מדידת טמפרטורה עקבית ומדויקת היא קריטית בתעשיית הפלסטיק כדי להבטיח גימור נכון של מוצרים טרמופורמים.הן ביישומי תרמופורמציה נייחים והן ביישומים סיבוביים, טמפרטורת יצירה נמוכה מייצרת מתחים בחלק היוצר, בעוד שטמפרטורות גבוהות מדי עלולות לגרום לבעיות כמו שלפוחיות ואובדן צבע או ברק.
במאמר זה, נדון כיצד התקדמות במדידת טמפרטורה ללא מגע אינפרא אדום (IR) לא רק עוזרת לפעולות תרמופורמינג לייעל את תהליכי הייצור והתוצאות העסקיות שלהן, אלא גם מאפשרות עמידה בתקני התעשייה לאיכות ואמינות המוצר הסופי.
תרמופורמינג הוא התהליך שבו יריעה תרמופלסטית נעשית רכה וגמישה על ידי חימום, ומעוותת בצורה דו-צירית על ידי כפייה לצורה תלת מימדית.תהליך זה עשוי להתרחש בנוכחות או בהיעדר תבנית.חימום היריעה התרמופלסטית הוא אחד השלבים החשובים ביותר בפעולת התרמופורמינג.מכונות העיצוב משתמשות בדרך כלל בתנורי חימום מסוג סנדוויץ', המורכבים מלוחות של תנורי אינפרא אדום מעל ומתחת לחומר היריעות.
טמפרטורת הליבה של היריעה התרמופלסטית, עוביה וטמפרטורת סביבת הייצור כולם משפיעים על האופן שבו שרשראות פולימר פלסטיק זורמות למצב שניתן לעצב ומתחדשות למבנה פולימרי חצי גבישי.המבנה המולקולרי הקפוא הסופי קובע את המאפיינים הפיזיים של החומר, כמו גם את הביצועים של המוצר הסופי.
באופן אידיאלי, היריעה התרמופלסטית צריכה להתחמם באופן אחיד לטמפרטורת היווצרות המתאימה לה.לאחר מכן, הסדין עובר לתחנת דפוס, שם מנגנון לוחץ אותו אל התבנית כדי ליצור את החלק, באמצעות ואקום או אוויר בלחץ, לפעמים בסיוע פקק מכני.לבסוף, החלק נפלט מהתבנית לשלב הקירור של התהליך.
רוב ייצור התרמופורמינג הוא על ידי מכונות המוזנות בגלילים, בעוד שמכונות להזנת גיליון מיועדות ליישומים בנפח קטן יותר.עם פעולות בנפח גדול מאוד, ניתן להצדיק מערכת תרמופורמינג משולבת במלואה, בשורה, בלולאה סגורה.הקו מקבל חומר גלם פלסטיק ומכבשים מוזנים ישירות למכונת התרמופורמינג.
סוגים מסוימים של כלי תרמופורמינג מאפשרים חיתוך של הפריט שנוצר בתוך מכונת התרמופורמינג.דיוק רב יותר של חיתוך אפשרי בשיטה זו מכיוון שהמוצר וגרוטאות השלד אינם זקוקים למיקום מחדש.חלופות הן היכן שהגיליון שנוצר מצביע ישירות לתחנת החיתוך.
נפח ייצור גבוה דורש בדרך כלל שילוב של מערם חלקים עם מכונת התרמופורמינג.לאחר הערימה, החפצים המוגמרים אורזים לקופסאות להובלה ללקוח הקצה.גרוטאות השלד המופרדות מלופפות על גבי מנדריל לחיתוך אחר כך או עוברת דרך מכונת חיתוך בשורה עם מכונת התרמופורמינג.
תרמופורמציה של יריעות גדולות היא פעולה מורכבת הרגישה להפרעות, שיכולות להגדיל מאוד את מספר החלקים שנדחו.הדרישות המחמירות של ימינו לאיכות משטח חלק, דיוק עובי, זמן מחזור ותפוקה, בשילוב עם חלון העיבוד הקטן של פולימרים מעצבים חדשים ויריעות רב שכבתיות, הניעו את היצרנים לחפש דרכים לשפר את השליטה בתהליך זה.
