Es una historia común. Un fabricante analiza cuánto tiempo pasan las piezas en cada proceso. El corte por láser, el doblado, la soldadura… estos y otros departamentos internos suelen poder medirse en minutos y horas. Pero si se envían las piezas a subcontratistas externos, el tiempo suele medirse en días, a veces en semanas. No es de extrañar que muchos fabricantes opten por ofrecer muchos servicios internos, incluido el recubrimiento en polvo.

Aún así, no todos los fabricantes tienen una línea de recubrimiento en polvo, y con razón. Si un taller tiene una red cercana de recubridores personalizados en la zona, dar el salto al recubrimiento en polvo quizás no tenga sentido. Después de todo, poner en marcha una línea de recubrimiento en polvo no es una tarea sencilla. Pero sin una red cercana y receptiva de recubridores de polvo a medida, un fabricante a veces no tiene otra opción. Si quiere seguir atendiendo a sus clientes, a veces tiene que dar el paso.

Los fabricantes tienen que aprender los fundamentos del equipo, desde el pretratamiento hasta el propio recubrimiento en polvo y los requisitos de secado. Pero los talleres no deben olvidar una pieza fundamental del rompecabezas: los requisitos de formación. El recubrimiento en polvo es aparentemente sencillo. Dañar o desechar una pieza durante el recubrimiento en polvo y el acabado es un error muy caro, teniendo en cuenta todo el valor -desde el corte por láser hasta la soldadura- que se ha añadido antes del proceso de recubrimiento.

Considerando esto, The FABRICATOR habló con Rodger Talbert, de Talbert Consulting, con sede en Grand Rapids, Michigan, que se especializa en la formación para la industria del recubrimiento en polvo. Resulta que esta industria se enfrenta a los mismos retos que la fabricación de metales. La calidad de un recubrimiento en polvo no sólo depende de la tecnología, sino de las personas que la gestionan y utilizan. Todo comienza con un operario, una pistola pulverizadora y la pieza de trabajo en cuestión.

En el primer día

Observando a un operario de recubrimiento en polvo novato en su primer día, Talbert se da cuenta de varias cosas. La primera es la idea errónea de que es un trabajo fácil. “Es extraño, pero es cierto. El recubrimiento en polvo puede parecer sencillo en el sentido de que la persona media puede averiguar cómo poner el polvo en una pieza. Pero pronto descubren que no pueden conseguir una película uniforme y que no pueden cubrir ciertas zonas de una pieza como esperaban”.

Esa clásica inconsistencia de cobertura proviene de un malentendido básico de cómo funciona exactamente el recubrimiento en polvo. A diferencia de la pintura húmeda, el polvo no tiene la tensión superficial que lo mantiene adherido a una superficie. Después de todo, es un polvo, no un líquido. Una capa de polvo sólo se adhiere cuando hay una acción electrostática, “y la electricidad tiene su propio comportamiento según la ley de Ohm”, dice Talbert. “Seguirá el camino de menor resistencia”.

Cuando el novato empieza a pulverizar, al principio todo parece ir bien. Pero muy pronto, las áreas de ciertas piezas, como las esquinas estrechas de las bridas interiores adyacentes o el punto donde se cruzan dos cables, no tienen suficiente cobertura de recubrimiento, mientras que las áreas planas tienen demasiada. Esto se debe a que las zonas planas presentan la menor resistencia eléctrica, mientras que las esquinas tienen una alta resistencia eléctrica.

El novato apunta la pistola hacia las esquinas para tratar de lograr una cobertura suficiente, sólo para descubrir que una parte del polvo fluye hacia esas áreas de menor resistencia, esas áreas planas. La pieza termina con algunas zonas sobrecubiertas, otras subcubiertas y un desnivel general. ¿Qué le falta al operario? Podría ser una o varias cosas, dependiendo de la situación.

Equipo y técnica

Algunas variables están fuera del control inmediato del operario durante la operación, incluyendo los ajustes del pretratamiento, la velocidad de la línea, el colgado de las piezas y la densidad de la línea, así como los ajustes del horno de curado. En cuanto a las variables que el operario puede controlar, se pueden agrupar en dos áreas: los ajustes del equipo y la técnica.

