Je to běžný příběh. Výrobce analyzuje, kolik času stráví díly v jednotlivých procesech. Řezání laserem, ohýbání, svařování – tato a další vnitropodniková oddělení lze obvykle měřit v minutách a hodinách. Když ale pošlete díly externím subdodavatelům, čas se obvykle měří ve dnech, někdy i týdnech. Není divu, že se tolik výrobců rozhoduje pro zavedení mnoha služeb přímo v podniku, včetně práškového lakování.

Přesto ne každý výrobce má linku na práškové lakování, a to z dobrého důvodu. Pokud má dílna v okolí úzkou síť zakázkových lakoven, skok do práškového lakování možná prostě nemá smysl. Koneckonců spuštění linky na práškové lakování není nic jednoduchého. Ale bez úzké a pohotové sítě zakázkových práškových lakoven výrobce někdy prostě nemá na výběr. Pokud chce dílna i nadále sloužit zákazníkům, musí se do toho někdy pustit.

Výrobci se musí naučit základy zařízení, od předúpravy přes samotné nanášení práškových barev až po požadavky na sušení. Obchody by však neměly zapomínat na důležitý kousek skládačky: požadavky na školení. Práškové lakování je klamně jednoduché. Poškození nebo jiné vyřazení dílu při práškovém lakování a dokončování je drahou chybou, vezmeme-li v úvahu veškerou hodnotu – od řezání laserem až po svařování – která byla přidána před procesem lakování.

Vzhledem k tomu společnost The FABRICATOR hovořila s Rodgerem Talbertem ze společnosti Talbert Consulting se sídlem v Grand Rapids ve státě Michigan, která se specializuje na školení pro průmysl práškového lakování. Ukázalo se, že toto odvětví čelí stejným výzvám jako kovovýroba. Kvalita práškového lakování závisí nejen na technologii, ale i na lidech, kteří tuto technologii řídí a používají. Vše začíná u obsluhy, stříkací pistole a obrobku, který je v ruce.

První den

Při pozorování začínající obsluhy práškové lakovny během jejího prvního dne si Talbert všimne několika věcí. První je mylná představa, že jde o snadnou práci. “Je to zvláštní, ale je to tak. Práškové lakování se může zdát jednoduché v tom smyslu, že průměrný člověk dokáže přijít na to, jak dostat prášek na díl. Brzy však zjistí, že nedokáže dosáhnout rovnoměrného filmu a že některé oblasti dílu nedokáže pokrýt tak, jak doufal.”

Tato klasická nedůslednost pokrytí pochází ze základního nepochopení toho, jak přesně práškové lakování funguje. Na rozdíl od mokré barvy nemá prášek povrchové napětí, které ho udržuje přilnutý k povrchu. Je to koneckonců prášek, nikoliv kapalina. Práškový lak přilne pouze tehdy, když je přítomno elektrostatické působení, “a elektřina má své vlastní chování podle Ohmova zákona,” řekl Talbert. “Půjde cestou nejmenšího odporu.”

Když začátečník začne stříkat, zpočátku se zdá, že je vše v pořádku. Ale brzy se ukáže, že oblasti některých dílů, jako jsou úzké rohy přilehlých vnitřních přírub nebo místo, kde se protínají dva vodiče, nemají dostatečné pokrytí nátěrem, zatímco rovné plochy ho mají příliš mnoho. Je to proto, že ploché oblasti vykazují nejmenší elektrický odpor, zatímco rohy mají vysoký elektrický odpor.

Začátečník namíří pistoli do rohů, aby se pokusil dosáhnout dostatečného pokrytí, jen aby zjistil, že část prášku proudí do oblastí s nejmenším odporem, do těchto plochých oblastí. Kus skončí s některými oblastmi převrstvenými, jinými nedostatečně a s celkovou nerovností v celé ploše. Co chybí obsluze? Může to být jedna nebo řada věcí, v závislosti na situaci.