במהלך תרמופורמינג, חימום יריעות מתרחש באמצעות קרינה, הסעה והולכה.מנגנונים אלה מציגים מידה רבה של אי ודאות, כמו גם שינויים בזמן ואי-ליניאריות בדינמיקת העברת החום.יתר על כן, חימום יריעות הוא תהליך מבוזר במרחב המתואר בצורה הטובה ביותר על ידי משוואות דיפרנציאליות חלקיות.
Thermoforming דורש מפת טמפרטורות מדויקת מרובת אזורים לפני היווצרות של חלקים מורכבים.בעיה זו מורכבת מהעובדה שהטמפרטורה נשלטת בדרך כלל בגופי החימום, בעוד שחלוקת הטמפרטורה על פני עובי הסדין היא משתנה התהליך העיקרי.
לדוגמה, חומר אמורפי כגון פוליסטירן ישמור בדרך כלל על שלמותו כאשר הוא מחומם לטמפרטורת היווצרותו בגלל חוזק התכה גבוה.כתוצאה מכך, קל לטפל בו וליצור אותו.כאשר חומר גבישי מחומם, הוא משתנה בצורה דרמטית יותר ממוצק לנוזל ברגע שמגיעים לטמפרטורת ההיתוך שלו, מה שהופך את חלון הטמפרטורה שנוצר לצר מאוד.
שינויים בטמפרטורות הסביבה גם גורמים לבעיות בתרמופורמינג.שיטת הניסוי והטעייה למציאת מהירות הזנת גליל לייצור עיצובים מקובלים עשויה להתגלות כלא מספקת אם הטמפרטורה במפעל תשתנה (כלומר, במהלך חודשי הקיץ).לשינוי טמפרטורה של 10 מעלות צלזיוס יכולה להיות השפעה משמעותית על התפוקה בגלל טווח הטמפרטורות הצר מאוד.
באופן מסורתי, תרמופורמרים הסתמכו על טכניקות ידניות מיוחדות לבקרת טמפרטורת יריעות.עם זאת, גישה זו מניבה לרוב פחות מהתוצאות הרצויות מבחינת עקביות ואיכות המוצר.למפעילים יש פעולת איזון קשה, הכוללת מזעור ההבדל בין טמפרטורת הליבה וטמפרטורת פני השטח, תוך הבטחת שני האזורים להישאר בטמפרטורת היצירה המינימלית והמקסימלית של החומר.
בנוסף, מגע ישיר עם יריעת הפלסטיק אינו מעשי בתרמופורמינג מכיוון שהוא עלול לגרום לפגמים על משטחי פלסטיק וזמני תגובה בלתי קבילים.
יותר ויותר, תעשיית הפלסטיק מגלה את היתרונות של טכנולוגיית אינפרא אדום ללא מגע למדידת טמפרטורת תהליך ובקרה.פתרונות חישה מבוססי אינפרא אדום שימושיים למדידת טמפרטורה בנסיבות שבהן לא ניתן להשתמש בצמדים תרמיים או בחיישנים אחרים מסוג בדיקה, או שאינם מפיקים נתונים מדויקים.
ניתן להשתמש במדחום IR ללא מגע כדי לנטר את הטמפרטורה של תהליכים נעים במהירות וביעילות, ולמדוד את טמפרטורת המוצר ישירות במקום בתנור או במייבש.לאחר מכן, המשתמשים יכולים להתאים בקלות את פרמטרי התהליך כדי להבטיח איכות מוצר אופטימלית.
עבור יישומי thermoforming, מערכת אוטומטית לניטור טמפרטורה אינפרא אדום כוללת בדרך כלל ממשק מפעיל ותצוגה למדידות תהליך מתנור התרמופורמינג.מדחום IR מודד את הטמפרטורה של יריעות הפלסטיק החמות והנעות ברמת דיוק של 1%.מד פאנל דיגיטלי עם ממסרים מכניים מובנים מציג נתוני טמפרטורה ומוציא אותות אזעקה כאשר הטמפרטורה מוגדרת.