Talbert sugiere empezar por el equipo. Después de todo, para tener una buena técnica, un operador no puede luchar contra los malos ajustes del equipo.

“Tienes dos subsistemas diferentes que afectan a la cobertura”, dijo. “En primer lugar, el componente de suministro, que incluye una presión de aire adecuada. Esto le da la cantidad correcta de polvo y evita que el polvo tenga un exceso de velocidad, dándole un patrón agradable y uniforme. Es la parte neumática del proceso”.

Los operadores tienen que tener en cuenta dos ajustes de aire diferentes: (1) el porcentaje del volumen total y (2) la velocidad (atomización o control del patrón). Los ajustes varían en función del polvo, la mezcla de las piezas y la persona que realiza el recubrimiento. Como explicó Talbert, “un ajuste típico podría ser el 40% y 4,0 Nm3/h (metros cúbicos/hora normales) para mi suministro de aire secundario; ése es un buen punto de partida”.

En segundo lugar está el aspecto de la carga, incluyendo el voltaje y el amperaje -o, en la jerga del recubrimiento en polvo, los “microamperios”. Los novatos suelen utilizar demasiada corriente. La cantidad justa de corriente atrae el polvo a la superficie metálica de manera uniforme. De hecho, es esa atracción electrostática la que hace que el polvo se adhiera en primer lugar. Pero demasiada corriente puede tener un efecto de repulsión.

“La atracción de la corriente desde el electrodo del polvo a la pieza es tan fuerte que interfiere con la deposición natural del polvo”, dijo Talbert. “Es demasiada energía, y puede crear una textura , pinholing, y retro-ionización”, donde el alto voltaje choca con las moléculas de aire y las divide para crear iones, lo que crea formas y texturas en la superficie del recubrimiento.

Ese efecto de repulsión en las esquinas interiores (y otras zonas de alta resistencia de una pieza) es algo que los especialistas en recubrimiento en polvo llaman jaula de Faraday. El efecto recibe su nombre del científico inglés Michael Faraday, que descubrió el comportamiento electromagnético.

Las pistolas pulverizadoras más antiguas no tienen límite en los ajustes de corriente, lo que significa que los amperios pueden aumentar o disminuir drásticamente, dependiendo de la resistencia eléctrica entre la pieza y el electrodo de la pistola pulverizadora. A medida que la pistola se acerca a la pieza, la resistencia disminuye y, por tanto, el amperaje aumenta. Si se aleja la pistola, ocurre lo contrario.

El truco, especialmente para los operadores novatos, es limitar la corriente. Con un límite establecido, las pistolas pueden acercarse y alejarse -es decir, la distancia entre la pistola y la pieza puede cambiar- y el operario seguirá logrando la cobertura de la pieza deseada.

Las pistolas más nuevas tienen límites de corriente que se pueden establecer. Así, en lugar de que un operario mueva la pistola varios centímetros hacia la pieza y provoque que la corriente salte a, digamos, entre 60 y 70 microamperios (un rango que puede causar problemas en muchas aplicaciones), la pistola puede limitarse a entre 20 y 40 amperios. Así, cuando el operario se acerca a la pieza, la tecnología dentro de la pistola compensa eléctricamente para que los amperios nunca suban por encima de 40 (o lo que sea óptimo para el equipo y la aplicación), permitiendo una cobertura suave y consistente.

Otra variable del equipo es la configuración de la boquilla. Al igual que las boquillas para el corte por láser o plasma, las boquillas de las pistolas de recubrimiento en polvo son muy variadas, pero hay dos configuraciones que predominan en el sector del recubrimiento. La primera es la boquilla de abanico, que pulveriza el polvo en forma de abanico y produce un área de cobertura parecida a un óvalo alargado. La segunda es el defector cónico, que produce un área de cobertura concentrada en forma de rosquilla. Puede pulverizar patrones tan pequeños como de 2 a 3 pulgadas de diámetro, lo que puede ser bueno para ciertas formas como tubos o tal vez una pequeña caja con una esquina interior que necesita un recubrimiento completo. Pero, por supuesto, estos pequeños patrones de pulverización son muy ineficientes para las piezas grandes.