Zařízení a technika

Některé proměnné jsou během operace mimo bezprostřední kontrolu operátora, včetně nastavení předúpravy, rychlosti linky, zavěšení dílu a hustoty linky, stejně jako nastavení vytvrzovací pece. Pokud jde o proměnné, které může obsluha ovlivnit, lze je rozdělit do dvou oblastí: nastavení zařízení a technika.

Talbert navrhuje začít u zařízení. Koneckonců, aby měl operátor dobrou techniku, nemůže bojovat se špatným nastavením zařízení.

“Máte dva různé subsystémy, které ovlivňují pokrytí,” řekl. “První je složka dodávky, včetně správného nastavení tlaku vzduchu. Tím získáte správné množství prášku a zabráníte tomu, aby měl prášek nadměrnou rychlost, čímž získáte pěkný, rovnoměrný vzorek. To je pneumatická část procesu.”

Operátoři musí zvážit dvě různá nastavení vzduchu: (1) procento celkového objemu a (2) rychlost (rozprašování nebo řízení vzoru). Nastavení se liší v závislosti na prášku, směsi dílů a osobě provádějící lakování. Jak vysvětlil Talbert: “Typické nastavení může být 40 procent a 4,0 Nm3/h (normální metry krychlové za hodinu) pro můj sekundární přívod vzduchu ; to je dobrý výchozí bod.”

Druhým aspektem je nabíjení, včetně napětí a proudu – nebo, v řeči práškového lakování, “mikroampérů”. Začátečníci často používají příliš velký proud. Právě správné množství proudu rovnoměrně přitáhne prášek ke kovovému povrchu. Ve skutečnosti je to právě elektrostatická přitažlivost, která způsobuje, že prášek vůbec přilne. Příliš velký proud však může mít odpuzující účinek.

“Přitahování proudu od elektrody prášku k dílu je tak silné, že narušuje přirozené usazování prášku,” řekl Talbert. “Je to prostě příliš mnoho energie a může to vytvořit strukturu , pinholing a zpětnou ionizaci,” kdy se vysoké napětí sráží s molekulami vzduchu a štěpí je za vzniku iontů, což vytváří tvary a textury na povrchu povlaku.

Tento odpuzující efekt na vnitřních rozích (a dalších oblastech obrobku s vysokým odporem) nazývají práškoví lakýrníci Faradayovou klecí. Tento efekt je pojmenován po anglickém vědci Michaelu Faradayovi, který toto elektromagnetické chování objevil.

Starší práškové pistole nemají žádné omezení nastavení proudu, což znamená, že ampéry mohou dramaticky narůstat nebo klesat v závislosti na elektrickém odporu mezi dílem a elektrodou v práškové pistoli. Jak se pistole přibližuje k dílu, odpor klesá, a proto se zvyšuje proud. Když se pistole oddálí, nastane opačná situace.

Trik, zejména pro začínající obsluhu, spočívá v omezení proudu. S nastaveným limitem lze pistole posouvat dovnitř a ven – to znamená, že vzdálenost pistole od obrobku se může měnit – a obsluha stále dosáhne požadovaného pokrytí dílu.

Novější pistole mají nastavitelné limity proudu. Takže místo toho, aby obsluha posunula pistoli o několik centimetrů směrem k dílu a způsobila skokové zvýšení proudu například na 60 až 70 mikroampérů (což je rozsah, který může v mnoha aplikacích způsobit potíže), lze pistoli omezit na 20 až 40 ampérů. Když se obsluha přiblíží k dílu, technologie uvnitř pistole to elektricky kompenzuje tak, aby proud nikdy nestoupl nad 40 ampérů (nebo nad hodnotu optimální pro dané zařízení a aplikaci), což umožňuje plynulé a konzistentní pokrytí.

Další proměnnou zařízení je konfigurace trysky. Stejně jako u trysek pro laserové nebo plazmové řezání je i u trysek pistolí pro nanášení práškových barev na výběr mnoho možností, ale v oblasti nanášení nátěrových hmot převládají dvě konfigurace. První je vějířová tryska, která rozprašuje prášek ve tvaru vějíře a vytváří plochu pokrytí připomínající podlouhlý ovál. Druhou je kónická defektoskopická tryska, která vytváří koncentrovanou plochu pokrytí ve tvaru koblihy. Může stříkat obrazce o průměru asi 2 až 3 palce, což může být vhodné pro určité tvary, jako jsou trubky nebo třeba malá krabice s vnitřním rohem, která potřebuje kompletní pokrytí. Takto malé stříkací obrazce jsou však samozřejmě velmi neúčinné pro velké díly.

