Applications
L’extrusion à plat est une technologie bien établie pour la production de produits plats tels que des feuilles de plastique (par exemple, pour le thermoformage de gobelets ou de plateaux jetables), des plaques rigides (comme le plexiglas) ou du carton alvéolé (pour des contenants légers et facilement transportables). Ces matériaux trouvent des applications dans les domaines de l’emballage, la construction, l’automobile et d’autres secteurs exigeant rigidité, légèreté et résistance.
Cette technologie d’extrusion permet de produire facilement en série des lots de produits qui peuvent ensuite être découpés ou emballés. La particularité de la tête plate est qu’elle véhicule généralement plusieurs extrudeuses, afin de proposer un produit contenant différents matériaux pour les faces visibles et le remplissage interne. La machine permet en outre un contrôle précis de l’épaisseur et de la qualité de surface, offrant une polyvalence pour différents polymères et configurations.
Besoins:
Contrôle du processus d'extrusion
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Thermorégulation
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Mesure de la température de matière fondue
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Épaisseur de la plaque
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Tension de l’unité de traction
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Contrôle du débit avec pompe de matière fondue
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Détection de filtre encrassé
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Thermorégulation de la zone de stabilisation
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Surveillance du circuit hydraulique
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Enhancing Production Data
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Besoin:
Contrôle du processus d'extrusion
Le processus d’extrusion nécessite un équilibre continu entre des variables interdépendantes : vitesse de rotation de la vis, température de plusieurs zones, pression du polymère fondu et synchronisation avec les actionneurs auxiliaires. Le système de contrôle doit être en mesure de gérer des recettes complexes, de s’adapter à des changements rapides de matériaux, d’offrir des diagnostics intégrés et de fournir une réponse rapide en cas d’écarts.
Panneau de navigation multitouch
Contrôleur d'automatisation modulaire
Solution:
G-Mation est la plate-forme de contrôle complet, synchrone et intégré du processus d’extrusion. Le cœur du système est le processeur G-Mation P6, associé à des modules distants G3 avec communication par bus EtherCAT. Le contrôle thermique est confié à des régulateurs PID intégrés, tout comme la gestion des entraînements, qui ne nécessite pas l’utilisation de passerelles externes. L’interface utilisateur est gérée via un serveur Web intégré et affichée via les panneaux du navigateur G-Mation W55, qui permettent la projection de tableaux de bord personnalisables.
Principales caractéristiques de la Plate-forme :
- Modèles d’applications préconfigurés et personnalisables
- Technologie Docker pour l’installation d’applications telles que les tableaux de bord IoT, la maintenance prédictive ou l’intégration à des systèmes MES et ERP
- Architecture ouverte et prévue pour l’edge computing
Besoin:
Thermorégulation
Il est essentiel d’assurer la stabilité thermique de ces zones afin que le système puisse répondre rapidement aux variations de charge thermique ou de processus, en évitant les défauts potentiels (instabilités de surface, variations d’épaisseur ou altérations de la qualité optique du produit).
La technologie Gefran pour le contrôle thermique des extrudeuses est basée sur des relais statiques, des régulateurs PID et des thermocouples :
- Chaque résistance est gérée en boucle fermée via une régulation PID, intégrée dans l’automate ou confiée à des contrôleurs dédiés comme le 1250, qui permet de maintenir la température de la matière fondue à ±0,5 °C de la valeur de consigne, garantissant une viscosité constante et l’absence de défauts de surface ou dimensionnels
- Le relais statique GRP-H, compact et doté d’un dissipateur thermique intégré, assure un contrôle précis du courant jusqu’à 120 A. La communication IO-Link permet également une réduction des cartes E/S, grâce à la gestion intégrée de commandes, alarmes et consommation de courant
La solution est évolutive et compatible avec les PID intégrés dans les automates ou sur des modules distants. Les fonctions de mémorisation des recettes et d’historique des tendances prennent en charge les changements de production rapides et l’amélioration continue de la qualité.
Besoin:
Mesure de la température de matière fondue
La température réelle du polymère fondu est un paramètre critique du processus d’extrusion, car elle affecte directement la viscosité du polymère et ses caractéristiques finales, à la fois mécaniques et optiques. La mesure de la température en contact direct avec la masse fondue, plutôt que de la limiter à la surface du cylindre, permet une représentation plus fidèle des conditions réelles du matériau, offrant un avantage significatif en termes de contrôle rhéologique.