La configuración de abanico sigue siendo la más popular, simplemente porque su pulverización da al operador la mejor eficiencia a través de una gama de formas de piezas y tipos de superficies de piezas. Un operario puede rociar un poco más en ciertas piezas, pero para una situación de alta mezcla de productos, el exceso de residuos de polvo cuesta menos que tener que cambiar las boquillas de la pistola.

“En un entorno de laboratorio se cambiarían las boquillas con frecuencia”, dijo Talbert, “pero en un entorno de producción, es realmente difícil de hacer”.

La boquilla de la pistola dicta la técnica de un operario, al igual que la forma de la pieza y otros factores como los ajustes actuales y la velocidad de la línea. La técnica es en cierto modo intuitiva; una mano firme se mueve en un patrón regular con un trazo consistente y recto y un solapamiento consistente del área de cobertura entre los trazos. “A menudo se ven operadores nuevos que mueven las pistolas en patrones irregulares. No se quiere que un operario mueva la pistola en un patrón irregular a través de la pieza”, dijo Talbert. “Lo que se quiere es un movimiento consistente, acariciando de izquierda a derecha, soltando la pistola, solapando el patrón alrededor del 50 por ciento, y acariciando de derecha a izquierda.”

Dos variables críticas cuando se trata de la técnica de recubrimiento en polvo son la distancia entre la pistola y la pieza (también llamada distancia al objetivo) y la secuencia de pulverización. La distancia del objetivo debe ser lo más consistente posible. “Si pulverizo a 10 centímetros de distancia en una pieza y a 10 centímetros en otra, veré una diferencia en la formación de la película y en el comportamiento del polvo”, dice Talbert. “Una operación de recubrimiento en polvo necesita tener una distancia objetivo consistente, de pieza a pieza y de persona a persona”.

Además de esto, los operarios deberían empezar en las zonas difíciles de cubrir primero, los rincones y grietas, los pliegues interiores, todos con alta resistencia eléctrica susceptibles de jaulas Faraday y otros dolores de cabeza del recubrimiento en polvo. Sólo entonces deberían pasar a las superficies planas, de baja resistencia y fáciles de recubrir. Si primero se acumula el polvo en las superficies fáciles de recubrir”, dijo Talbert, “sólo se va a aumentar la resistencia eléctrica general”. Es decir, la resistencia eléctrica aumentará, no disminuirá”. Si se recubren primero los espacios planos y abiertos, será aún más difícil recubrir los rincones y las grietas de forma consistente y uniforme.

Equipamiento y colgado

Un operario de pistola no puede tener éxito a menos que las piezas se coloquen de forma consistente y en la orientación correcta. Si una pieza está siendo lavada, necesita ser colgada de una manera que evite que el agua quede atrapada y se acumule en las esquinas. Las piezas deben estar agrupadas lo suficientemente cerca para lograr una buena eficiencia, pero no demasiado, o el operario de la pistola de pulverización tendrá problemas para recubrir todas las piezas por completo.

“Un buen sistema de estanterías garantizará que el operario tenga un buen acceso a todas las zonas de cada pieza”, dijo Talbert.

Las piezas colgadas también deben ser estables. Una vez en movimiento en la línea, no deben oscilar ni girar. De nuevo, esto dificultará que el operario consiga una capa completa y consistente. Esto puede ser especialmente problemático para las piezas ligeras. Las piezas pequeñas pueden ser tan ligeras que el propio pulverizador de pintura en polvo puede hacer que se balanceen. Esto puede parecer inofensivo, pero ese balanceo está cambiando la distancia de la pistola al objetivo, lo que a su vez puede causar una cobertura inconsistente. Una buena estantería debe proporcionar apoyo para evitar esto.

Talbert añadió que las piezas idénticas deben colgarse en la misma orientación y altura para que el operario pueda recubrir cada pieza de forma consistente y repetible, de pieza a pieza, de turno a turno y de día a día.

