Det er en almindelig historie. En fabrikant analyserer, hvor meget tid delene bruger i hver proces. Laserskæring, bukning, svejsning – disse og andre interne afdelinger kan normalt måles i minutter og timer. Men send dele til eksterne underleverandører, og tiden måles normalt i dage, nogle gange i uger. Det er ikke underligt, at så mange fabrikanter vælger at bringe mange tjenester ind i huset, herunder pulverlakering.

Det er stadig ikke alle fabrikanter, der har en pulverlakeringslinje, og det er der en god grund til. Hvis en butik har et tæt netværk af brugerdefinerede overfladebehandlere i området, giver det måske bare ikke mening at tage springet til pulverlakering. Når alt kommer til alt, er det ikke nogen let opgave at lancere en pulverlakeringslinje. Men uden et tæt, lydhørt netværk af specialiserede pulverlakeringsvirksomheder har en fabrikant nogle gange bare ikke noget valg. Hvis en butik fortsat skal kunne betjene kunderne, er den nogle gange nødt til at tage springet.

Fabrikanterne skal lære det grundlæggende om udstyret, lige fra forbehandling til selve pulverlakeringen og tørringskravene. Men værkstederne bør ikke glemme en vigtig brik i puslespillet: uddannelseskravene. Pulverlakering er bedragerisk enkel. At beskadige eller på anden måde skrotte en del under pulverlakering og efterbehandling er en dyr fejltagelse, når man tænker på al den værdi – fra laserskæring til svejsning – der er blevet tilføjet før overfladebehandlingsprocessen.

Derfor talte The FABRICATOR med Rodger Talbert fra Grand Rapids, Mich.-baserede Talbert Consulting, som har specialiseret sig i uddannelse for pulverlakeringsindustrien. Det viser sig, at denne industri står over for de samme udfordringer som metalfremstilling. Kvaliteten af en pulverlakering afhænger ikke kun af teknologien, men også af de mennesker, der styrer og bruger denne teknologi. Det hele starter med en operatør, en sprøjtepistol og det pågældende emne.

På den første dag

Observation af en nybegynder inden for pulverlakering på sin første dag, bemærker Talbert flere ting. Først kommer den misforståelse, at det er et let arbejde. “Det er mærkeligt, men det er sandt. Pulverlakering kan virke enkel i den forstand, at den gennemsnitlige person kan finde ud af, hvordan man får pulver på en del. Men de finder hurtigt ud af, at de ikke kan opnå en ensartet film, og at de ikke kan dække visse områder af en del, som de håbede.”

Denne klassiske uensartethed i dækningen skyldes en grundlæggende misforståelse af præcis, hvordan pulverlakering fungerer. I modsætning til våd maling har pulver ikke den overfladespænding, der holder det fast på en overflade. Det er trods alt et pulver og ikke en væske. En pulvermaling klæber kun fast, når der er elektrostatisk påvirkning til stede, “og elektricitet har sin egen adfærd i henhold til Ohm’s lov”, siger Talbert. “Den vil følge den vej, der giver mindst mulig modstand.”

Når nybegynderen begynder at sprøjte, synes alting at være fint i begyndelsen. Men snart nok har områder af visse dele, som f.eks. snævre hjørner af tilstødende indvendige flanger eller det punkt, hvor to ledninger krydser hinanden, ikke tilstrækkelig belægningsdækning, mens flade områder har for meget. Det skyldes, at de flade områder udviser den mindste elektriske modstand, mens hjørnerne har høj elektrisk modstand.

Novicen peger pistolen ind i hjørnerne for at forsøge at opnå tilstrækkelig dækning, blot for at finde ud af, at en del af pulveret flyder til de områder med mindst modstand, de flade områder. Stykket ender med, at nogle områder er overmalet, andre områder er undermalet, og der er en generel ujævnhed i hele stykket. Hvad er det, operatøren mangler? Det kan være en eller flere af mange ting, afhængigt af situationen.

