Pengukuran suhu yang konsisten dan akurat sangat penting dalam industri plastik untuk memastikan penyelesaian akhir produk thermoformed yang benar.Baik pada aplikasi thermoforming stasioner maupun rotari, temperatur pembentukan yang rendah menghasilkan tegangan pada bagian yang dibentuk, sedangkan temperatur yang terlalu tinggi dapat menyebabkan masalah seperti melepuh dan hilangnya warna atau kilap.
Dalam artikel ini, kita akan membahas bagaimana kemajuan dalam pengukuran suhu non-kontak inframerah (IR) tidak hanya membantu operasi thermoforming mengoptimalkan proses manufaktur dan hasil bisnis, namun juga memungkinkan kepatuhan terhadap standar industri untuk kualitas dan keandalan produk akhir.
Thermoforming adalah proses dimana lembaran termoplastik dibuat lunak dan lentur dengan pemanasan, dan dideformasi secara dua-aksial dengan dipaksa menjadi bentuk tiga dimensi.Proses ini dapat berlangsung dengan ada atau tidak adanya cetakan.Pemanasan lembaran termoplastik adalah salah satu tahapan terpenting 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 produksi semuanya memengaruhi bagaimana rantai polimer plastik mengalir ke keadaan yang dapat dicetak dan berubah menjadi struktur polimer semi-kristal.Struktur molekul akhir yang dibekukan menentukan karakteristik fisik bahan, serta kinerja produk akhir.
Idealnya, lembaran termoplastik harus memanas secara merata hingga mencapai suhu pembentukan yang sesuai.Lembaran tersebut kemudian dipindahkan ke stasiun pencetakan, di mana suatu peralatan menekannya pada cetakan untuk membentuk bagian tersebut, baik menggunakan vakum atau udara bertekanan, terkadang dengan bantuan sumbat mekanis.Terakhir, bagian tersebut dikeluarkan dari cetakan untuk tahap proses pendinginan.
Mayoritas produksi thermoforming dilakukan dengan mesin roll-fed, sedangkan mesin sheet-fed digunakan untuk aplikasi volume yang lebih kecil.Dengan operasi volume yang sangat besar, sistem thermoforming loop tertutup yang terintegrasi penuh dan in-line dapat dibenarkan.Jalur ini menerima bahan baku plastik dan ekstruder dimasukkan langsung ke mesin thermoforming.
Jenis alat thermoforming tertentu memungkinkan pemotongan artikel yang dibentuk di dalam mesin thermoforming.Akurasi pemotongan yang lebih baik dapat dicapai dengan menggunakan metode ini karena produk dan potongan kerangka tidak perlu diubah posisinya.Alternatifnya adalah lembar yang terbentuk diindeks langsung ke stasiun pemangkasan.
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 digulung ke mandrill untuk dicacah selanjutnya atau melewati mesin pencacah yang sejajar dengan mesin thermoforming.
Thermoforming lembaran besar adalah operasi kompleks yang rentan terhadap gangguan, yang dapat meningkatkan jumlah komponen yang ditolak secara signifikan.Persyaratan ketat saat ini untuk kualitas permukaan komponen, akurasi ketebalan, waktu siklus dan hasil, ditambah dengan kecilnya waktu pemrosesan pada polimer perancang baru dan lembaran multilapis, telah mendorong produsen untuk mencari cara untuk meningkatkan pengendalian proses ini.
Selama thermoforming, pemanasan lembaran terjadi melalui radiasi, konveksi, dan konduksi.Mekanisme ini menimbulkan banyak ketidakpastian, serta variasi waktu dan nonlinier dalam dinamika perpindahan panas.Selain itu, pemanasan lembaran adalah proses yang terdistribusi secara spasial yang paling baik dijelaskan dengan persamaan diferensial parsial.
Thermoforming memerlukan peta suhu multi-zona yang tepat sebelum pembentukan bagian-bagian yang kompleks.Masalah ini diperparah oleh fakta bahwa suhu biasanya dikontrol pada elemen pemanas, sedangkan distribusi suhu di seluruh ketebalan lembaran merupakan variabel proses utama.
Misalnya, bahan amorf seperti polistiren umumnya akan mempertahankan integritasnya ketika dipanaskan hingga suhu pembentukannya karena kekuatan lelehnya yang tinggi.Hasilnya, mudah ditangani dan dibentuk.Ketika bahan kristalin dipanaskan, ia berubah secara drastis dari padat menjadi cair begitu suhu lelehnya tercapai, sehingga jendela suhu pembentukan menjadi sangat sempit.
Perubahan suhu lingkungan juga menyebabkan masalah pada thermoforming.Metode coba-coba dalam mencari kecepatan pengumpanan gulungan untuk menghasilkan cetakan yang dapat diterima mungkin terbukti tidak memadai jika suhu pabrik berubah (misalnya, selama bulan-bulan musim panas).Perubahan suhu sebesar 10°C dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap keluaran karena rentang suhu pembentukan yang sangat sempit.
Secara tradisional, thermoformer mengandalkan teknik manual khusus untuk mengontrol suhu lembaran.Namun, pendekatan ini sering kali memberikan hasil yang kurang dari yang diharapkan dalam hal konsistensi dan kualitas produk.Operator mempunyai tindakan penyeimbangan yang sulit, yang melibatkan meminimalkan perbedaan antara suhu inti dan permukaan lembaran, sekaligus 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.
Industri plastik semakin menyadari manfaat teknologi inframerah non-kontak untuk pengukuran dan pengendalian suhu proses.Solusi penginderaan berbasis inframerah berguna untuk mengukur suhu dalam keadaan di mana termokopel atau sensor jenis 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 melalui 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%.Meteran panel digital dengan relai mekanis internal menampilkan data suhu dan mengeluarkan sinyal alarm ketika suhu titik setel tercapai.