“Los bastidores deben estar limpios y el área de contacto debe estar libre de polvo”, dijo Talbert. “Esto garantiza una buena atracción electrostática en virtud de la conexión a tierra”.

Se podrían escribir libros sobre la densidad de las piezas en las líneas de recubrimiento en polvo. En el caso de las empresas de recubrimiento a medida, encontrar la densidad de línea óptima puede ser una ventaja comercial estratégica, la diferencia entre ser realmente competitivo o no.

La densidad de línea puede no ser tan crítica en los fabricantes, pero como advirtió Talbert, los talleres que ignoran la densidad de línea lo hacen por su cuenta y riesgo. Al fin y al cabo, los fabricantes que incorporan el recubrimiento en polvo a sus instalaciones suelen hacerlo para aliviar un cuello de botella en el recubrimiento en polvo. Lo último que quieren es hacer una gran inversión en recubrimiento en polvo y acabar ejecutando esa inversión de forma ineficiente.

“El objetivo de las estanterías es asegurar que puedo recubrir fácilmente, que la pieza está seca cuando la recubro y que obtengo un buen volumen de la línea”, dijo Talbert. “Se trata de la productividad, la consistencia, la facilidad de recubrimiento y el bajo desperdicio. Muchos talleres malgastan enormes cantidades de dinero por no colocar las piezas en el estante y colgarlas correctamente”.

Considerando esto, la persona asignada para colocar las piezas en el estante y colgarlas debe saber lo crítico que es su trabajo, y lo que ocurre si no lo hace correctamente. Si no presta atención, todos los procesos de acabado posteriores pueden verse perjudicados.

Liderazgo en un entorno de alta mezcla de productos

Los operarios necesitan un conocimiento práctico de cómo se adhiere el polvo a la superficie. Los supervisores y otros jefes de departamento necesitan saber más. Necesitan saber cómo funciona mejor una línea de recubrimiento en polvo. Y en el mundo de la fabricación a medida, de gran mezcla de productos, encontrar las mejores condiciones de funcionamiento puede ser todo un acto de equilibrio.

Una línea de recubrimiento en polvo funciona mejor como sistema de fabricación por lotes. “Lo ideal es agrupar las cosas por tamaños y estilos en lugar de por kits. Así es más fácil configurar las pistolas, el horno y las estanterías”, dice Talbert. “En conjunto, es la forma preferida de recubrir”.

Esto no quiere decir que un fabricante tenga que trabajar con un solo color durante horas. Al fin y al cabo, una de las principales razones por las que los fabricantes de productos a medida aplican el recubrimiento en sus instalaciones es para aprovechar los rápidos cambios de color. Dado que los fabricantes no se centran únicamente en el recubrimiento en polvo, y no consumen cantidades masivas de polvo, a menudo no es necesaria la recuperación.

De todos modos, una línea de recubrimiento está diseñada para una velocidad específica, que depende de los volúmenes, la mezcla de piezas, los requisitos de pretratamiento, la densidad de la línea (cuántas piezas pueden colgarse en un espacio determinado) y el tiempo de curado.

El pretratamiento suele ser algo flexible al procesamiento basado en kits. El pretratamiento en el recubrimiento en polvo tiene dos pasos esenciales: (1) la limpieza y (2) la aplicación de un recubrimiento de conversión, que puede proteger contra la corrosión, promover una buena adhesión del polvo y mejorar la vida del recubrimiento. El proceso de pretratamiento puede incluir una serie de pasos para preparar y tratar de otro modo la pieza, pero el objetivo es conseguir una superficie limpia y receptiva a la adhesión.

En cuanto al paso de lavado, he trabajado con muchas líneas en las que utilizan una gran variedad de tipos de materiales y los gestionan bastante bien”, dijo Talbert, añadiendo que a veces surgen problemas con los recubrimientos de conversión, especialmente si una variedad de piezas de diferentes tipos de materiales necesitan protección contra la corrosión para su uso en exteriores, por ejemplo, un trabajo que tiene componentes tanto de aluminio como de acero. Los revestimientos de conversión que son eficaces para el aluminio tienden a no funcionar bien con el acero. (Aunque algunos revestimientos con los llamados productos de “metal de transición”, como el óxido de circonio, hacen que los sistemas de pretratamiento se adapten mejor a los distintos materiales.)