Udstyr og teknik

En del variabler er uden for operatørens umiddelbare kontrol under operationen, herunder forbehandlingsindstillinger, linjehastighed, emneophæng og linjetæthed samt indstillinger for hærdeovn. Hvad angår de variabler, som operatøren kan kontrollere, kan de grupperes i to områder: udstyrsindstillinger og teknik.

Talbert foreslår, at man starter med udstyret. For at have en god teknik kan en operatør trods alt ikke kæmpe mod dårlige udstyrsindstillinger.

“Du har to forskellige delsystemer, der påvirker dækningen”, siger han. “Det første er leveringskomponenten, herunder at få det rigtige lufttryk. Det giver dig den rigtige mængde pulver og forhindrer, at pulveret får for høj hastighed, hvilket giver dig et flot, ensartet mønster. Det er den pneumatiske del af processen.”

Brugere har to forskellige luftindstillinger at overveje: (1) procent af det samlede volumen og (2) hastighed (forstøvning eller mønsterstyring). Indstillingerne varierer afhængigt af pulveret, delblandingen og den person, der udfører overfladebehandlingen. Som Talbert forklarede: “En typisk indstilling kan være 40 procent og 4,0 Nm3/h (normale kubikmeter/time) for min sekundære luftforsyning ; det er et godt udgangspunkt.”

Det andet er opladningsaspektet, herunder spænding og strømstyrke – eller, i pulverlakeringssprog, “mikroampere”. Nybegyndere bruger ofte for meget strøm. Den rette mængde strøm trækker pulveret til metaloverfladen på en jævn måde. Det er faktisk den elektrostatiske tiltrækning, der får pulveret til at klæbe fast i første omgang. Men for meget strøm kan have en frastødende virkning.

“Strømstrækket fra pulverets elektrode til emnet er så kraftigt, at det forstyrrer den naturlige aflejring af pulveret,” siger Talbert. “Det er bare for meget energi, og det kan skabe en tekstur , pinholing og back ionisering,” hvor højspænding kolliderer med luftmolekyler og opdeler dem for at skabe ioner, hvilket skaber former og teksturer på overfladen af belægningen.

Denne afvisende effekt på de indvendige hjørner (og andre områder med høj modstand på et emne) er noget, som pulverlakeringsfolk kalder et Faraday-bur. Effekten er opkaldt efter den engelske videnskabsmand Michael Faraday, som opdagede den elektromagnetiske adfærd.

Ældre pulverpistoler har ingen grænse for strømindstillingerne, hvilket betyder, at strømstyrken kan stige eller falde drastisk, afhængigt af den elektriske modstand mellem emnet og elektroden i pulverpistolen. Efterhånden som pistolen bevæger sig tættere på emnet, falder modstanden, og dermed stiger strømstyrken. Bevæger man pistolen længere væk, sker det modsatte.

Tricket, især for nybegyndere, er at begrænse strømstyrken. Med en fastsat grænse kan pistolerne flyttes ind og ud – det vil sige, at afstanden mellem pistol og emne kan ændres – og operatøren vil stadig opnå den ønskede emnedækning.

Nyere pistoler har strømgrænser, der kan indstilles. Så i stedet for at en operatør flytter pistolen flere tommer mod emnet og får strømmen til at springe til f.eks. mellem 60 og 70 mikroampere (et område, der kan give problemer i mange applikationer), kan pistolen begrænses til mellem 20 og 40 ampere. Så når operatøren bevæger sig tættere på emnet, kompenserer teknologien i pistolen elektrisk, så strømstyrken aldrig stiger over 40 ampere (eller hvad der er optimalt for udstyret og applikationen), hvilket giver en jævn og ensartet dækning.

En anden udstyrsvariabel er dysekonfigurationen. Ligesom dyser til laser- eller plasmaskæring er der mange muligheder for dyser til pulverlakeringspistoler, men der er to konfigurationer, der gennemsyrer overfladebehandlingsbranchen. Den første er blæserdysen, som sprøjter pulver i en vifteform og giver et dækningsområde, der ligner en aflang oval. Den anden er den koniske defektør, som giver et koncentreret, donutformet dækningsområde. Den kan sprøjte mønstre så små som ca. 2 til 3 tommer i diameter, hvilket kan være godt til visse former som f.eks. rør eller måske en lille kasse med et indvendigt hjørne, der har brug for fuldstændig belægning. Men sådanne små sprøjtemønstre er naturligvis meget ineffektive til store dele.