Konfigurace s ventilátorem zůstává nejoblíbenější jednoduše proto, že její stříkání poskytuje obsluze nejlepší účinnost v celé řadě tvarů a typů povrchů dílů. Operátor může na některých dílech přestříkat o něco více, ale v situaci s vysokým podílem směsi výrobků stojí nadbytečný odpad prášku méně než nutnost měnit trysky pistolí.

“V laboratorním prostředí byste měnili trysky často,” řekl Talbert, “ale ve výrobním prostředí je to opravdu těžké.”

Tryska pistole diktuje techniku operátora, stejně jako tvar dílu a další faktory, jako je nastavení proudu a rychlost linky. Technika je do jisté míry intuitivní; pevná ruka se pohybuje v pravidelném vzorci s konzistentním, přímým tahem a konzistentním překrytím plochy pokrytí mezi tahy. “Často vidíte nové operátory pohybovat pistolemi v nepravidelných vzorcích. Nechcete, aby operátor pohyboval pistolí po dílu nepravidelně,” řekl Talbert. “Chcete konzistentní pohyb, tah zleva doprava, upusťte pistoli, překryjte vzor asi z 50 procent a táhněte zprava doleva.”

Dvěma kritickými proměnnými, pokud jde o techniku nanášení práškových barev, jsou vzdálenost pistole od dílu (nazývaná také cílová vzdálenost) a pořadí stříkání. Cílová vzdálenost musí být co nejkonzistentnější. “Pokud budu stříkat na jeden díl ve vzdálenosti 3 palce a na jiný díl ve vzdálenosti 6 palců, uvidím rozdíl v tvorbě filmu a chování prášku,” řekl Talbert. “Provoz práškového lakování musí mít konzistentní cílovou vzdálenost, od dílu k dílu a od člověka k člověku.”

Kromě toho by operátoři měli začít nejprve v těžko pokryvných oblastech, v zákoutích, vnitřních záhybech, vše s vysokým elektrickým odporem náchylným na Faradayovy klece a další bolesti hlavy při práškovém lakování. Teprve potom by měli přejít k plochým, nízkoodporovým, snadno natíratelným povrchům. “Pokud nejprve nanesete prášek na snadno natíratelné povrchy,” řekl Talbert, “pouze zvýšíte celkový elektrický odpor. To znamená, že elektrický odpor se bude zvyšovat, nikoliv snižovat.” Pokud nejprve nanesete nátěr na rovné, otevřené plochy, bude ještě obtížnější důsledně a rovnoměrně nanášet nátěr na zákoutí.”

Regulování a zavěšování

Obsluha pistole nemůže být úspěšná, pokud nejsou díly důsledně regálovány a zavěšovány ve správné orientaci. Pokud je díl omýván, musí být zavěšen tak, aby nedocházelo k zachycování a hromadění vody v rozích. Díly musí být seskupeny dostatečně blízko, aby byla zajištěna dobrá účinnost, ale ne příliš blízko, jinak bude mít obsluha stříkací pistole problémy s úplným pokrytím všech dílů.

“Dobrý regálový systém zajistí, že obsluha bude mít dobrý přístup ke všem oblastem každého dílu,” řekl Talbert.

Zavěšené díly musí být také stabilní. Jakmile se na lince dají do pohybu, neměly by se houpat ani kroutit. To opět ztěžuje obsluze dosažení kompletního a konzistentního nátěru. To může být problematické zejména u lehkých dílů. Malé díly mohou být tak lehké, že samotný nástřik práškové barvy může způsobit jejich kývání. To se může zdát neškodné, ale toto kývání mění vzdálenost pistole od cíle, což zase může způsobit nekonzistentní pokrytí. Dobré regály by měly poskytovat oporu, aby se tomu zabránilo.