Industrie des matières plastiques
En MgO - Industrie des matières plastiques
Gefran propose des capteurs de température spécifiquement conçus avec une gaine de protection en acier inoxydable ou d’autres matériaux compatibles avec le type de polymère (par exemple Hastelloy pour les polymères corrosifs) pour la mesure directe de la masse fondue, avec deux technologies de thermocouple :
- Les types K (NiCr-NiAl) sont les plus populaires pour l’extrusion : ils fonctionnent jusqu’à 850 °C, offrent une réponse rapide et conviennent à la plupart des polymères techniques.
- Les types J (Fe-CuNi) conviennent à des températures légèrement plus basses (jusqu’à 400 °C) et à des environnements moins agressifs.
Les capteurs TCM/TRM peuvent être installés de façon indépendante ou intégrés en combinaison avec des capteurs de pression de la matière fondue, dans une configuration compacte, pour réduire l’espace et simplifier le câblage.
Besoin:
Épaisseur de la plaque
Étape cruciale dans l’extrusion de plaques, la phase de calibrage millimétrique du produit extrudé est réalisée à l’aide de deux rouleaux de calandrage, situés en aval de la tête, une fois que le matériau a déjà commencé à refroidir. Durant cette phase, la position des deux rouleaux doit être surveillée avec la plus grande précision, afin de garantir un dimensionnement uniforme et d’éviter toute imprécision.
Solution:
Le Gefran RK-5, basé sur la technologie magnétostrictive, est conçu pour être monté à l’intérieur des cylindres qui supportent les rouleaux de calandrage. L’absence de contacts électriques garantit fiabilité et longue durée de vie, tandis que la structure AISI 316 et la résistance aux chocs, aux vibrations et aux températures élevées le rendent idéal pour l’environnement d’extrusion. Grâce à ses mesures absolues et à sa haute précision, le RK-5 permet de contrôler l’épaisseur des plaques avec une extrême précision.
Besoin:
Tension de l’unité de traction
Étape cruciale dans l’extrusion de plaques, la phase de calibrage millimétrique du produit extrudé est réalisée à l’aide de deux rouleaux de calandrage, situés en aval de la tête, une fois que le matériau a déjà commencé à refroidir. Durant cette phase, la tension doit être surveillée avec la plus grande précision et maintenue dans des valeurs optimales, afin d’assurer une tension uniforme et d’éviter tout phénomène d’affaissement ou de rupture.
Solution:
Deux cellules de charge Gefran TR, installées sur les côtés des rouleaux de traction, mesurent la force exercée avec une grande précision. Leur intégration mécanique et électronique est conçue pour assurer fiabilité et facilité d’installation :
- Double fonction : Détection précise de la force de tension et support mécanique des composants rotatifs.
- Signal et communication : Les signaux de force analogiques acquis sont traités en temps réel par des amplificateurs dédiés, fournissant une sortie stable, linéarisée et filtrée, optimale pour l’intégration au système de contrôle de ligne.
- Contrôle dynamique : Cette configuration permet au système de gestion d’ajuster rapidement et précisément la tension de l’unité de traction via les entraînements du moteur.
Besoin:
Contrôle du débit avec pompe de matière fondue
Dans certaines applications spécifiques telles que les tubes, les profilés de précision et les plaques, il est nécessaire d’assurer un flux constant de matière fondue, quelles que soient les variations de pression dans la vis. La pompe à matière fondue agit comme un élément stabilisateur entre l’extrudeuse et la tête. La pompe est régulée via un contrôle en boucle fermée, basé sur des relevés de pression en amont et en aval.
Solution:
Gefran utilise deux capteurs MELT de haute précision (en amont et en aval de la pompe) pour réguler la vitesse de la pompe et maintenir une pression stable et un débit constant de polymère fondu. Les capteurs de pression Melt de la série Impact sont parfaits pour les environnements critiques et l’intégration dans des logiques de sécurité :
- Conçu avec une membrane renforcée, un élément de détection piézorésistif et aucun fluide de transmission.
