La misurazione coerente e accurata della temperatura è fondamentale nel settore della plastica per garantire la corretta finitura dei prodotti termoformati.Nelle applicazioni di termoformatura sia stazionarie che rotanti, una bassa temperatura di formatura produce stress nella parte formata, mentre temperature troppo elevate possono causare problemi come formazione di 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 di 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 muffa.Il riscaldamento della lastra termoplastica è una delle fasi più cruciali dell'operazione di termoformatura.Le macchine formatrici utilizzano tipicamente riscaldatori di tipo sandwich, costituiti da 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 influiscono tutti sul modo in cui le catene polimeriche plastiche passano in uno stato modellabile e si riformano in una struttura polimerica semicristallina.La struttura molecolare finale congelata determina le caratteristiche fisiche del materiale, nonché le prestazioni del prodotto finale.
Idealmente, il foglio termoplastico dovrebbe riscaldarsi uniformemente fino alla temperatura di formatura appropriata.La lastra viene quindi trasferita a una stazione di stampaggio, dove un'apparecchiatura la preme contro lo stampo per formare la parte, utilizzando il vuoto o aria pressurizzata, talvolta con l'ausilio 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 alimentate a rullo, mentre le macchine alimentate a foglio sono per applicazioni di volume più piccolo.Con operazioni di volume molto elevato, può essere giustificato un sistema di termoformatura in linea e a circuito chiuso completamente integrato.La linea riceve la materia prima plastica e gli estrusori la alimentano direttamente nella termoformatrice.
Alcuni tipi di strumenti di termoformatura consentono il ritaglio dell'articolo formato all'interno della macchina termoformatrice.Utilizzando questo metodo è possibile una maggiore precisione di taglio perché il prodotto e lo scarto scheletrico non necessitano di riposizionamento.Le alternative sono dove il foglio formato passa direttamente alla stazione di ritaglio.
Un volume di produzione elevato richiede in genere l'integrazione di un impilatore di pezzi con la termoformatrice.Una volta impilati, gli articoli finiti vengono imballati in scatole per il trasporto al cliente finale.Il rottame d'ossatura separato viene avvolto su un mandrillo per la successiva triturazione oppure passa attraverso una trituratrice in linea con la termoformatrice.
La termoformatura di lastre di grandi dimensioni è un'operazione complessa e soggetta a perturbazioni, che possono aumentare notevolmente il numero di pezzi scartati.I severi requisiti odierni in termini di qualità della superficie delle parti, precisione dello spessore, tempo di ciclo e resa, uniti alla piccola finestra di lavorazione dei nuovi polimeri di design e dei fogli multistrato, hanno spinto i produttori a cercare modi per migliorare il controllo di questo processo.
Durante la termoformatura, il riscaldamento delle lastre avviene per irraggiamento, convezione e conduzione.Questi meccanismi introducono una grande quantità di incertezza, nonché variazioni temporali e non linearità nella dinamica del trasferimento di calore.Inoltre, il riscaldamento delle lastre è un processo distribuito spazialmente meglio descritto da 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 generalmente controllata sugli elementi riscaldanti, mentre la distribuzione della temperatura attraverso lo spessore della lamiera è la principale variabile del processo.
Ad esempio, un materiale amorfo come il polistirene manterrà generalmente la sua integrità quando riscaldato alla temperatura di formazione a causa dell'elevata resistenza al fuso.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 formazione molto stretta.
Anche i cambiamenti della temperatura ambiente causano problemi nella termoformatura.Il metodo per tentativi ed errori per trovare una velocità di avanzamento del rullo per produrre modanature accettabili potrebbe rivelarsi inadeguato se la temperatura della 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 temperature di formatura molto ristretto.
Tradizionalmente, i termoformatori si affidano a tecniche manuali specializzate per il controllo della temperatura delle lastre.Tuttavia, questo approccio spesso produce risultati inferiori a quelli desiderati in termini di consistenza e qualità del prodotto.Gli operatori devono affrontare un difficile compito di bilanciamento, che implica ridurre al minimo la differenza tra la temperatura interna e quella superficiale della lastra, garantendo al tempo stesso 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 più spesso 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 termocoppie o altri sensori a sonda non possono essere utilizzati o non producono dati accurati.
I termometri IR senza contatto possono essere utilizzati per monitorare la temperatura dei processi rapidi in modo rapido ed efficiente, misurando la temperatura del prodotto direttamente anziché 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 generalmente un'interfaccia operatore e un display per le misurazioni del processo dal forno di termoformatura.Un termometro IR misura la temperatura dei fogli di plastica caldi e in movimento con una precisione dell'1%.Un misuratore da pannello digitale con relè meccanici integrati visualizza i dati di temperatura ed emette segnali di allarme quando viene raggiunta la temperatura impostata.