“Pero, en general, para el procesamiento en kit, el pretratamiento es un reto menor”, continúa Talbert. “Lo que sí supone un reto, sin embargo, es el curado. Cuando se curan piezas más gruesas, se necesita más tiempo para que el núcleo del sustrato alcance la temperatura necesaria para la reticulación”

La mayoría de los recubrimientos en polvo utilizan polvo termoestable, que requiere una cierta cantidad de energía y tiempo para crear una reacción química dentro del polvo para que se funda y se fusione como una película. La “reticulación” se produce cuando la estructura molecular cambia a medida que el polvo se transforma de un grupo de partículas discretas en una película consistente. Esto lleva un cierto tiempo dependiendo de la pieza que el horno está curando, aunque la velocidad de la línea a través del curado puede ajustarse a algún medio feliz para todas las piezas que cuelgan en la línea durante una serie particular. Utilizando números hipotéticos, Talbert explicó: “Una línea puede funcionar mejor, digamos, a 3 metros por minuto, y puede funcionar bien incluso a 8 o 12 FPM. Pero si se ejecuta a sólo 5 FPM o 14 FPM, puede empezar a tener problemas.

“Esto no significa que la gente no ejecute piezas en kits”, continuó Talbert. Hay límites, pero un diseñador de líneas bien informado debería ser capaz de compensar muchos enfoques basados en kits, siempre y cuando los requisitos de recubrimiento se entiendan adecuadamente durante la etapa de diseño y el trasiego sea eficiente.

“Es más desafiante, y tienes que limitar la cantidad de rango de masa de pieza a pieza, como colgar una pieza ligera de acero junto a una pieza gruesa de acero, lo que podría ser problemático para curar. Pero se puede compensar hasta cierto punto dentro del horno”, explica. “Se puede utilizar un horno de infrarrojos, que se controla con un PLC y reacciona de forma diferente a las masas y formas que pasan por él e irradia más alto o más bajo, según lo que pase. Luego se pasa a un horno de convección para terminar el proceso de curado”. Una vez más, hay límites; a veces los requisitos de acabado entre las partes en el mismo kit son simplemente demasiado diferentes para fluir juntos en la misma carrera.

Talbert añadió que este acto de equilibrio es un reto común para muchos fabricantes que llevan a cabo el recubrimiento en polvo en la empresa, y es por esta razón que contratar a un supervisor de recubrimiento en polvo con experiencia puede ser muy valioso. Ese supervisor puede formar a los operarios, que tendrán que reaccionar ante las diferentes piezas que cuelgan en la línea, cambiar las distancias entre la pistola y el objetivo, ajustar la potencia y el caudal, e incluso cambiar las boquillas. ¿Debe un operario mantener el mismo caudal pero simplemente alejar la pistola del objetivo? ¿O tal vez mantener el mismo caudal y hacer menos pasadas? El operario tiene que pensar en estas cosas sobre la marcha. No es un trabajo sin sentido.

¿Cómo de automatizadas?

Las líneas de pintura en polvo automatizadas se han vuelto mucho más flexibles en los últimos años, no sólo por la tecnología de curado por infrarrojos basada en PLC, sino también por la automatización inteligente de las pistolas. Las pistolas mecanizadas o robóticas pueden configurarse para cambiar los caudales y las distancias entre la pistola y el objetivo para adaptarse al producto que pasa por delante de ellas. Dependiendo de la mezcla de piezas de un taller, la automatización completa puede ser el camino a seguir.

Sin embargo, estos sistemas mecanizados pueden tener problemas para llegar a todas las áreas de la pieza, incluyendo esas jaulas de Faraday difíciles de recubrir. Los brazos robóticos articulados pueden llegar a más lugares con una pistola de pulverización, pero incluso en este caso hay compensaciones.

