Det är en vanlig historia. En tillverkare analyserar hur mycket tid delarna spenderar i varje process. Laserskärning, bockning, svetsning – dessa och andra interna avdelningar kan vanligtvis mätas i minuter och timmar. Men skicka delar till externa underleverantörer, och tiden mäts vanligtvis i dagar, ibland veckor. Det är inte konstigt att så många tillverkare väljer att ta in många tjänster internt, inklusive pulverlackering.

Sedan dess har inte alla tillverkare en pulverlackeringslinje, och det finns goda skäl till det. Om en verkstad har ett nära nätverk av specialbestyckare i området är det kanske inte meningsfullt att ta steget till pulverlackering. Det är trots allt inte helt enkelt att starta en pulverlackeringslinje. Men utan ett nära och lyhört nätverk av pulverlackerare har en tillverkare ibland inget val. Om en verkstad ska kunna fortsätta att betjäna kunderna måste den ibland ta steget.

Fabrikanter måste lära sig grunderna för utrustningen, från förbehandling till själva pulverlackeringen och torkningskraven. Men verkstäderna får inte glömma en viktig pusselbit: utbildningskraven. Pulverlackering är bedrägligt enkelt. Att skada eller på annat sätt skrota en del vid pulverlackering och efterbehandling är ett dyrt misstag, med tanke på allt värde – från laserskärning till svetsning – som har lagts till före ytbehandlingsprocessen.

Med tanke på detta talade FABRICATOR med Rodger Talbert från Grand Rapids, Michels, baserade Talbert Consulting, som specialiserar sig på utbildning för pulverlackeringsindustrin. Det visar sig att denna industri står inför samma utmaningar som metalltillverkning. Kvaliteten på en pulverlackering beror inte bara på tekniken utan också på de personer som hanterar och använder tekniken. Allt börjar med en operatör, en sprutpistol och det aktuella arbetsstycket.

På första dagen

När Talbert observerar en nybörjare som arbetar med pulverlackering på sin första dag märker han flera saker. Först kommer missuppfattningen att det är ett lätt jobb. “Det är konstigt, men det är sant. Pulverlackering kan verka enkel i den meningen att den genomsnittliga personen kan räkna ut hur man får pulver på en del. Men de upptäcker snart att de inte kan få en jämn film och att de inte kan täcka vissa områden på en del som de hoppades.”

Denna klassiska inkonsekvens i täckningen kommer från en grundläggande missuppfattning av exakt hur pulverlackering fungerar. Till skillnad från våt färg har pulver inte den ytspänning som håller det fast på en yta. Det är trots allt ett pulver, inte en vätska. En pulverlack fastnar endast när det finns en elektrostatisk verkan, “och elektricitet har sitt eget beteende enligt Ohm’s lag”, säger Talbert. “Den följer den väg som ger minst motstånd.”

När nybörjaren börjar spraya verkar allting vara bra till en början. Men snart nog har områden av vissa delar, som snäva hörn av intilliggande innerflänsar eller den punkt där två ledningar korsar varandra, inte tillräcklig beläggningstäckning, medan plana områden har för mycket. Det beror på att de plana områdena uppvisar minst elektriskt motstånd, medan hörnen har högt elektriskt motstånd.

Nybörjaren riktar pistolen mot hörnen för att försöka uppnå tillräcklig täckning, bara för att upptäcka att en del av pulvret flödar till de områden som har minst motstånd, de platta områdena. Det slutar med att vissa områden är överbelagda, andra områden är underbelagda och det finns en allmän ojämnhet i hela stycket. Vad missar operatören? Det kan vara en eller flera saker, beroende på situationen.

Utrustning och teknik

Vissa variabler ligger utanför operatörens omedelbara kontroll under operationen, inklusive förbehandlingsinställningar, linjehastighet, hängande av detaljer och linjetäthet samt inställningar för härdningsugn. När det gäller de variabler som operatören kan kontrollera kan de delas in i två områden: utrustningsinställningar och teknik.