- Stabilité thermique inférieure à 1 % PE (pleine échelle) entre 20 et 350 °C, également parfaite pour les polymères régénérés ou abrasifs.
- La certification PLc et la sortie électrique améliorent la sécurité et la fiabilité, tandis que l’absence de fluide interne rend le capteur également adapté aux applications médicales et alimentaires.
Besoin:
Détection de filtre encrassé
Le filtre protège la matrice des impuretés présentes dans le polymère fondu et les empêche de rester dans le produit. Le filtre a donc tendance à se colmater progressivement, notamment lors des processus de recyclage. Le colmatage augmente la pression en amont et peut compromettre la qualité du produit ou endommager la ligne.
La mesure continue de la pression avant et après le filtre permet de calculer le différentiel de pression et d’activer des alarmes afin de guider l’opérateur vers une intervention manuelle ou de déclencher des systèmes de changement automatique de filtre.
Gefran propose le capteur Impact pour une surveillance précise et fiable de la pression en amont et en aval du filtre, idéal pour les températures élevées (jusqu’à 350 °C) et les environnements difficiles tels que le recyclage et le traitement des polymères chargés.
Principales caractéristiques :
- Membrane jusqu’à 15 fois plus épaisse que les capteurs traditionnels, sans fluide de transmission interne, qui transfère directement la pression à la puce de détection en silicium.
- Haute résistance à l’usure et aux chocs dynamiques, stabilité thermique inférieure à 1 % PE de 20 °C à 350 °C.
- Version IEPLc avec sortie électrique et certification PLc, pour intégration à des systèmes de contrôle de sécurité et configuration d’alarmes certifiées.
Besoin:
Thermorégulation de la zone de stabilisation
Le zone de stabilisation est essentiel au maintien de l’extrusion à une température contrôlée après formage, permettant ainsi la détente des tensions internes et la stabilisation dimensionnelle du matériau. L’absence de contrôle thermique adéquat entraîne un risque de déformations, de variations d’épaisseur ou de défauts mécaniques. D’où la nécessité d’un système de thermorégulation multizone haute performance capable de garantir l’uniformité thermique, des temps de réponse rapides et la répétabilité du processus, réduisant ainsi les déchets et optimisant la qualité finale.
Solution:
Le Power Controller GRM-H est un régulateur intelligent de gestion des charges électriques des fours de stabilisation. Le contrôle avancé de la tension et du courant lui permet d’assurer une thermorégulation stable et précise, évitant des oscillations critiques. Les fonctions de diagnostic intégrées prennent en charge la maintenance prédictive et augmentent la fiabilité des processus. La modularité et la connectivité avec les principaux bus de terrain permettent une intégration simple au système d’automatisation de l’extrudeuse, garantissant continuité de production et qualité uniforme du produit.
Besoin:
Surveillance du circuit hydraulique
Dans le processus d’extrusion à tête plate, le circuit hydraulique intervient dans le mouvement contrôlé de composants essentiels tels que la position des calandres. La surveillance de la pression n’est pas seulement utilisée pour détecter les anomalies, mais constitue un indicateur direct de cohérence entre une commande et sa réponse. Ce retour d’information est donc essentiel non seulement dans le contrôle du processus, mais également pour la sécurité de l’opérateur et la protection de la machine.
Solution:
Les capteurs KS offrent une solution fiable pour la surveillance de la pression dans les circuits hydrauliques, alliant compacité, précision et logique de sécurité. De plus, les capteurs de pression Gefran permettent d’associer des seuils de pression à des commandes machine, offrant ainsi la possibilité de contrôles croisés pour éviter les mouvements inattendus ou manqués, améliorant ainsi la sécurité et la fiabilité opérationnelle du système
Principales caractéristiques :
- Plage de mesure : de 1 à 1 000 bars
- Sorties : analogiques 4…20 mA ou 0…10 V
- Technologie Thick film avec membrane en acier inoxydable
- Certification SIL2, adaptée aux circuits de sécurité
- Version KS-I avec IO-Link pour diagnostic avancé
- Haute résistance mécanique et indice de protection IP67
Besoin:
Enhancing Production Data
Dans l’industrie moderne, les entreprises recherchent des outils capables de maximiser la valeur des données générées par leurs installations afin d’améliorer leurs performances globales. Il est donc essentiel de surveiller le fonctionnement des machines en temps réel, de prévenir les pannes grâce à l’analyse prédictive et d’optimiser la consommation d’énergie. Parallèlement, il existe un besoin croissant d’accompagner les opérateurs et les responsables en leur fournissant des informations contextuelles et des réponses intelligentes qui facilitent la prise de décision au quotidien. L’objectif est de bâtir une industrie de plus en plus connectée, réactive et durable.