Talbert dodal, že identické díly by měly být zavěšeny ve stejné orientaci a výšce, aby obsluha mohla natírat každý kus konzistentním, opakovatelným způsobem – od dílu k dílu, od směny ke směně a ze dne na den.

“Stojany by měly být čisté a kontaktní plocha musí být bez prášku,” řekl Talbert. “Tím zajistíte dobrou elektrostatickou přitažlivost díky uzemnění.”

O hustotě zavěšení dílů na linkách pro práškové lakování by se daly napsat knihy. V zakázkových lakovnách může být nalezení optimální hustoty linky strategickou obchodní výhodou, rozdílem mezi skutečnou konkurenceschopností a nekonkurenceschopností.

Hustota linky nemusí být u výrobců tak kritická, ale jak Talbert varoval, obchody, které ignorují hustotu linky, tak činí na vlastní nebezpečí. Koneckonců, výrobci, kteří zavádějí práškové lakování ve vlastní režii, tak často činí proto, aby ulevili úzkému místu v práškovém lakování. Poslední věc, kterou chtějí, je investovat velké prostředky do práškového lakování a nakonec tuto investici provozovat neefektivně.

“Cílem regálů je zajistit, abych mohl snadno nanášet nátěry, aby byl díl při nanášení nátěru suchý a abych měl z linky dobrý objem,” řekl Talbert. “Jde o produktivitu, konzistenci, snadné nanášení povlaku a nízký odpad. Mnoho dílen plýtvá obrovskými částkami peněz tím, že díly správně neukládá do regálů a nezavěšuje.”

Vzhledem k tomu musí osoba pověřená ukládáním do regálů a zavěšováním dílů vědět, jak kritická je její práce a co se stane, když ji nebude dělat správně. Pokud tomu nebude věnovat pozornost, může tím utrpět každý následný dokončovací proces.

Leadership in a High-product-mix Environment

Operátoři musí mít praktické znalosti o tom, jak prášek ulpívá na povrchu. Nadřízení a ostatní vedoucí oddělení potřebují vědět více. Potřebují vědět, jak prášková lakovací linka funguje nejlépe. A ve světě zakázkové výroby s vysokým podílem směsi produktů může být nalezení nejlepších provozních podmínek docela náročné na rovnováhu.

Linka pro nanášení práškových barev funguje nejplynuleji jako dávkový výrobní systém. “Ideální je dávkovat věci spíše podle velikosti a stylu než podle stavebnice. Je pak jednodušší nastavit pistole, pec a regály,” řekl Talbert. “Celkově je to preferovaný způsob lakování.”

To neznamená, že výrobce musí spouštět jednu barvu po celé hodiny. Koneckonců, velkým důvodem, proč zakázkoví výrobci zavádějí lakování přímo ve výrobě, je využití rychlé výměny barev. Protože se výrobci nezaměřují výhradně na práškové lakování a nespotřebovávají obrovské množství prášku, rekultivace často není potřeba.

Všechny lakovací linky jsou navrženy na určitou rychlost, která závisí na objemech, směsi dílů, požadavcích na předúpravu, hustotě linky (kolik dílů lze zavěsit v určitém prostoru) a době vytvrzování.

Předúprava je obvykle poněkud flexibilní vůči zpracování na základě soupravy. Předúprava v práškovém lakování má dva základní kroky: (1) čištění a (2) nanesení konverzního povlaku, který může chránit proti korozi, podporovat dobrou přilnavost prášku a zlepšovat životnost povlaku. Proces předúpravy může zahrnovat řadu kroků k přípravě a jinému ošetření dílu, ale cílem je získat čistý povrch, který je vnímavý k lepení.