Talbert föreslår att man börjar med utrustningen. För att ha en bra teknik kan en operatör trots allt inte kämpa mot dåliga utrustningsinställningar.

“Du har två olika delsystem som påverkar täckningen”, säger han. “Det första är leveranskomponenten, inklusive att få rätt lufttryck. Detta ger dig rätt mängd pulver och förhindrar att pulvret får för hög hastighet, vilket ger dig ett fint, jämnt mönster. Det är den pneumatiska delen av processen.”

Operatörerna har två olika luftinställningar att ta hänsyn till: (1) procent av den totala volymen och (2) hastighet (atomisering eller mönsterkontroll). Inställningarna varierar beroende på pulver, delblandning och den person som utför beläggningen. Talbert förklarade: “En typisk inställning kan vara 40 procent och 4,0 Nm3/h (normala kubikmeter/timme) för min sekundära lufttillförsel; det är en bra utgångspunkt.”

Det andra är laddningsaspekten, inklusive spänning och strömstyrka – eller, på pulverlackeringsjargong, “mikroampere”. Nybörjare använder ofta för mycket ström. Precis rätt mängd ström drar pulvret till metallytan på ett jämnt sätt. Det är faktiskt den elektrostatiska attraktionen som gör att pulvret överhuvudtaget fastnar. Men för mycket ström kan ha en avstötande effekt.

“Dragningen av strömmen från pulverets elektrod till detaljen är så stark att den stör pulverets naturliga avlagring”, säger Talbert. “Det är bara för mycket energi, och det kan skapa en textur , pinholing och backjonisering,” där högspänning kolliderar med luftmolekyler och delar dem för att skapa joner, vilket skapar former och texturer på beläggningsytan.

Denna avstötande effekt på de inre hörnen (och andra områden med hög motståndskraft på ett arbetsstycke) är något som pulverlackerare kallar för en Faraday-bur. Effekten är uppkallad efter den engelske vetenskapsmannen Michael Faraday, som upptäckte det elektromagnetiska beteendet.

Äldre pulverpistoler har ingen begränsning för ströminställningarna, vilket innebär att amperevärdet kan öka eller minska dramatiskt, beroende på det elektriska motståndet mellan detaljen och elektroden i pulverpistolen. När pistolen närmar sig arbetet minskar motståndet och därmed ökar strömstyrkan. Flyttar man pistolen längre bort sker det motsatta.

Tricket, särskilt för nybörjare, är att begränsa strömmen. Med en fastställd gräns kan pistolerna flyttas in och ut – det vill säga avståndet mellan pistol och arbetsstycke kan ändras – och operatören uppnår ändå den önskade detaljtäckningen.

Nyare pistoler har strömgränser som kan ställas in. Så i stället för att operatören flyttar pistolen flera centimeter mot detaljen och får strömmen att hoppa till exempelvis mellan 60 och 70 mikroampere (ett intervall som kan orsaka problem i många tillämpningar), kan pistolen begränsas till mellan 20 och 40 ampere. När operatören rör sig närmare detaljen kompenserar tekniken i pistolen elektriskt så att strömstyrkan aldrig överstiger 40 ampere (eller vad som är optimalt för utrustningen och applikationen), vilket ger en jämn och konsekvent täckning.

En annan variabel i utrustningen är munstyckets konfiguration. Liksom munstycken för laser- eller plasmaskärning finns det många alternativ för pulverlackeringspistolens munstycken, men det finns två konfigurationer som genomsyrar beläggningsbranschen. Den första är fläktmunstycket, som sprutar pulver i en fläktform och ger ett täckningsområde som liknar en långsträckt oval. Den andra är det koniska munstycket, som ger en koncentrerad, munkformad täckningsyta. Den kan spruta mönster som är så små som cirka 2 till 3 tum i diameter, vilket kan vara bra för vissa former som rör eller kanske en liten låda med ett invändigt hörn som behöver en fullständig beläggning. Men sådana små sprutmönster är naturligtvis mycket ineffektiva för stora delar.

