Une mesure cohérente et précise de la température est essentielle dans l’industrie du plastique pour garantir une finition correcte des produits thermoformés.Dans les applications de thermoformage stationnaire et rotatif, une basse température de formage produit des contraintes dans la pièce formée, tandis que des températures trop élevées peuvent provoquer 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 la température infrarouge (IR) sans contact aident non seulement les opérations de thermoformage à optimiser leurs processus de fabrication et leurs résultats commerciaux, mais permettent également de se conformer aux normes industrielles 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, puis déformée bi-axialement en étant forcée à prendre une forme tridimensionnelle.Ce processus peut avoir lieu en présence ou en l'absence de moule.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, constitués de panneaux de radiateurs infrarouges au-dessus et en dessous du matériau en feuille.
La température centrale de la feuille thermoplastique, son épaisseur et la température de l'environnement de fabrication affectent toutes la manière dont les chaînes de polymère plastique se transforment en un état moulable et se reforment en une structure polymère semi-cristalline.La structure moléculaire finale congelée détermine les caractéristiques physiques du matériau, ainsi que les performances du produit final.
Idéalement, la feuille thermoplastique devrait chauffer uniformément jusqu'à sa température de formage appropriée.La feuille est ensuite transférée vers une station 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 avec 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 avec des machines à rouleaux, tandis que les machines à feuilles sont destinées aux applications de plus petits volumes.Avec des opérations de très grand volume, un système de thermoformage en ligne entièrement intégré et en boucle fermée peut être justifié.La ligne reçoit la matière première plastique et les extrudeuses alimentent directement la thermoformeuse.
Certains types d'outils de thermoformage permettent de recadrer l'article formé au sein de la machine de thermoformage.Une plus grande précision de coupe est possible grâce à 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 est directement indexée sur la station de culture.
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 être transportés jusqu'au client final.Les débris squelettiques séparés sont enroulés sur un mandrill pour être ensuite hachés ou passent dans une machine à découper en ligne avec la machine de thermoformage.
Le thermoformage de grandes feuilles est une opération complexe et susceptible de subir des perturbations, qui peuvent 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.
Lors du thermoformage, le chauffage de la feuille se produit par rayonnement, convection et conduction.Ces mécanismes introduisent beaucoup d'incertitudes, ainsi que des variations temporelles et des non-linéarités dans la dynamique du transfert de chaleur.De plus, le chauffage des feuilles est un processus spatialement distribué mieux décrit par des équations aux dérivées partielles.
Le thermoformage nécessite une carte de température précise et multizone 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 répartition de la température sur l'épaisseur de la feuille est la principale variable du processus.
Par exemple, un matériau amorphe tel que le polystyrène conservera généralement son intégrité lorsqu'il sera chauffé à sa température de formage en raison de sa résistance élevée à l'état fondu.De ce fait, il est facile à manipuler et à former.Lorsqu’un matériau cristallin est chauffé, il passe de manière plus spectaculaire 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 d'essais et d'erreurs pour trouver une vitesse d'alimentation des rouleaux permettant de produire des pièces moulées acceptables pourrait s'avérer inadéquate si la température de l'usine devait 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 thermoformeuses s'appuyaient sur des techniques manuelles spécialisées pour le contrôle de la température des feuilles.Cependant, cette approche donne souvent des résultats inférieurs aux résultats souhaités en termes de cohérence et de qualité des produits.Les opérateurs ont un difficile exercice d'équilibre, qui consiste à minimiser la différence entre les températures du cœur et de la surface de la feuille, tout en garantissant que les deux zones restent dans les températures minimales et maximales de formage du matériau.
De plus, le contact direct avec la feuille de plastique n'est pas pratique lors du thermoformage car il peut provoquer des imperfections sur les surfaces en plastique et des temps de réponse inacceptables.
De plus en plus, l'industrie du plastique découvre les avantages de la technologie infrarouge sans contact pour la mesure et le contrôle de la température des processus.Les solutions de détection infrarouge sont utiles pour mesurer la température dans des circonstances dans lesquelles les thermocouples ou autres capteurs de type sonde ne peuvent pas être utilisés ou ne produisent pas de données précises.