Dengan 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 setel, relai menutup dan memicu lampu indikator atau alarm suara 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 menjenuhkan lembaran secara menyeluruh dalam waktu sesingkat-singkatnya tanpa membuat bagian tengah menjadi terlalu panas.Hasil dari penambahan data suhu yang akurat ke dalam pengalaman praktis memungkinkan pencetakan tirai dengan sedikit penolakan.Dan, proyek yang lebih sulit dengan bahan yang lebih tebal atau lebih tipis memiliki ketebalan dinding akhir yang lebih seragam bila plastik dipanaskan secara merata.
Sistem thermoforming dengan teknologi sensor IR juga dapat mengoptimalkan proses pelepasan cetakan termoplastik.Dalam proses ini, operator terkadang menjalankan ovennya terlalu panas, atau membiarkan bagian-bagiannya berada di 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 komponen dilepas tanpa kehilangan yang signifikan karena lengket atau berubah bentuk.
Meskipun pengukuran suhu inframerah non-kontak menawarkan banyak keuntungan yang terbukti bagi produsen plastik, pemasok instrumentasi terus mengembangkan solusi baru, yang selanjutnya meningkatkan akurasi, keandalan, dan kemudahan penggunaan sistem IR dalam lingkungan produksi yang menuntut.
Untuk mengatasi masalah penampakan dengan termometer IR, perusahaan instrumen telah mengembangkan platform sensor yang menyediakan penampakan target terintegrasi melalui lensa, ditambah penampakan laser atau video.Pendekatan gabungan ini memastikan sasaran dan lokasi sasaran yang tepat dalam kondisi yang paling buruk.
Termometer juga dapat menggabungkan pemantauan video real-time secara simultan serta perekaman dan penyimpanan gambar otomatis – sehingga memberikan informasi proses baru yang berharga.Pengguna dapat dengan cepat dan mudah mengambil cuplikan proses dan menyertakan informasi suhu dan waktu/tanggal dalam dokumentasi mereka.
Termometer IR ringkas saat ini menawarkan resolusi optik dua kali lipat dibandingkan 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 perangkat 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 terhadap ukuran titik yang sangat kecil di ruang terbatas dan kondisi lingkungan yang sulit.Sensor ini cukup kecil untuk dipasang di mana saja, dan dapat ditempatkan dalam wadah baja tahan karat untuk perlindungan dari proses industri yang keras.Inovasi dalam elektronik sensor IR juga telah meningkatkan kemampuan pemrosesan sinyal, termasuk fungsi emisivitas, pengambilan sampel dan penahan, penahan puncak, penahan lembah, dan fungsi rata-rata.Pada beberapa sistem, variabel-variabel ini dapat disesuaikan dari antarmuka pengguna jarak jauh untuk menambah kenyamanan.
Pengguna akhir kini dapat memilih termometer IR dengan fokus target variabel bermotor yang dikendalikan dari jarak jauh.Kemampuan ini memungkinkan penyesuaian fokus target pengukuran secara 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 kebutuhan aplikasi masing-masing, sehingga mengurangi kemungkinan kesalahan pemasangan.Insinyur dapat menyempurnakan fokus target pengukuran sensor dari kantor mereka yang aman, dan terus mengamati serta mencatat variasi suhu dalam proses mereka untuk mengambil tindakan perbaikan segera.
Pemasok semakin meningkatkan keserbagunaan pengukuran suhu inframerah dengan memasok sistem dengan perangkat lunak kalibrasi lapangan, yang memungkinkan pengguna mengkalibrasi sensor di lokasi.Selain itu, sistem IR baru menawarkan cara berbeda untuk koneksi fisik, termasuk konektor pemutusan 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 akibat ketidakpastian emisivitas.Perangkat ini tidak sensitif terhadap perubahan emisivitas material target dibandingkan sensor suhu tinggi konvensional.Dengan demikian, mereka memberikan pembacaan yang lebih akurat pada berbagai target pada suhu yang berbeda-beda.
Sistem pengukuran suhu IR dengan mode koreksi emisivitas otomatis memungkinkan produsen menyiapkan resep yang telah ditentukan sebelumnya untuk mengakomodasi perubahan produk yang sering dilakukan.Dengan mengidentifikasi ketidakteraturan termal dalam target pengukuran dengan cepat, hal ini memungkinkan pengguna meningkatkan kualitas dan keseragaman produk, mengurangi sisa, dan meningkatkan efisiensi pengoperasian.Jika terjadi kesalahan atau cacat, sistem dapat memicu alarm untuk memungkinkan tindakan perbaikan.
Teknologi penginderaan inframerah yang ditingkatkan juga dapat membantu menyederhanakan proses produksi.Operator dapat memilih nomor komponen dari daftar setpoint suhu yang ada dan secara otomatis mencatat setiap nilai suhu puncak.Solusi ini menghilangkan penyortiran dan meningkatkan waktu siklus.Ini juga mengoptimalkan kontrol zona pemanasan dan meningkatkan produktivitas.
Agar thermoformer dapat 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 sisa 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 menyediakan gambar termal setiap komponen yang diproduksi kepada pelanggan untuk dokumentasi kualitas dan kepatuhan ISO.
Pengukuran suhu inframerah non-kontak bukanlah teknologi baru, namun inovasi terkini telah mengurangi biaya, meningkatkan keandalan, dan memungkinkan unit pengukuran yang lebih kecil.Thermoformer yang memanfaatkan teknologi IR mendapat manfaat dari peningkatan produksi dan pengurangan sisa.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