Fan-konfigurationen förblir den mest populära, helt enkelt för att dess sprutning ger operatören den bästa effektiviteten över en rad olika former av delar och typer av ytor på delar. En operatör kanske sprutar över lite mer på vissa delar, men i en situation med hög produktblandning kostar det överflödiga pulveravfallet mindre än att behöva byta ut pistolmunstycken.

“I en laboratoriemiljö skulle man byta munstycken ofta”, säger Talbert, “men i en produktionsmiljö är det verkligen svårt att göra.”

Pistolmunstycket dikterar en operatörs teknik, vilket också gäller för delformen och andra faktorer som aktuella inställningar och linjens hastighet. Tekniken är ganska intuitiv; en stadig hand rör sig i ett regelbundet mönster med ett konsekvent, rakt streck och ett konsekvent överlappande täckningsområde mellan strecken. “Man ser ofta nya operatörer som rör pistoler i oregelbundna mönster. Du vill inte att en operatör ska flytta pistolen i ett oregelbundet mönster över detaljen”, säger Talbert. “Du vill ha en konsekvent rörelse, stryka från vänster till höger, släpp pistolen, överlappa mönstret med cirka 50 procent och stryk från höger till vänster.”

Två kritiska variabler när det gäller tekniken för pulverlackeringsbeläggning är avståndet mellan pistolen och detaljen (även kallat målavståndet) och sprutsekvensen. Målavståndet måste vara så konsekvent som möjligt. “Om jag sprutar 3 tum bort för en del och sedan 6 tum bort för en annan del kommer jag att se en skillnad i filmbildning och pulverets beteende”, säger Talbert. “En pulverlackeringsverksamhet måste ha ett konsekvent målavstånd, från del till del och från person till person.”

För övrigt bör operatörerna börja i svårtäckta områden först, i vinklar och vrår, i invändiga veck, allt med hög elektrisk resistans som är känsligt för Faraday-burar och andra huvudvärk med pulverlackering. Först därefter bör operatörerna gå över till de plana ytorna med låg resistans som är lätta att belägga. “Om du först bygger upp pulver på de ytor som är lätta att belägga”, säger Talbert, “kommer du bara att öka det totala elektriska motståndet. Det vill säga, det elektriska motståndet kommer att öka, inte minska.” Om du belägger de plana, öppna ytorna först kommer det att bli ännu svårare att belägga de små och stora hålen konsekvent och jämnt.

Rackning och upphängning

En pistoloperatör kan inte vara framgångsrik om inte delarna är raderade och upphängda på ett konsekvent sätt och i rätt riktning. Om en del tvättas måste den hängas på ett sätt som förhindrar att vatten fastnar och samlas i hörnen. Delarna måste grupperas tillräckligt nära varandra för att uppnå god effektivitet, men inte för nära varandra, annars kommer sprutpistoloperatören att ha svårt att få alla delar helt belagda.

“Ett bra hyllsystem säkerställer att operatören har god tillgång till alla områden på varje del”, säger Talbert.

De upphängda delarna måste också vara stabila. När de väl är i rörelse på linjen får de inte svänga eller vrida sig. Detta kommer återigen att göra det svårt för operatören att uppnå en fullständig och jämn beläggning. Detta kan vara särskilt problematiskt för lätta delar. Små delar kan vara så lätta att själva pulverlacksprayen kan få dem att svänga. Detta kan verka harmlöst, men svängningen ändrar avståndet mellan pistol och mål, vilket i sin tur kan orsaka inkonsekvent täckning. Bra ställningar bör ge stöd för att förhindra detta.