Des thermomètres IR sans contact peuvent être utilisés pour surveiller rapidement et efficacement la température des processus à évolution rapide, en mesurant la température du produit directement au lieu du four ou du séchoir.Les utilisateurs peuvent ensuite facilement ajuster les paramètres du processus pour garantir une qualité de produit optimale.
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 provenant du four de thermoformage.Un thermomètre IR mesure la température des feuilles de plastique chaudes et en mouvement avec une précision de 1 %.Un indicateur 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 soit un voyant lumineux, soit une alarme sonore pour contrôler le cycle.Les données de température du processus peuvent être archivées ou exportées vers d’autres applications à des fins d’analyse et de documentation du processus.
Grâce aux données des mesures IR, les opérateurs de la ligne de production peuvent déterminer le réglage optimal du four pour saturer complètement la plaque 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 rebuts.Et les projets plus difficiles avec un matériau plus épais ou plus fin ont une épaisseur de paroi finale plus uniforme lorsque le plastique est chauffé uniformément.
Les systèmes de thermoformage dotés de la technologie de capteurs IR peuvent également optimiser les processus de démoulage des thermoplastiques.Dans ces procédés, les opérateurs font parfois chauffer leurs fours à une température trop élevée ou laissent les pièces dans le moule trop longtemps.En utilisant un système doté d'un capteur infrarouge, ils peuvent maintenir des températures de refroidissement constantes dans tous les moules, augmentant ainsi le débit de production et permettant le retrait des pièces sans pertes significatives 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'instruments continuent de développer de nouvelles solutions, améliorant encore la précision, la fiabilité et la facilité d'utilisation des systèmes IR dans des environnements de production exigeants.
Pour résoudre les problèmes de visée avec les thermomètres IR, les fabricants d'instruments ont développé des plates-formes de capteurs qui permettent une visée intégrée de la cible à travers l'objectif, ainsi qu'une visée laser ou vidéo.Cette approche combinée garantit une visée et une localisation correctes de la cible dans les conditions les plus défavorables.
Les thermomètres peuvent également intégrer une surveillance vidéo en temps réel simultanée et un enregistrement et un stockage automatisés des images, fournissant ainsi de nouvelles informations précieuses sur les processus.Les utilisateurs peuvent prendre rapidement et facilement des instantanés du processus et inclure des informations sur la température et l'heure/date dans leur documentation.
Les thermomètres IR compacts d'aujourd'hui offrent deux fois la résolution optique des modèles de capteurs volumineux précédents, augmentant ainsi leurs performances dans les applications exigeantes de contrôle de processus et permettant le remplacement direct des sondes de contact.
Certaines nouvelles conceptions de capteurs infrarouges 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 points 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 les protéger des processus industriels difficiles.Les innovations dans l'électronique des capteurs IR ont également amélioré les capacités de traitement du signal, notamment les fonctions d'émissivité, d'échantillonnage et de maintien, de maintien des crêtes, de maintien des vallées et de moyenne.Avec certains systèmes, ces variables peuvent être ajustées à partir d'une interface utilisateur distante pour plus de commodité.
Les utilisateurs finaux peuvent désormais choisir des thermomètres IR avec une mise au point 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 variable télécommandée peuvent être configurés en fonction des exigences de chaque application, réduisant ainsi le risque d'installation incorrecte.Les ingénieurs peuvent affiner la cible de mesure du capteur depuis la sécurité de leur propre bureau, et observer et enregistrer en permanence les variations de température dans leur processus afin de prendre des mesures correctives immédiates.
Les fournisseurs améliorent encore la polyvalence de la mesure de la température infrarouge en fournissant aux systèmes 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, notamment des connecteurs à déconnexion rapide et des connexions de bornes ;différentes longueurs d'onde pour la mesure de hautes et basses températures ;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 au sein de 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 opérationnelle.Si une panne ou un défaut survient, le système peut déclencher une alarme pour permettre une action corrective.
Une technologie améliorée de détection infrarouge peut également contribuer 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 automatisé de mesure de la température infrarouge, ils doivent examiner certains facteurs clés.Réduire les coûts nets signifie prendre en compte le temps, l'énergie et la quantité de déchets réduits 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 IR automatisé comprennent :
• Possibilité d'archiver et de fournir aux clients une image thermique de chaque pièce fabriquée pour la documentation qualité et la conformité ISO.
La mesure de la température infrarouge sans contact n'est pas une nouvelle technologie, mais les 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 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