzione della temperatura attraverso lo spessore della lastra è la principale variabile di processo.
Ad esempio, un materiale amorfo come il polistirene manterrà generalmente la sua integrità quando riscaldato alla sua temperatura di formazione a causa dell'elevata forza di fusione.Di conseguenza, è facile da maneggiare e formare.Quando un materiale cristallino viene riscaldato, cambia in modo più drammatico da solido a liquido una volta raggiunta la temperatura di fusione, rendendo la finestra della temperatura di formatura molto stretta.
Anche le variazioni della temperatura ambiente causano problemi nella termoformatura.Il metodo per tentativi ed errori per trovare una velocità di avanzamento del rotolo per produrre modanature accettabili potrebbe rivelarsi inadeguato se la temperatura di fabbrica dovesse cambiare (ad esempio, durante i mesi estivi).Una variazione di temperatura di 10°C può avere un'influenza significativa sulla produzione a causa dell'intervallo di temperatura di formatura molto ristretto.
Tradizionalmente, le termoformatrici si sono affidate a tecniche manuali specializzate per il controllo della temperatura delle lastre.Tuttavia, questo approccio spesso produce risultati inferiori ai desiderati in termini di consistenza e qualità del prodotto.Gli operatori hanno un difficile atto di bilanciamento, che consiste nel ridurre al minimo la differenza tra la temperatura interna e superficiale della lastra, assicurando che entrambe le aree rimangano entro le temperature di formatura minima e massima del materiale.
Inoltre, il contatto diretto con il foglio di plastica non è pratico nella termoformatura perché può causare imperfezioni sulle superfici plastiche e tempi di risposta inaccettabili.
L'industria della plastica sta scoprendo sempre di più i vantaggi della tecnologia a infrarossi senza contatto per la misurazione e il controllo della temperatura di processo.Le soluzioni di rilevamento a infrarossi sono utili per misurare la temperatura in circostanze in cui non è possibile utilizzare termocoppie o altri sensori a sonda o non producono dati accurati.
I termometri IR senza contatto possono essere utilizzati per monitorare la temperatura di processi in rapido movimento in modo rapido ed efficiente, misurando la temperatura del prodotto direttamente invece che nel forno o nell'essiccatore.Gli utenti possono quindi regolare facilmente i parametri di processo per garantire una qualità ottimale del prodotto.
Per le applicazioni di termoformatura, un sistema automatizzato di monitoraggio della temperatura a infrarossi include tipicamente un'interfaccia operatore e un display per le misurazioni di processo dal forno di termoformatura.Un termometro IR misura la temperatura dei fogli di plastica caldi e mobili con una precisione dell'1%.Un misuratore digitale da pannello con relè meccanici incorporati visualizza i dati di temperatura ed emette segnali di allarme quando viene raggiunta la temperatura impostata.
Utilizzando il software del sistema a infrarossi, le termoformatrici possono impostare la temperatura e gli intervalli di uscita, nonché l'emissività e i punti di allarme, quindi monitorare le letture della temperatura in tempo reale.Quando il processo raggiunge la temperatura impostata, un relè si chiude e attiva una spia o un allarme acustico per controllare il ciclo.I dati sulla temperatura di processo possono essere archiviati o esportati in altre applicazioni per analisi e documentazione di processo.
Grazie ai dati delle misurazioni IR, gli operatori della linea di produzione possono determinare l'impostazione ottimale del forno per saturare completamente la lastra nel minor tempo possibile senza surriscaldare la sezione centrale.Il risultato dell'aggiunta di dati di temperatura accurati all'esperienza pratica consente lo stampaggio di drappi con pochissimi scarti.Inoltre, i progetti più difficili con materiale più spesso o più sottile hanno uno spessore della parete finale più uniforme quando la plastica viene riscaldata in modo uniforme.
I sistemi di termoformatura con tecnologia a sensori IR possono anche ottimizzare i processi di sformatura termoplastici.In questi processi, gli operatori a volte fanno funzionare i loro forni troppo caldi o lasciano le parti nello stampo troppo a lungo.Utilizzando un sistema con un sensore a infrarossi, possono mantenere temperature di raffreddamento costanti tra gli stampi, aumentando la produttività e consentendo la rimozione delle parti senza perdite significative dovute all'adesione o alla deformazione.
Anche se la misurazione della temperatura a infrarossi senza contatto offre molti vantaggi comprovati per i produttori di materie plastiche, i fornitori di strumentazione continuano a sviluppare nuove soluzioni, migliorando ulteriormente la precisione, l'affidabilità e la facilità d'uso dei sistemi IR in ambienti di produzione esigenti.
Per affrontare i problemi di avvistamento con i termometri IR, le società di strumenti hanno sviluppato piattaforme di sensori che forniscono un puntamento integrato attraverso l'obiettivo, oltre al puntamento laser o video.Questo approccio combinato garantisce una corretta mira e posizione del bersaglio nelle condizioni più avverse.