Talbert tillade att identiska delar bör hängas upp i samma riktning och höjd så att operatören kan belägga varje del på ett konsekvent och repeterbart sätt – från del till del, från skift till skift och från dag till dag.

“Hyllorna ska vara rena och kontaktytan måste vara fri från pulver”, säger Talbert. “Detta säkerställer att du får en bra elektrostatisk attraktion i kraft av jordjordning.”

Böcker skulle kunna skrivas om delhängetäthet på pulverlackeringslinjer. För specialtillverkare kan det vara en strategisk affärsfördel att hitta den optimala linjetätheten, skillnaden mellan att vara verkligt konkurrenskraftig eller inte.

Linjetätheten är kanske inte lika kritisk för tillverkare, men som Talbert varnade för, gör verkstäder som ignorerar linjetätheten det på egen risk. När allt kommer omkring, gör tillverkare som tar in pulverlackering internt ofta det för att avhjälpa en flaskhals för pulverlackering. Det sista de vill är att göra en stor investering i pulverlackering och sedan köra den investeringen ineffektivt.

“Målet med rackning är att se till att jag lätt kan belägga den, att delen är torr när jag belägger den och att jag får en bra volym från linjen”, säger Talbert. “Det handlar om produktivitet, konsistens, enkel beläggning och litet avfall. Många verkstäder slösar bort enorma summor pengar genom att de inte hyllar och hänger upp delar på rätt sätt.”

Med tanke på detta måste den person som har till uppgift att hylla och hänga upp delar veta hur viktigt hans arbete är och vad som händer om han eller hon inte gör det på rätt sätt. Om han inte är uppmärksam kan varje efterbehandlingsprocess därefter bli lidande.

Ledarskap i en miljö med hög produktblandning

Företagare behöver en fungerande kunskap om hur pulver fäster på ytan. Förmän och andra avdelningsledare behöver veta mer. De måste veta hur en pulverlackeringslinje fungerar bäst. Och i den värld som kännetecknas av hög produktblandning och specialtillverkning kan det vara en svår balansgång att hitta de bästa driftsförhållandena.

En pulverlackeringslinje fungerar smidigast som ett tillverkningssystem med batchtillverkning. “Det är idealisk att sätta saker i batch efter storlek och stil snarare än efter kit. Det gör det bara lättare att ställa in pistolerna, ugnen och hyllorna”, säger Talbert. “Sammantaget är det ett föredraget sätt att belägga.”

Detta betyder inte att en tillverkare behöver köra en enda färg i timmar i sträck. En stor anledning till att specialtillverkare använder sig av intern ytbehandling är trots allt att de vill dra nytta av snabba färgbyten. Eftersom tillverkare inte enbart fokuserar på pulverlackering och inte förbrukar enorma mängder pulver behövs ofta ingen återvinning.

En beläggningslinje är utformad för en viss hastighet, som beror på volymer, blandning av delar, krav på förbehandling, linjetäthet (hur många delar som kan hängas upp inom ett visst utrymme) och härdningstid.

Förbehandling är vanligtvis något flexibel för kitbaserad bearbetning. Förbehandling vid pulverlackering har två viktiga steg: (1) rengöring och (2) applicering av en konverteringsbeläggning, som kan skydda mot korrosion, främja god pulveranslutning och förbättra beläggningens livslängd. Förbehandlingsprocessen kan omfatta ett antal steg för att förbereda och på annat sätt behandla delen, men målet är att få en ren yta som är mottaglig för bindning.

När det gäller tvättsteget har jag arbetat med många linjer där de kör ganska många olika materialtyper och hanterar dem ganska bra”, säger Talbert och tillägger att det ibland uppstår problem med konverteringsbeläggningar, särskilt om flera olika delar av olika materialtyper behöver korrosionsskydd för utomhusanvändning, t.ex. ett jobb som har både aluminium- och stålkomponenter. Omvandlingsbeläggningar som fungerar effektivt för aluminium har en tendens att inte fungera bra för stål. (Även om vissa beläggningar med så kallade övergångsmetallprodukter som zirkoniumoxid gör förbehandlingssystem mer anpassningsbara till olika material.)