באמצעות תוכנת מערכת האינפרא אדום, thermoformers יכולים להגדיר טווחי טמפרטורה ותפוקה, כמו גם נקודות פליטה ואזעקה, ולאחר מכן לנטר את קריאות הטמפרטורה על בסיס זמן אמת.כאשר התהליך מגיע לטמפרטורה שנקבעה, ממסר נסגר ומפעיל נורית חיווי או אזעקה קולית כדי לשלוט במחזור.ניתן לאחסן נתוני טמפרטורת תהליך או לייצא אותם ליישומים אחרים לצורך ניתוח ותיעוד תהליך.
הודות לנתונים ממדידות ה-IR, מפעילי קו הייצור יכולים לקבוע את הגדרת התנור האופטימלית כדי להרוות את הסדין לחלוטין בפרק הזמן הקצר ביותר מבלי לחמם יתר על המידה את החלק האמצעי.התוצאה של הוספת נתוני טמפרטורה מדויקים לחוויה המעשית מאפשרת יציקת וילון עם מעט מאוד דחיות.בנוסף, לפרויקטים קשים יותר עם חומר עבה או דק יותר יש עובי דופן סופי אחיד יותר כאשר הפלסטיק מחומם באופן אחיד.
מערכות תרמופורמינג עם טכנולוגיית חיישן IR יכולות גם לייעל את תהליכי ביטול התבנית התרמופלסטיים.בתהליכים אלה, מפעילים לפעמים מפעילים את התנורים שלהם חם מדי, או משאירים חלקים בתבנית זמן רב מדי.על ידי שימוש במערכת עם חיישן אינפרא אדום, הם יכולים לשמור על טמפרטורות קירור עקביות על פני תבניות, להגדיל את תפוקת הייצור ולאפשר הסרת חלקים ללא הפסדים משמעותיים עקב הידבקות או עיוות.
למרות שמדידת טמפרטורה אינפרא אדום ללא מגע מציעה יתרונות רבים ומוכחים עבור יצרני פלסטיק, ספקי המכשור ממשיכים לפתח פתרונות חדשים, ולשפר עוד יותר את הדיוק, האמינות וקלות השימוש של מערכות IR בסביבות ייצור תובעניות.
כדי לטפל בבעיות ראייה עם מדי חום IR, חברות מכשירים פיתחו פלטפורמות חיישנים המספקות ראיית יעד משולבת דרך העדשה, בתוספת ראיית לייזר או וידאו.גישה משולבת זו מבטיחה כיוון נכון ומיקום יעד בתנאים הקשים ביותר.
מדי חום עשויים לשלב בו-זמנית ניטור וידאו בזמן אמת והקלטה אוטומטית של תמונות ואחסון - ובכך לספק מידע תהליך חדש יקר ערך.משתמשים יכולים לצלם במהירות ובקלות תמונות של התהליך ולכלול מידע על טמפרטורה ושעה/תאריך בתיעוד שלהם.
מדי החום ה-IR הקומפקטיים של היום מציעים רזולוציה אופטית כפולה מדגמי חיישנים קודמים ומגושמים, ומרחיבים את הביצועים שלהם ביישומי בקרת תהליכים תובעניים ומאפשרים החלפה ישירה של בדיקות מגע.
כמה עיצובים חדשים של חיישני IR משתמשים בראש חישה מיניאטורי ואלקטרוניקה נפרדת.החיישנים יכולים להגיע לרזולוציה אופטית של עד 22:1 ולעמוד בטמפרטורות סביבה המתקרבות ל-200°C ללא כל קירור.זה מאפשר מדידה מדויקת של גדלי נקודה קטנים מאוד בחללים סגורים ותנאי סביבה קשים.החיישנים קטנים מספיק כדי להתקין אותם כמעט בכל מקום, וניתן לאחסן אותם במארז נירוסטה להגנה מפני תהליכים תעשייתיים קשים.חידושים באלקטרוניקה של חיישני IR שיפרו גם את יכולות עיבוד האותות, לרבות פונקציות פליטות, דגימה והחזקה, שיא החזקה, החזקת עמק וממוצע.במערכות מסוימות, ניתן להתאים משתנים אלה מממשק משתמש מרוחק לנוחות נוספת.