Co se týče kroku mytí, pracoval jsem s mnoha linkami, kde se používají různé typy materiálů a zvládají je docela dobře,” řekl Talbert a dodal, že někdy vznikají problémy s konverzními nátěry, zejména pokud různé díly z různých typů materiálů potřebují ochranu proti korozi pro venkovní použití – například zakázka, která má hliníkové i ocelové součásti. Konverzní nátěry, které účinně fungují pro hliník, obvykle nefungují dobře pro ocel. (Ačkoli některé povlaky s takzvanými produkty “přechodných kovů”, jako je oxid zirkoničitý, umožňují lepší přizpůsobení systémů předúpravy různým materiálům)

“Obecně však platí, že pro zpracování na bázi stavebnice je předúprava menší výzvou,” pokračoval Talbert. “Co však představuje výzvu, je léčení. Při vytvrzování silnějších dílů trvá déle, než jádro substrátu dosáhne teploty potřebné k zesíťování.”

Většina práškových nátěrů používá termosetový prášek, který vyžaduje určité množství energie a času k vytvoření chemické reakce uvnitř prášku, aby se roztavil a spojil jako film. K “zesíťování” dochází při změně molekulární struktury, kdy se prášek mění ze skupiny diskrétních částic v souvislý film. To trvá určitou dobu v závislosti na dílu, který pec vytvrzuje, ačkoli rychlost linky prostřednictvím vytvrzování lze vyladit na určitou střední hodnotu pro všechny díly visící na lince během konkrétní série. Na hypotetických číslech Talbert vysvětlil: “Linka může nejlépe běžet řekněme rychlostí 10 stop za minutu a může dobře běžet i rychlostí 8 nebo 12 FPM. Ale když ji spustíte rychlostí jen 5 nebo 14 FPM, můžete začít narážet na problém.”

“To neznamená, že lidé neprovozují díly v soupravách,” pokračoval Talbert. Existují určité limity, ale znalý konstruktér linky by měl být schopen kompenzovat mnoho přístupů založených na stavebnicích, pokud jsou požadavky na povlakování správně pochopeny ve fázi návrhu a regálování je efektivní.

“Je to náročnější a musíte omezit rozsah hmotnosti jednotlivých dílů, například zavěšení lehkého kusu oceli vedle tlustého kusu oceli, což by mohlo být problematické pro vytvrzení. Ale uvnitř pece to můžete do jisté míry kompenzovat,” řekl. “Můžete použít infračervenou pec, která je řízena PLC a reaguje různě na tyto procházející hmoty a tvary a vyzařuje výše nebo níže v závislosti na tom, co prochází. Pak byste přešli do konvekční pece, abyste dokončili proces vytvrzování.” Opět existují limity; někdy jsou požadavky na dokončování mezi díly ve stejné sadě prostě příliš odlišné na to, aby mohly proudit společně v jedné sérii.

Talbert dodal, že toto vyvažování je běžnou výzvou pro mnoho výrobců, kteří zavádějí práškové lakování ve vlastní režii, a právě z tohoto důvodu může být velmi cenné najmutí supervizora práškového lakování se zkušenostmi. Tento supervizor pak může zaškolit operátory, kteří budou muset reagovat na různé díly visící na lince, měnit vzdálenost pistole od cíle, upravovat nastavení výkonu a průtoku, možná i měnit trysky. Měla by obsluha zachovat stejný průtok, ale jednoduše posunout pistoli dále od cíle? Nebo snad zachovat stejný průtok a jen provést méně průchodů? Obsluha musí o těchto věcech přemýšlet za pochodu. Není to bezmyšlenkovitá práce.

Jak automatizovaná?

Automatické linky na práškové lakování se v posledních letech staly mnohem flexibilnějšími nejen díky technologii infračerveného vytvrzování založené na PLC, ale také díky inteligentní automatizaci pistolí. Mechanizované nebo robotické pistole lze nastavit tak, aby měnily průtok a vzdálenost pistole od cíle podle produktu, který před nimi prochází. V závislosti na skladbě dílů v dílně může být plná automatizace skutečně tou správnou cestou.

Přesto mohou mít tyto mechanizované systémy problémy s dosažením všech oblastí dílu, včetně obtížně natíratelných Faradayových klecí. Kloubová robotická ramena mohou dosáhnout na více míst pomocí stříkací pistole, ale i zde existují kompromisy.