“Men generellt sett är förbehandling för kitbaserad bearbetning en mindre utmaning”, fortsätter Talbert. “Det som däremot utgör en utmaning är behandlingen. Vid härdning av tjockare delar tar det längre tid för substratets kärna att nå den temperatur som krävs för tvärbindning.”

De flesta pulverbeläggningar använder sig av härdplastpulver, som kräver en viss mängd energi och tid för att skapa en kemisk reaktion i pulvret för att det ska smälta och smälta ihop till en film. “Tvärbindning” sker när den molekylära strukturen förändras när pulvret omvandlas från en grupp av diskreta partiklar till en enhetlig film. Detta tar en viss tid beroende på vilken del som torkas i ugnen, även om linjens hastighet under torkningen kan justeras till en gyllene medelväg för alla delar som hänger på linjen under en viss körning. Med hjälp av hypotetiska siffror förklarade Talbert: “En linje kan fungera bäst vid, säg, 10 fot per minut, och den kan fungera bra även vid 8 eller 12 FPM. Men kör den vid endast 5 FPM eller 14 FPM och du kan börja få problem.

“Detta betyder inte att folk inte kör delar i satser”, fortsatte Talbert. Det finns gränser, men en kunnig linjedesigner bör kunna kompensera för många kitbaserade tillvägagångssätt, så länge beläggningskraven förstås ordentligt under konstruktionsstadiet och racking är effektivt.

“Det är mer utmanande och du måste begränsa mängden massavvikelser från del till del, som att hänga ett lätt stålstycke bredvid ett tjockt stålstycke, vilket kan vara problematiskt att härda. Men man kan kompensera i viss utsträckning inne i ugnen”, säger han. “Man kan använda en infraröd ugn som styrs av en PLC och som reagerar olika på de massor och former som passerar genom ugnen och strålar högre eller lägre, beroende på vad som passerar genom ugnen. Sedan går man in i en konvektionsugn för att avsluta härdningsprocessen.” Även här finns det gränser; ibland är efterbehandlingskraven för olika delar i samma kit helt enkelt för olika för att de ska kunna flyta ihop i samma körning.

Talbert tillade att denna balansakt är en vanlig utmaning för många tillverkare som tar in pulverlackering internt, och det är av denna anledning som det kan vara mycket värdefullt att anställa en pulverlackeringsansvarig med erfarenhet. Denna handledare kan sedan utbilda operatörer som måste reagera på olika delar som hänger på linjen, ändra sina avstånd mellan pistol och mål, justera sina inställningar för effekt och flöde, kanske till och med byta munstycken. Ska en operatör behålla samma flödeshastighet men helt enkelt flytta pistolen längre bort från målet? Eller kanske behålla samma flödeshastighet och bara göra färre överfarter? En operatör måste tänka på dessa saker i farten. Det är inte ett tanklöst arbete.

Hur automatiserad?

Automatiserade pulverlackeringslinjer har blivit mycket mer flexibla under de senaste åren, inte bara på grund av den PLC-baserade infraröda härdningstekniken, utan också på grund av intelligent pistolautomatisering. Mekaniserade eller robotiserade pistoler kan ställas in för att ändra flödeshastigheter och avstånd mellan pistol och mål för att matcha den produkt som passerar framför dem. Beroende på en verkstads blandning av delar kan fullständig automatisering verkligen vara den rätta vägen att gå.

Dessa mekaniserade system kan ändå ha problem med att nå alla delar av detaljen, inklusive de Faraday-burar som är svåra att belägga. Ledade robotarmar kan nå fler ställen med en sprutpistol, men även här finns det kompromisser.