Fan-konfigurationen er fortsat den mest populære, simpelthen fordi dens sprøjtning giver operatøren den bedste effektivitet på tværs af en række emneformer og typer af emneoverflader. En operatør kan oversprøjte lidt mere på visse dele, men i en situation med høj produktblanding koster det overskydende pulverspild mindre end at skulle skifte pistoldyser ud.

“I en laboratorieindstilling ville man ofte skifte dyser”, sagde Talbert, “men i en produktionsindstilling er det virkelig svært at gøre.”

Pistoldysen dikterer en operatørs teknik, hvilket også gælder for emneformen og andre faktorer som strømindstillinger og linjehastighed. Teknikken er noget intuitiv; en rolig hånd bevæger sig i et regelmæssigt mønster med en konsekvent, lige streg og en konsekvent overlapning af dækningsområdet mellem stregerne. “Man ser ofte nye operatører, der bevæger pistoler i uregelmæssige mønstre. Man ønsker ikke, at en operatør bevæger pistolen i et uregelmæssigt mønster på tværs af emnet”, siger Talbert. “Man ønsker en ensartet bevægelse, hvor man stryger fra venstre til højre, slipper pistolen, overlapper mønstret med ca. 50 procent og stryger fra højre til venstre.”

To kritiske variabler, når det gælder pulverlakeringsteknik, er afstanden mellem pistol og emne (også kaldet målafstanden) og sprøjteforløbet. Målafstanden skal være så ensartet som muligt. “Hvis jeg sprøjter 3 tommer væk på en del og derefter 6 tommer væk på en anden del, vil jeg se en forskel i filmopbygningen og pulverets opførsel,” siger Talbert. “En pulverlakeringsoperation skal have en ensartet målafstand, fra del til del og fra person til person.”

Bortset fra dette bør operatørerne starte på svært dækkende områder først, hjørner og kroge, de indvendige folder, alle med høj elektrisk modstand, der er modtagelige for Faraday-bure og andre hovedpine ved pulverlakering. Først derefter bør operatørerne gå over til de flade overflader med lav modstand, der er lette at overfladebehandle. “Hvis du opbygger pulver på de overflader, der er lette at belægge først”, sagde Talbert, “vil du kun øge den samlede elektriske modstand. Det vil sige, at den elektriske modstand vil vokse, ikke mindskes.” Hvis man belægger de flade, åbne overflader først, bliver det endnu vanskeligere at belægge hjørnerne og krogene konsekvent og jævnt.

Racking og ophængning

En pistoloperatør kan ikke få succes, medmindre delene er racket og hængt konsekvent og i den rigtige retning. Hvis en del skal vaskes, skal den hænges på en måde, der forhindrer, at vand bliver fanget og samler sig i hjørnerne. Delene skal grupperes tæt nok på hinanden for at opnå god effektivitet, men ikke for tæt på hinanden, ellers vil sprøjtepistoloperatøren få problemer med at få alle delene helt belagt.

“Et godt reolsystem sikrer, at operatøren har god adgang til alle områder af hver enkelt del”, siger Talbert.

De ophængtes dele skal også være stabile. Når de først er i bevægelse på linjen, må de ikke svinge eller vride sig. Dette vil igen gøre det vanskeligt for operatøren at opnå en fuldstændig, ensartet belægning. Dette kan især være problematisk for lette dele. Små dele kan være så lette, at pulverlaksprayen i sig selv kan få dem til at svinge. Dette kan virke harmløst, men denne svingning ændrer afstanden mellem pistol og mål, hvilket igen kan forårsage uensartet dækning. En god reolering bør yde støtte for at forhindre dette.

Talbert tilføjede, at identiske dele bør hænges i samme retning og højde, så operatøren kan overfladebehandle hvert enkelt stykke på en ensartet, gentagelig måde – fra del til del, fra skiftehold til skiftehold og fra dag til dag.