“Většina dílů visí na jednoduchých hácích,” řekl Talbert. “Ale pokud se chystáte použít robota s kloubovým ramenem, měl by ten hák být opravdu dobrý a viset v dobré poloze po celý den. Jinak bude robot natírat jen to, na co je naprogramován, a díl nemusí být správně umístěn. Ruční obsluha má oči. Lze plně automatizovat? Ano, ale často složitost procesu posouvá argumentaci směrem k použití manuální obsluhy.”

Školení:

Výrobní oddělení práškového lakování potřebuje díly navržené s ohledem na práškové lakování. Jak vysvětlil Talbert, těsné rohy lze natírat, stejně jako některé mimořádně složité geometrie, ale ty také přidávají mnoho proměnných při nanášení nátěru a zvyšují pravděpodobnost chyb, přepracování a zmetků.

Podle toho je školení i nadále nezbytné a začíná u vedoucího oddělení. “Vedoucí oddělení musí mít skvělé celkové znalosti o lince a procesu práškového lakování,” řekl Talbert. “Musí znát předúpravu. Rozumí tomu, co se děje v myčce. Vědí, proč a jak se správně regáluje. Zná nastavení práškových pistolí, vytvrzovacích pecí a musí rozumět elektrostatice. Vědí, jak řešit problémy. Musí projít linkou, na něco se podívat a okamžitě poznat, že to není v pořádku.”

Zvažte předběžnou úpravu. Zaměstnanec dílny z jiného oddělení může právě vidět, jak se díly čistí. Vedoucí by se měl podívat na mytí, vědět, že na něj bude naneseno tolik a tolik miligramů konverzního nátěru, vědět, že bude postříkán deionizovanou vodou a vysušen určitým způsobem.

Kde lidé tyto znalosti získají? Získávají je na základě zkušeností, ale mohou získat školení z externích zdrojů, od svých dodavatelů zařízení, průmyslových sdružení a dalších zdrojů externího školení. Mezi dobré zdroje patří Powder Coating Institute (www.powdercoating.org) a Chemical Coaters Association Intl. (www.ccaiweb.com).

Nadřízený zase musí určit úroveň školení, kterou operátoři potřebují, aby byli efektivní a výkonní. Jak řekl Talbert: “Nadřízený je skutečně musí trénovat, aby se stali úspěšnými práškovými lakýrníky.”

Tady je ten háček. Stejně jako v předchozích procesech výrobního závodu nemohou být práškoví lakýrníci pouhými mačkači tlačítek (nebo spouští). Talbert dodává, že je to problém, který často zůstává bez povšimnutí, protože špatný operátor práškové lakovny může ještě dostat zakázku ze dveří. “Jen často nedokážou díl natřít efektivně nebo účinně.”

Mohou například používat plné nastavení ampérpotenciálu. Kdyby však věděli více o zařízení a o tom, jak různá nastavení mikroampérů ovlivňují pokrytí, mohli by díly natírat mnohem efektivněji.

Pravda, některé řídicí jednotky mají “recepty”, které může obsluha používat. Stisknou tlačítko a všechny tlaky vzduchu a elektrostatické proměnné se automaticky nastaví tak, aby vyhovovaly právě prováděnému dílu. Talbert však dodává, že lakýrníci práškových barev budou mnohem úspěšnější, pokud pochopí, proč tato nastavení tak dobře fungují.

Řekněme, že požádáte operátora, aby nastavil pistoli, se kterou obvykle nestříká, a on řekne, že to neumí. “Řekne vám: ‘No, to je Joeova pistole, ne moje, a Joe tu dnes není. To je problém,” řekl Talbert. “Joe měl každého naučit, jak tu zbraň nastavit. A mělo to být zdokumentováno. Nemusí to být encyklopedie práškového lakování, stačí základní návod.”

Ukázalo se, že to, co platí v předchozích výrobních procesech, platí i v dokončovacích pracích. Nedostatek formálního školení vede k nedostatečnému zapojení, fluktuaci a provozním zmatkům. Znalost procesů, stejně jako všude jinde ve výrobní hale, leží v jádru všeho.

Talbert Consulting, 616-915-2769, [email protected]

.