Configurazione automatica del riscaldo in termoformatura

Thermoforming is a technology that processes a thermoplastic sheet, which is two dimensional, to produce a three dimensional structure. The process consists on heating the thermoplastic sheet till is forming temperature, stretching it onto a male or into a female mould and then cooling and unloading the formed part. It’s one of the oldest method of processing plastic material: ancient Egyptian produced food containers by heating and shaping keratin which is a component of tortoiseshell. Modern thermoforming was born between 1940s-1950s with the discovery and marketing of new thermoplastic materials. This technology seems to be easy whilst it is in fact quite sophisticated if excellent results are to be achieved. Thermoforming is still a process of craftsmanship and experience. The final result depends on operators’ ability to find the better machine parameters: particular attention should be placed in the heating of the material. The heating system comprises from one to four heaters (upper and lower, first and second stage) formed by several heating elements (about one hundred per heater). The operator sets the percentage power of each heating elements in relation to the machine and the mould shape. This master thesis deals with the study and implementation of two original methods for automatically setting heating elements power. The two methods are based on operators’ expertise and logical arguments. Their results have been validated with real data concerning refrigerator liners. The content of this thesis has been divided into 5 chapters. In the first one there is an introduction about the process. Particular focus is placed upon the heating phase. The second chapter explains the problem of heating the sheet and proposes two possible solutions that have been translated into matlab programs (chapter 3). Chapter 4 introduces real data concerning refrigerator liners and there is a comparison between these data and the results of the two developed methods. In chapter 5 there are the conclusions of this work.

La termoformatura è uno dei processi più antichi per la deformazione del materiale plastico. Prima della nascita di Cristo, gli Egizi riscaldavano con olio bollente un componente del guscio delle tartarughe (la cheratina) per poi dargli la forma di un contenitore. Il processo di termoformatura consiste nel riscaldare opportunamente un foglio di materiale termoplastico per poi farlo aderire ad uno stampo. Apparentemente sembra un procedimento semplice ma in realtà è molto sofisticato se si vogliono raggiungere risultati eccellenti. La termoformatura moderna è nata circa 60 anni fa con la scoperta e conseguente diffusione dei materiali plastici. Da allora il processo è rimasto affidato ad operatori esperti che impostano i migliori parametri della macchina per ottenere dei risultati che rispettino le specifiche. Particolare attenzione è dedicata alla fase di riscaldamento del foglio iniziale. Questo avviene per irraggiamento attraverso dei piani di riscaldo costituiti da più irradiatori, chiamati anche lampade (circa un centinaio su ogni piano). L’operatore definisce manualmente la percentuale di accensione di ciascun irradiatore in base alla forma dello stampo ed alla termoformatrice che sta utilizzando. Ad ogni pezzo si associa una mappa dei riscaldi in cui sono riassunte le percentuali di accensione di ciascuna lampada. Nel presente lavoro di tesi si è voluto cercare un metodo per produrre in modo automatico una prima mappa dei riscaldi con la quale l’operatore potesse iniziare ad effettuare le prove. Essa sarà un’indicazione iniziale e, molto probabilmente, dovrà essere opportunamente modificata in base al risultato finale. Si sono sviluppati due metodi, entrambi basati sull’esperienza degli operatori. I risultati ottenuti sono stati confrontati con mappe dei riscaldi effettivamente utilizzate in produzione relative a celle frigorifero/freezer. Il contenuto di questo lavoro è stato suddiviso in 5 capitoli. Nel primo vi è un’introduzione al processo di termoformatura, particolare attenzione è dedicata alla fase di riscaldo del materiale. Il secondo si concentra sul problema del riscaldamento del foglio iniziale e propone due metodi risolutivi. Il capitolo 3 riguarda la loro traduzione in programmi matlab. Nel quarto si introducono dati reali riguardanti celle frigorifero/freezer e si confrontano con i risultati dei metodi sviluppati. Il quinto capitolo è dedicato alle conclusioni.