“Stativerne skal være rene, og kontaktområdet skal være fri for pulver,” sagde Talbert. “Dette sikrer, at du får en god elektrostatisk tiltrækning i kraft af jordforbindelse.”

Der kunne skrives bøger om tætheden af dele på pulverlaklinjer. Hos speciallakeringsvirksomheder kan det at finde den optimale linjetæthed være en strategisk forretningsfordel, forskellen mellem at være virkelig konkurrencedygtig eller ej.

Linjetæthed er måske ikke så kritisk hos fabrikanter, men som Talbert advarede om, gør butikker, der ignorerer linjetæthed, det på egen risiko. Når alt kommer til alt, så gør fabrikanter, der indfører pulverlakering internt, det ofte for at afhjælpe en flaskehals i forbindelse med pulverlakering. Det sidste, de ønsker, er at foretage en stor investering i pulverlakering og så ende med at køre denne investering ineffektivt.

“Målet med reoler er at sikre, at jeg let kan belægge det, at emnet er tørt, når jeg belægger det, og at jeg får en god volumen fra linjen”, siger Talbert. “Det handler om produktivitet, konsistens, nem overfladebehandling og lavt spild. Mange værksteder spilder enorme mængder penge ved ikke at reolere og hænge dele korrekt.”

Den person, der er udpeget til at reolere og hænge dele, skal derfor vide, hvor kritisk hans arbejde er, og hvad der sker, hvis han ikke gør det korrekt. Hvis han ikke er opmærksom, kan alle efterfølgende færdiggørelsesprocesser lide under det.

Lederskab i et miljø med høj produktblanding

Medarbejdere har brug for et praktisk kendskab til, hvordan pulver klæber til overfladen. Tilsynsførende og andre afdelingsledere har brug for at vide mere. De har brug for at vide, hvordan en pulverlakeringslinje fungerer bedst. Og i den verden af specialfremstilling med høj produktblanding kan det være noget af en balancegang at finde de bedste driftsbetingelser.

En pulvermalingslinje fungerer bedst som et batchfremstillingssystem. “Det er ideelt at batche ting efter størrelse og stil i stedet for efter kit. Det gør det bare nemmere at opstille dine pistoler, ovnen og reolerne,” siger Talbert. “Alt i alt er det en foretrukken måde at belægge på.”

Det betyder ikke, at en fabrikant behøver at køre en enkelt farve i timevis. Når alt kommer til alt, er en af de store grunde til, at specialfremstillere anvender intern overfladebehandling, at de kan drage fordel af hurtige farveskift. Fordi fabrikanter ikke udelukkende fokuserer på pulverlakering og ikke forbruger store mængder pulver, er det ofte ikke nødvendigt med regenerering.

Alt andet lige er en overfladebehandlingslinje designet til en bestemt hastighed, som afhænger af mængder, blanding af dele, forbehandlingskrav, linjetæthed (hvor mange dele, der kan hænges op på et bestemt sted) og hærdningstid.

Forbehandling er normalt noget fleksibel i forhold til kitbaseret behandling. Forbehandling i pulverlakering har to væsentlige trin: (1) rengøring og (2) påføring af en konverteringsbelægning, som kan beskytte mod korrosion, fremme god pulvertilhæftning og forbedre belægningens levetid. Forbehandlingsprocessen kan omfatte en række trin for at forberede og på anden måde behandle emnet, men målet er at få en ren overflade, der er modtagelig for limning.

Med hensyn til vasketrinnet har jeg arbejdet med mange linjer, hvor de kører en lang række forskellige materialetyper og håndterer dem ganske godt,” sagde Talbert og tilføjede, at der undertiden opstår problemer med konverteringsbelægninger, især hvis en række dele af forskellige materialetyper har brug for korrosionsbeskyttelse til udendørs brug – f.eks. et job, der har både aluminium- og stålkomponenter. Konverteringsbelægninger, der fungerer effektivt til aluminium, har en tendens til ikke at fungere godt med stål. (Selv om visse belægninger med de såkaldte “overgangsmetal”-produkter som zirconiumoxid gør forbehandlingssystemer mere tilpasningsdygtige til forskellige materialer.)