“La mayoría cuelgan sus piezas en simples ganchos”, dijo Talbert. “Pero si vas a utilizar un robot de brazo articulado, más vale que ese gancho sea realmente bueno y esté colgado en una buena posición todo el día. De lo contrario, el robot recubrirá sólo lo que está programado para recubrir, y la pieza puede no estar colocada correctamente”. Un operario manual tiene ojos. ¿Se puede automatizar completamente? Sí, pero a menudo la complejidad del proceso hace que se prefiera el uso del operario manual”

Formación: En el centro de todo

El departamento de recubrimiento en polvo de un fabricante necesita piezas diseñadas teniendo en cuenta el recubrimiento en polvo. Como explicó Talbert, las esquinas estrechas pueden recubrirse, al igual que algunas geometrías extraordinariamente complejas, pero también añaden muchas variables de recubrimiento y aumentan las posibilidades de error, retrabajo y desechos.

Dicho esto, la formación sigue siendo esencial, y comienza con el supervisor del departamento. “El supervisor del departamento tiene que tener un gran conocimiento general de la línea y del proceso de recubrimiento en polvo”, dijo Talbert. “Saben lo que es el pretratamiento. Entienden lo que ocurre en la lavadora. Saben por qué y cómo se hace el trasiego correctamente. Conocen los ajustes de las pistolas de polvo, de los hornos de curado y deben entender la electrostática. Saben cómo solucionar problemas. Deben recorrer la línea, mirar algo y saber al instante que no está bien”.

Considere el tratamiento previo. Un empleado del taller de otro departamento podría ver simplemente cómo se limpian las piezas. El supervisor debe ver el lavado, saber que se le aplicarán tantos miligramos de revestimiento de conversión, saber que se rociará con agua desionizada y que se secará de una manera determinada.

¿De dónde saca la gente este conocimiento? Lo obtienen a través de la experiencia, pero pueden obtener formación de fuentes externas, sus proveedores de equipos, asociaciones industriales y otras fuentes de formación externa. Algunas buenas fuentes son el Powder Coating Institute (www.powdercoating.org) y la Chemical Coaters Association Intl. (www.ccaiweb.com).

El supervisor, a su vez, debe determinar el nivel de formación que necesitan los operarios para ser eficaces y eficientes. Como dijo Talbert, “el supervisor tiene que entrenarlos para que sean recubridores de polvo con éxito”.

Aquí está el problema. Al igual que en los procesos previos de una planta de fabricación, los recubridores de polvo no pueden limitarse a pulsar botones (o a apretar el gatillo). Talbert añade que se trata de un problema que a menudo pasa desapercibido, ya que un operador de pintura en polvo deficiente puede sacar un trabajo adelante. “Simplemente, a menudo no pueden recubrir una pieza de forma eficiente o eficaz”.

Puede que usen un ajuste de amperaje completo, por ejemplo. Pero si conocieran mejor el equipo y la forma en que los diferentes ajustes de microamperios afectan a la cobertura, podrían recubrir las piezas de forma mucho más eficaz.

Es cierto que algunos controladores tienen “recetas” que los operarios pueden utilizar. Pulsan un botón, y todas las variables de presión de aire y electrostáticas se ajustan automáticamente para adaptarse a la ejecución de la pieza en cuestión. Pero, añadió Talbert, los recubridores de polvo tendrán mucho más éxito si entienden por qué esos ajustes funcionan tan bien.

Supongamos que le pides a un operario que configure una pistola con la que no suele pulverizar y te dice que no sabe cómo hacerlo. “Te dice: ‘Bueno, esa es la pistola de Joe, no la mía, y Joe no está aquí hoy’. Eso es un problema”, dijo Talbert. “Joe debería haber enseñado a todo el mundo cómo configurar esa pistola. Y debería haberse documentado. No hace falta que sea una enciclopedia de la pintura en polvo, sólo instrucciones básicas”.

Resulta que lo que es cierto en los procesos de fabricación anteriores también lo es en el acabado. La falta de formación formal conduce a la falta de compromiso, a la rotación de personal y a la confusión operativa. El conocimiento de los procesos, en el recubrimiento como en cualquier otra parte del taller de fabricación, está en el centro de todo.

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