I termometri possono anche incorporare il monitoraggio video simultaneo in tempo reale e la registrazione e l'archiviazione automatizzate delle immagini, fornendo così nuove preziose informazioni di processo.Gli utenti possono acquisire rapidamente e facilmente istantanee del processo e includere informazioni su temperatura e ora/data nella loro documentazione.
Gli odierni termometri a infrarossi compatti offrono una risoluzione ottica doppia rispetto ai precedenti modelli di sensori ingombranti, estendendone le prestazioni in applicazioni di controllo di processo impegnative e consentendo la sostituzione diretta delle sonde a contatto.
Alcuni nuovi modelli di sensori IR utilizzano una testina di rilevamento in miniatura e un'elettronica separata.I sensori possono raggiungere una risoluzione ottica fino a 22:1 e resistere a temperature ambiente vicine ai 200°C senza alcun raffreddamento.Ciò consente la misurazione accurata di dimensioni spot molto piccole in spazi ristretti e condizioni ambientali difficili.I sensori sono abbastanza piccoli da poter essere installati praticamente ovunque e possono essere alloggiati in una custodia in acciaio inossidabile per la protezione dai processi industriali difficili.Le innovazioni nell'elettronica dei sensori IR hanno anche migliorato le capacità di elaborazione del segnale, comprese le funzioni di emissività, campionamento e mantenimento, mantenimento del picco, mantenimento della valle e media.Con alcuni sistemi, queste variabili possono essere regolate da un'interfaccia utente remota per una maggiore comodità.
Gli utenti finali possono ora scegliere termometri IR con focalizzazione variabile del target motorizzata e controllata a distanza.Questa capacità consente una regolazione rapida e precisa della messa a fuoco dei target di misurazione, sia manualmente sul retro dello strumento che in remoto tramite una connessione PC RS-232/RS-485.
I sensori IR con focalizzazione variabile del target telecomandata possono essere configurati in base ad ogni esigenza applicativa, riducendo le possibilità di errata installazione.Gli ingegneri possono mettere a punto la messa a fuoco del target di misurazione del sensore dalla sicurezza del proprio ufficio e osservare e registrare continuamente le variazioni di temperatura nel loro processo per intraprendere azioni correttive immediate.
I fornitori stanno ulteriormente migliorando la versatilità della misurazione della temperatura a infrarossi fornendo ai sistemi un software di calibrazione sul campo, consentendo agli utenti di calibrare i sensori in loco.Inoltre, i nuovi sistemi IR offrono diversi mezzi per la connessione fisica, inclusi connettori a disconnessione rapida e connessioni terminali;diverse lunghezze d'onda per misure ad alta e bassa temperatura;e una scelta di segnali in milliampere, millivolt e termocoppia.
I progettisti della strumentazione hanno risposto ai problemi di emissività associati ai sensori IR sviluppando unità a lunghezza d'onda corta che riducono al minimo gli errori dovuti all'incertezza dell'emissività.Questi dispositivi non sono sensibili alle variazioni dell'emissività sul materiale target come i sensori convenzionali ad alta temperatura.In quanto tali, forniscono letture più accurate su target variabili a temperature variabili.
I sistemi di misurazione della temperatura IR con modalità di correzione automatica dell'emissività consentono ai produttori di impostare ricette predefinite per adattarsi a frequenti cambi di prodotto.Identificando rapidamente le irregolarità termiche all'interno dell'obiettivo di misurazione, consentono all'utente di migliorare la qualità e l'uniformità del prodotto, ridurre gli scarti e migliorare l'efficienza operativa.Se si verifica un guasto o un difetto, il sistema può attivare un allarme per consentire un'azione correttiva.
La tecnologia avanzata di rilevamento a infrarossi può anche aiutare a semplificare i processi di produzione.Gli operatori possono scegliere un codice parte da un elenco di setpoint di temperatura esistente e registrare automaticamente ogni valore di temperatura di picco.Questa soluzione elimina lo smistamento e aumenta i tempi ciclo.Ottimizza inoltre il controllo delle zone di riscaldamento e aumenta la produttività.
Affinché le termoformatrici analizzino completamente il ritorno sull'investimento di un sistema di misurazione della temperatura a infrarossi automatizzato, devono considerare alcuni fattori chiave.Ridurre i costi finali significa prendere in considerazione il tempo, l'energia e la quantità di riduzione degli scarti che potrebbe verificarsi, nonché la capacità di raccogliere e riportare informazioni su ogni foglio che passa attraverso il processo di termoformatura.I vantaggi generali di un sistema di rilevamento IR automatizzato includono:
• Possibilità di archiviare e fornire ai clienti un'immagine termica di ogni parte prodotta per documentazione di qualità e conformità ISO.
La misurazione della temperatura a infrarossi senza contatto non è una nuova tecnologia, ma le recenti innovazioni hanno ridotto i costi, aumentato l'affidabilità e consentito unità di misura più piccole.Le termoformatrici che utilizzano la tecnologia IR traggono vantaggio dai miglioramenti della produzione e dalla riduzione degli scarti.La qualità dei pezzi migliora anche perché i produttori ottengono uno spessore più uniforme in uscita dalle loro macchine termoformatrici.
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Tempo di pubblicazione: 19-agosto-2019