“Men generelt set er forbehandling til kitbaseret forarbejdning en mindre udfordring,” fortsætter Talbert. “Det er dog en udfordring at helbrede dem. Ved hærdning af tykkere dele tager det længere tid for substratets kerne at nå den temperatur, der er nødvendig for tværbinding.”

De fleste pulverlakeringer anvender termohærdende pulver, som kræver en vis mængde energi og tid til at skabe en kemisk reaktion i pulveret, for at det kan smelte og smelte som en film. “Tværbinding” sker, når den molekylære struktur ændres, når pulveret omdannes fra en gruppe af diskrete partikler til en ensartet film. Dette tager et vist tidsrum afhængigt af den del, der hærdes i ovnen, selv om linjehastigheden gennem hærdningen kan justeres til en god middelvej for alle dele, der hænger på linjen i løbet af et bestemt forløb. Ved hjælp af hypotetiske tal forklarede Talbert: “En linje kan køre bedst ved f.eks. 10 fod i minuttet, og den kan køre godt selv ved 8 eller 12 FPM. Men kør den kun ved 5 FPM eller 14 FPM, og du kan begynde at løbe ind i et problem.”

“Det betyder ikke, at folk ikke kører dele i kits,” fortsatte Talbert. Der er grænser, men en kyndig linjedesigner bør være i stand til at kompensere for mange kitbaserede tilgange, så længe belægningskrav er korrekt forstået i designfasen, og racking er effektivt.”

“Det er mere udfordrende, og du er nødt til at begrænse omfanget af massespændet fra del til del, som f.eks. at hænge et let stykke stål ved siden af et tykt stykke stål, hvilket kan være problematisk at hærde. Men du kan kompensere til en vis grad inde i ovnen,” sagde han. “Du kan bruge en infrarød ovn, som styres af en PLC og reagerer forskelligt på de masser og former, der passerer igennem, og udstråler højere eller lavere, afhængigt af hvad der passerer igennem. Derefter kan man gå ind i en ovn med konvektion for at afslutte hærdningsprocessen.” Igen er der grænser; nogle gange er kravene til efterbehandling af dele i det samme kit simpelthen for forskellige til at kunne flyde sammen i den samme serie.

Talbert tilføjede, at denne balancegang er en almindelig udfordring for mange producenter, der bringer pulverlakering internt, og det er derfor, at det kan være meget værdifuldt at ansætte en supervisor for pulverlakering med erfaring. Denne supervisor kan derefter træne operatører, som skal reagere på forskellige dele, der hænger på linjen, ændre deres pistol-til-mål-afstande, justere deres strøm- og flowindstillinger og måske endda skifte dyser. Skal en operatør beholde den samme flowhastighed, men blot flytte pistolen længere væk fra målet? Eller måske beholder han den samme flowhastighed og laver bare færre overgange? En operatør er nødt til at tænke over disse ting i farten. Det er ikke tankeløst arbejde.

Hvor automatiseret?

Automatiserede pulverlakeringslinjer er blevet meget mere fleksible i de seneste år, ikke kun på grund af PLC-baseret infrarød hærdningsteknologi, men også på grund af intelligent pistolautomatisering. Mekaniserede eller robotpistoler kan indstilles til at ændre flowhastighederne og afstanden mellem pistol og mål for at matche det produkt, der passerer foran dem. Afhængigt af et værksteds blanding af emner kan fuld automatisering faktisk være den rigtige løsning.

Disse mekaniserede systemer kan dog have problemer med at nå alle områder af emnet, herunder de Faraday-bure, der er svære at belægge. Leddelte robotarme kan nå flere steder med en sprøjtepistol, men selv her er der kompromiser.