Utilizzando il software del sistema a infrarossi, i termoformatori possono impostare intervalli di temperatura e uscita, nonché emissività e 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 un indicatore luminoso o un allarme acustico per controllare il ciclo.I dati sulla temperatura di processo possono essere archiviati o esportati in altre applicazioni per l'analisi e la documentazione del 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 più breve periodo di tempo senza surriscaldare la sezione centrale.Il risultato dell'aggiunta di dati accurati sulla temperatura all'esperienza pratica consente lo stampaggio di teli 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 dei materiali termoplastici.In questi processi, gli operatori a volte riscaldano troppo i forni o lasciano i pezzi nello stampo troppo a lungo.Utilizzando un sistema con sensore a infrarossi, è possibile mantenere temperature di raffreddamento costanti tra gli stampi, aumentando la produttività e consentendo la rimozione delle parti senza perdite significative dovute ad attaccamento o 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 risolvere i problemi di avvistamento con i termometri IR, le aziende produttrici di strumenti hanno sviluppato piattaforme di sensori che forniscono l'avvistamento integrato del bersaglio attraverso l'obiettivo, oltre all'avvistamento laser o video.Questo approccio combinato garantisce il puntamento e la posizione del bersaglio corretti nelle condizioni più avverse.
I termometri possono anche incorporare il monitoraggio video simultaneo in tempo reale e la registrazione e archiviazione automatizzata delle immagini, fornendo così preziose informazioni sul processo.Gli utenti possono scattare istantanee del processo in modo rapido e semplice e includere informazioni su temperatura e data/ora nella documentazione.
I termometri IR compatti di oggi offrono il doppio della risoluzione ottica rispetto ai modelli di sensori precedenti e ingombranti, estendendo le loro 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 miniaturizzata ed elettronica separata.I sensori possono raggiungere una risoluzione ottica fino a 22:1 e resistere a temperature ambiente prossime ai 200°C senza alcun raffreddamento.Ciò consente la misurazione accurata di spot di dimensioni 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 un involucro di acciaio inossidabile per proteggerli 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 maggiore comodità.
Gli utenti finali possono ora scegliere termometri IR con messa a fuoco variabile motorizzata e controllata a distanza.Questa funzionalità consente una regolazione rapida e precisa della messa a fuoco dei target di misurazione, manualmente sul retro dello strumento o in remoto tramite una connessione PC RS-232/RS-485.
I sensori IR con messa a fuoco variabile controllata da remoto possono essere configurati in base ai requisiti di ciascuna applicazione, riducendo la possibilità di installazione errata.Gli ingegneri possono ottimizzare il focus 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 migliorando ulteriormente la versatilità della misurazione della temperatura a infrarossi fornendo sistemi con software di calibrazione sul campo, consentendo agli utenti di calibrare i sensori sul posto.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 la misurazione di alta e bassa temperatura;e una scelta di segnali milliampere, millivolt e termocoppia.
I progettisti di 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 così sensibili ai cambiamenti di emissività sul materiale target come i sensori convenzionali ad alta temperatura.Pertanto, forniscono letture più accurate su target diversi 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 contribuire a semplificare i processi di produzione.Gli operatori possono scegliere un codice articolo da un elenco di setpoint di temperatura esistente e registrare automaticamente ciascun valore di temperatura di picco.Questa soluzione elimina lo smistamento e aumenta i tempi ciclo.Inoltre ottimizza il controllo delle zone di riscaldamento e aumenta la produttività.
Affinché i termoformatori possano analizzare in modo completo il ritorno sull'investimento di un sistema automatizzato di misurazione della temperatura a infrarossi, 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 ciascun foglio che passa attraverso il processo di termoformatura.I vantaggi complessivi di un sistema di rilevamento IR automatizzato includono:
• Capacità di archiviare e fornire ai clienti un'immagine termica di ogni parte prodotta per la documentazione di qualità e la conformità ISO.
La misurazione della temperatura a infrarossi senza contatto non è una tecnologia nuova, 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 beneficiano di miglioramenti nella produzione e di una riduzione degli scarti.Anche la qualità dei pezzi migliora perché i produttori ottengono uno spessore più uniforme in uscita dalle loro macchine termoformatrici.
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Orario di pubblicazione: 19 agosto 2019