“De flesta hänger sina delar på enkla krokar”, säger Talbert. “Men om du ska använda en robot med ledad arm är det bäst att den kroken är en riktigt bra krok som hänger i ett bra läge hela dagen lång. Annars kommer roboten bara att belägga det som den är programmerad att belägga, och delen kanske inte är korrekt placerad. En manuell operatör har ögon. Kan man automatisera helt och hållet? Ja, men ofta är det komplexiteten i processen som talar för att man bör använda den manuella operatören.”

Utbildning: En fabrikörs pulverlackeringsavdelning behöver delar som är utformade med pulverlackering i åtanke. Som Talbert förklarade kan snäva hörn beläggas, liksom vissa extraordinärt komplexa geometrier, men de lägger också till många beläggningsvariabler och ökar risken för fel, omarbete och skrot.

Med detta sagt är utbildning fortfarande viktig, och den börjar med avdelningens chef. “Avdelningsledaren måste ha en stor övergripande kunskap om linjen och pulverlackeringsprocessen”, säger Talbert. “De känner till förbehandling. De förstår vad som händer i tvättmaskinen. De vet varför och hur man rackar på rätt sätt. De känner till inställningarna för pulverpistolerna, för härdningsugnarna och de måste förstå elektrostatik. De vet hur man felsöker. De måste kunna gå igenom linjen, titta på något och omedelbart veta att det inte stämmer.”

Tänk på förbehandling. En verkstadsanställd från en annan avdelning kanske bara ser hur delar rengörs. Arbetsledaren bör titta på tvätten, veta att den kommer att få så många milligram konverteringsbeläggning applicerad på den, veta att den kommer att sprutas med avjoniserat vatten och torkas på ett visst sätt.

Varifrån får folk den här kunskapen? De får den genom erfarenhet, men de kan få utbildning från externa källor, deras utrustningsleverantörer, branschorganisationer och andra externa utbildningskällor. Bra källor är Powder Coating Institute (www.powdercoating.org) och Chemical Coaters Association Intl. (www.ccaiweb.com).

Föreståndaren måste i sin tur bestämma vilken utbildningsnivå operatörerna behöver för att vara effektiva och ändamålsenliga. Som Talbert sa: “En handledare måste verkligen coacha dem så att de blir framgångsrika pulverlackerare.”

Här är problemet. Precis som i en tillverkningsanläggnings uppströms-processer kan pulverlackerare inte bara vara knapptryckare (eller avtryckare). Talbert tillade att det är ett problem som ofta går obemärkt förbi, eftersom en dålig pulverlackerare ändå kan få ut ett jobb. “De kan bara ofta inte belägga en del på ett effektivt sätt.”

De kan t.ex. använda en fullskalig amp-potentialinställning. Men om de visste mer om utrustningen och hur olika mikroampereinställningar påverkar täckningen skulle de kunna belägga delar mycket effektivare.

Visst, vissa styrenheter har “recept” som operatörerna kan använda. De trycker på en knapp och alla lufttryck och elektrostatiska variabler justeras automatiskt för att passa den aktuella delkörningen. Men, tillade Talbert, pulverlackerare kommer att bli mycket mer framgångsrika om de förstår varför dessa inställningar fungerar så bra.

Säg att du ber en operatör att ställa in en pistol som han vanligtvis inte sprutar med och han säger att han inte vet hur. “Han säger till dig: ‘Tja, det är Joes pistol, inte min, och Joe är inte här i dag’. Det är ett problem”, sade Talbert. “Joe borde ha lärt alla hur man ställer in vapnet. Och det borde ha dokumenterats. Det behöver inte vara ett uppslagsverk om pulverlackering, bara grundläggande instruktioner.”

Det visar sig att det som gäller för tillverkningsprocesser i tidigare led också gäller för efterbehandling. Brist på formell utbildning leder till bristande engagemang, personalomsättning och operativ turbulens. Processkunskap, inom beläggning som överallt annars på fabriksgolvet, är kärnan i det hela.

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