“De fleste hænger deres dele på simple kroge,” siger Talbert. “Men hvis du skal bruge en robot med leddelt arm, skal den krog være en rigtig god krog, der hænger i en god position hele dagen lang. Ellers vil robotten kun belægge det, den er programmeret til at belægge, og emnet vil måske ikke blive placeret korrekt. En manuel operatør har øjne. Kan man automatisere fuldt ud? Ja, men ofte er det kompleksiteten i processen, der taler for at bruge den manuelle operatør.”

Uddannelse: I hjertet af det hele

En fabrikants pulverlakeringsafdeling har brug for dele, der er designet med pulverlakering i tankerne. Som Talbert forklarede, kan snævre hjørner belægges, ligesom nogle ekstraordinært komplekse geometrier, men de tilføjer også en masse belægningsvariabler og øger risikoen for fejl, efterarbejde og skrot.

Det sagt, er uddannelse fortsat vigtig, og det starter med afdelingens leder. “Afdelingslederen skal have et stort generelt kendskab til linjen og pulverlakeringsprocessen,” siger Talbert. “De kender forbehandlingen. De forstår, hvad der foregår i vaskemaskinen. De ved, hvorfor og hvordan man reoler korrekt. De kender indstillingerne for pulverpistolerne, for hærdningsovnene, og de skal forstå elektrostatik. De ved, hvordan man foretager fejlfinding. De skal kunne gå gennem linjen, se på noget og vide med det samme, at det ikke er rigtigt.”

Tænk på forbehandling. En værkstedsansat fra en anden afdeling ser måske bare dele, der bliver renset. Den tilsynsførende bør se på vasken, vide, at der vil blive påført så mange milligram konverteringsbelægning på den, vide, at den vil blive sprøjtet med afioniseret vand og tørret på en bestemt måde.

Hvor får folk denne viden fra? De får den gennem erfaring, men de kan få uddannelse fra eksterne kilder, deres udstyrsleverandører, brancheforeninger og andre eksterne uddannelseskilder. Gode kilder er Powder Coating Institute (www.powdercoating.org) og Chemical Coaters Association Intl. (www.ccaiweb.com).

Den tilsynsførende skal på sin side afgøre, hvilket uddannelsesniveau operatørerne har brug for for at være effektive og virkningsfulde. Som Talbert sagde: “En supervisor skal virkelig coache dem til at blive succesfulde pulverlakerere.”

Her er problemet. Ligesom i et produktionsanlægs opstrøms processer kan pulverlakerere ikke blot være knaptrykkere (eller udløsere). Talbert tilføjede, at det er et problem, der ofte går ubemærket hen, fordi en dårlig pulverlakeringsoperatør stadig kan få et job ud af døren. “De kan bare ofte ikke overfladebehandle en del effektivt eller virkningsfuldt.”

De kan f.eks. bruge en fuld ampere-potentialeindstilling. Men hvis de vidste mere om udstyret og om, hvordan forskellige mikroampere indstillinger påvirker dækningen, kunne de belægge dele meget mere effektivt.

Visst, nogle styringer har “opskrifter”, som operatørerne kan bruge. De trykker på en knap, og alle lufttrykket og de elektrostatiske variabler justeres automatisk, så de passer til den pågældende delkørsel. Men, tilføjede Talbert, pulverlakerere vil få langt større succes, hvis de forstår, hvorfor disse indstillinger fungerer så godt.

Sæt, at du beder en operatør om at indstille en pistol, som han normalt ikke sprøjter med, og han siger, at han ikke ved, hvordan. “Han siger til dig: ‘Jamen, det er Joes pistol, ikke min, og Joe er her ikke i dag’. Det er et problem,” sagde Talbert. “Joe burde have lært alle, hvordan man sætter den pistol op. Og det skulle have været dokumenteret. Det behøver ikke at være en encyklopædi om pulverlakering, bare en grundlæggende vejledning.”

Det viser sig, at det, der gælder i opstrøms fremstillingsprocesser, også gælder i efterbehandlingsprocesser. Manglende formel uddannelse fører til manglende engagement, udskiftning og driftsomvæltning. Procesviden, inden for overfladebehandling som overalt andre steder på fabriksværkstedet, er kernen i det hele.

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