Assistant conversationnel d’IA pour l’industrie 5.0
Main modules
Solution:
Le principe de fonctionnement
Le procédé d’extrusion à tête plate pour la production de feuilles, de plaques ou de carton alvéolé se développe à travers des phases bien définies pour garantir un produit uniforme à l’épaisseur contrôlée.
Le polymère, en granulés, est alimenté en continu dans la trémie, afin d’assurer un approvisionnement de matériau constant. En l’absence de doseur, l’on dit que l’extrudeuse est une « bouche affamée » : la vis, en effet, aspire le matériau de la trémie de manière continue et régulière, assurant une plastification uniforme et ininterrompue.
Au sein de la chambre de plastification, la vis chauffée transforme les granulés solides en une masse fondue homogène et fluide, prête à être traitée. Contrairement au contrôle par dosage de la quantité de matière, le débit de la matière fondue est principalement régulé par une pompe à matière fondue située en aval de l’extrudeuse. Cette pompe permet de gérer avec précision la quantité de matière atteignant la tête plate, assurant une pression constante et un débit stable.
La masse fondue provenant d’une ou plusieurs extrudeuses est ensuite poussée à travers la tête plate, une matrice rectangulaire conçue pour répartir le matériau uniformément sur toute la largeur du produit, en maintenant une épaisseur et une planéité constantes.
Dès la sortie de la matrice, la feuille ou la plaque chaude passe sur les rouleaux de refroidissement qui solidifient le matériau tout en préservant sa forme et ses dimensions. En cas de carton alvéolaire, un système complexe de soufflage d’air dilate la plaque pour lui donner la forme souhaitée. Au terme du processus de refroidissement, l’unité de traction « tire » le produit à vitesse et tension constantes pour atteindre ensuite la phase de préparation au stockage, où il peut être enroulé en bobines dans le cas de feuilles ou coupé et empilé pour les plaques.
Exigences et technologie
L’extrusion à plat nécessite une coordination précise des variables de processus et des actionneurs mécaniques pour garantir la stabilité opérationnelle, une qualité constante et une réduction des déchets. Le problème critique ne réside pas seulement dans la recette d’extrusion, mais dans la capacité du système à maintenir un équilibre entre des paramètres interdépendants tels que la vitesse de la vis, la température de matière fondue, la pression et la synchronisation de la ligne.
La thermorégulation multizone, compte parmi les principales exigences. Elle est essentielle au maintien d’une viscosité constante et afin de prévenir les défauts de surface ou dimensionnels, ainsi que la surveillance directe de la température du polymère fondu, qui permet un contrôle plus fidèle du comportement rhéologique que les relevés seuls du cylindre. D’autres exigences fondamentales concernent le contrôle de l’épaisseur des plaques, obtenu grâce au positionnement précis des rouleaux de calandrage, et la gestion de la tension de l’unité de traction, pour assurer une uniformité sans ruptures ni affaissements.
La stabilité dimensionnelle est en outre assurée par le contrôle du débit via une pompe à matière fondue, qui stabilise la pression en aval de l’extrudeuse, tandis que la surveillance du filtre préserve la qualité du produit en évitant colmatage et variations indésirables. Enfin, la thermorégulation des fours de stabilisation assure la détente des contraintes internes, et la surveillance du circuit hydraulique soutient la sécurité et la fiabilité du système.
Gefran répond à ces exigences avec une gamme complète de solutions intégrées, de la plate-forme de contrôle G-Mation aux régulateurs thermiques, des capteurs Melt aux transducteurs de position et de force, qui garantissent efficacité, continuité et qualité constante de l’extrusion à tête plate.