משתמשי קצה יכולים כעת לבחור מדי חום IR עם מיקוד מטרה משתנה ממונע, בשלט רחוק.יכולת זו מאפשרת התאמה מהירה ומדויקת של מיקוד מטרות המדידה, או ידנית בחלקו האחורי של המכשיר או מרחוק באמצעות חיבור RS-232/RS-485 למחשב.
חיישני IR עם מיקוד יעד משתנה נשלט מרחוק יכולים להיות מוגדרים בהתאם לכל דרישת יישום, מה שמפחית את הסיכוי להתקנה שגויה.מהנדסים יכולים לכוונן עדין את מיקוד יעד המדידה של החיישן מהבטיחות של המשרד שלהם, ולצפות באופן רציף ולתעד שינויים בטמפרטורה בתהליך שלהם כדי לנקוט בפעולה מתקנת מיידית.
הספקים משפרים עוד יותר את הרבגוניות של מדידת טמפרטורה באינפרא אדום על ידי אספקת מערכות עם תוכנת כיול בשטח, המאפשרת למשתמשים לכייל חיישנים באתר.בנוסף, מערכות IR חדשות מציעות אמצעים שונים לחיבור פיזי, כולל מחברים לניתוק מהיר וחיבורי טרמינלים;אורכי גל שונים למדידת טמפרטורה גבוהה ונמוכה;ומבחר של אותות מיליאמפר, מילי-וולט וצמד תרמי.
מתכנני מכשור הגיבו לבעיות פליטות הקשורות בחיישני IR על ידי פיתוח יחידות אורך גל קצר הממזערות שגיאות עקב אי הוודאות של הפליטה.התקנים אלה אינם רגישים לשינויים בפליטות על חומר המטרה כמו חיישני טמפרטורה רגילים.ככאלה, הם מספקים קריאות מדויקות יותר על פני יעדים משתנים בטמפרטורות משתנות.
מערכות מדידת טמפרטורת IR עם מצב תיקון פליטות אוטומטי מאפשרות ליצרנים להגדיר מתכונים מוגדרים מראש כדי להתאים לשינויים תכופים במוצר.על ידי זיהוי מהיר של אי-סדירות תרמית בתוך יעד המדידה, הם מאפשרים למשתמש לשפר את איכות ואחידות המוצר, להפחית גרוטאות ולשפר את יעילות התפעול.אם מתרחשת תקלה או ליקוי, המערכת יכולה להפעיל אזעקה כדי לאפשר פעולה מתקנת.
טכנולוגיית חישת אינפרא אדום משופרת יכולה גם לעזור לייעל את תהליכי הייצור.מפעילים יכולים לבחור מספר חלק מרשימת נקודות קביעת טמפרטורה קיימת ולתעד אוטומטית כל ערך טמפרטורת שיא.פתרון זה מבטל את המיון ומגדיל את זמני המחזור.זה גם מייעל את השליטה באזורי החימום ומגביר את הפרודוקטיביות.
כדי שתרמופורמרים ינתחו במלואו את ההחזר על ההשקעה של מערכת אוטומטית למדידת טמפרטורה אינפרא אדום, עליהם להסתכל על גורמי מפתח מסוימים.הפחתת העלויות בשורה התחתונה פירושה לקחת בחשבון את הזמן, האנרגיה וכמות הפחתת הגרוטאות שעשויה להתרחש, כמו גם את היכולת לאסוף ולדווח מידע על כל גיליון שעובר בתהליך התרמופורמינג.היתרונות הכוללים של מערכת חישת IR אוטומטית כוללים:
• יכולת לאחסן ולספק ללקוחות תמונה תרמית של כל חלק המיוצר לתיעוד איכותי ותאימות ISO.
מדידת טמפרטורה אינפרא אדום ללא מגע אינה טכנולוגיה חדשה, אך החידושים האחרונים הפחיתו עלויות, הגדילו את האמינות ואפשרו יחידות מדידה קטנות יותר.תרמופורמרים המשתמשים בטכנולוגיית IR נהנים משיפורי ייצור והפחתת גרוטאות.איכות החלקים משתפרת גם מכיוון שהיצרנים מקבלים עובי אחיד יותר שיוצא ממכונות התרמופורמינג שלהם.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
זמן פרסום: 19 באוגוסט 2019