Michael Kelly, Allied PhotoChemical, és David Hagood, Finishing Technology Solutions
Képzelje el, hogy szinte az összes VOC-t (illékony szerves vegyületet) ki lehetne küszöbölni a csőgyártási folyamatban, ami évi 4500 kilogramm VOC-nak felel meg. Képzelje el azt is, hogy gyorsabban, nagyobb áteresztőképességgel és alacsonyabb darabonkénti/folyóméterenkénti költséggel lehetne gyártani.
A fenntartható gyártási folyamatok kulcsfontosságúak az észak-amerikai piacon a hatékonyabb és optimalizáltabb gyártás felé vezető úton. A fenntarthatóság többféleképpen mérhető:
VOC-csökkentés
Kevesebb energiafogyasztás
Optimalizált munkaerő
Gyorsabb gyártási teljesítmény (több kevesebből)
A tőke hatékonyabb felhasználása
Ráadásul a fentiek számos kombinációja
Nemrégiben egy vezető csőgyártó új stratégiát vezetett be a bevonási műveleteiben. A gyártó korábbi bevonási platformjai víz alapúak voltak, amelyek magas VOC-tartalmúak és ráadásul gyúlékonyak is. A bevezetett fenntartható bevonási platform egy 100%-ban szilárdanyag-tartalmú ultraibolya (UV) bevonási technológia volt. Ebben a cikkben az ügyfél kezdeti problémáját, az UV-bevonatolási eljárást, az általános folyamatfejlesztéseket, a költségmegtakarítást és a VOC-csökkentést foglaljuk össze.
Bevonatolási műveletek a csőgyártásban
A gyártó egy vízbázisú bevonási eljárást alkalmazott, amely rendetlenséget hagyott maga után, amint az az 1a és 1b képeken is látható. Az eljárás nemcsak bevonóanyagok pazarlásához vezetett, hanem üzemi veszélyt is teremtett, ami növelte az illékony szerves vegyületeknek (VOC) való kitettséget és a tűzveszélyt. Ezenkívül az ügyfél a jelenlegi vízbázisú bevonási eljáráshoz képest jobb bevonási teljesítményt szeretett volna elérni.
Bár sok iparági szakértő közvetlenül összehasonlítja a vízbázisú bevonatokat az UV-bevonatokkal, ez nem realisztikus összehasonlítás, és félrevezető lehet. A tényleges UV-bevonat az UV-bevonatolási folyamat egy részhalmaza.
1. ábra. Projekt bevonási folyamat
Az UV egy folyamat
Az UV-festés jelentős környezeti előnyöket, általános folyamatjavulást, jobb termékteljesítményt és – igen – lineáris lábankénti bevonatmegtakarítást kínál. Egy UV-bevonatolási projekt sikeres megvalósításához az UV-festést három fő összetevőből álló folyamatként kell tekinteni: 1) az ügyfél, 2) az UV-felhordó és -szárító berendezés integrátora és 3) a bevonattechnológiai partner.
Mindhárom kulcsfontosságú egy UV-bevonatoló rendszer sikeres megtervezéséhez és megvalósításához. Vessünk tehát egy pillantást a teljes projektindítási folyamatra (1. ábra). A legtöbb esetben ezt a munkát az UV-bevonatoló technológiai partner vezeti.
Minden sikeres projekt kulcsa a világosan meghatározott, rugalmasan és a különböző ügyféltípusokhoz és alkalmazásaikhoz való alkalmazkodóképességgel rendelkező együttműködési lépések. Ez a hét együttműködési szakasz képezi az alapját a sikeres ügyféllel való együttműködésnek: 1) a folyamat átfogó megbeszélése; 2) a befektetés megtérülésének megbeszélése; 3) a termékspecifikációk; 4) a folyamat átfogó specifikációja; 5) a mintavizsgálatok; 6) árajánlatkérés / átfogó projektspecifikáció; és 7) a folyamatos kommunikáció.
Ezek a bevonási szakaszok egymást követően követhetők, némelyik egyszerre is történhet, vagy felcserélhetők, de mindegyiket be kell fejezni. Ez a beépített rugalmasság biztosítja a résztvevők számára a legnagyobb siker esélyét. Bizonyos esetekben a legjobb lehet egy UV-eljárási szakértő bevonása, aki értékes iparági tapasztalattal rendelkezik a bevonási technológiák minden formájában, de ami a legfontosabb, erős UV-eljárási tapasztalattal. Ez a szakértő eligazodhat az összes kérdésben, és semleges erőforrásként működhet a bevonási technológiák megfelelő és pártatlan értékelésében.
1. szakasz. Átfogó folyamatmegbeszélés
Itt kerül sor az ügyfél jelenlegi folyamatával kapcsolatos kezdeti információk cseréjére, a jelenlegi elrendezés egyértelmű meghatározásával, valamint a pozitív és negatív szempontok egyértelmű meghatározásával. Sok esetben kölcsönös titoktartási megállapodást (NDA) kell kötni. Ezután egyértelműen meghatározott folyamatfejlesztési célokat kell meghatározni. Ezek a következők lehetnek:
Fenntarthatóság – VOC-csökkentés
Munkaerő-csökkentés és optimalizálás
Javított minőség
Megnövelt vonalsebesség
Alapterület csökkentése
Az energiaköltségek felülvizsgálata
A bevonatrendszer karbantarthatósága – alkatrészek stb.
Ezután a meghatározott folyamatfejlesztések alapján konkrét mutatókat határoznak meg.
2. szakasz. A befektetés megtérülésének (ROI) megbeszélése
Fontos megérteni a projekt megtérülését (ROI) a kezdeti szakaszban. Bár a részletesség szintje nem kell, hogy elérje a projekt jóváhagyásához szükséges szintet, az ügyfélnek világosan kell felvázolnia a jelenlegi költségeket. Ezeknek tartalmazniuk kell a termékenkénti, folyóméterenkénti stb. költséget; az energiaköltségeket; a szellemi tulajdon (IP) költségeit; a minőségbiztosítási költségeket; az üzemeltetési/karbantartási költségeket; a fenntarthatósági költségeket; és a tőkeköltséget. (A ROI-kalkulátorokhoz való hozzáférést lásd a cikk végén.)
3. szakasz. Termékspecifikáció megvitatása
Mint minden ma gyártott termék esetében, az alapvető termékspecifikációkat a kezdeti projektmegbeszélések során határozzák meg. A bevonatalkalmazások tekintetében ezek a termékspecifikációk az idők során fejlődtek, hogy megfeleljenek a termelési igényeknek, és jellemzően nem teljesülnek az ügyfél jelenlegi bevonási eljárásával. Ezt „ma vs. holnap” jelenségnek nevezzük. Ez egy egyensúlyozás a jelenlegi termékspecifikációk megértése (amelyek a jelenlegi bevonattal esetleg nem teljesülnek) és a reális jövőbeli igények meghatározása (ami mindig egy egyensúlyozás) között.
4. szakasz. Általános folyamatspecifikációk
2. ábra. Elérhető folyamatfejlesztések a vízbázisú bevonási eljárásról az UV-bevonatolási eljárásra való áttéréskor
Az ügyfélnek teljes mértékben meg kell értenie és meg kell határoznia a jelenlegi folyamatot, valamint a meglévő gyakorlatok pozitív és negatív oldalát. Fontos, hogy ezt az UV-rendszerek integrátora is megértse, hogy az új UV-rendszer tervezése során figyelembe lehessen venni a jól és a rosszul menő dolgokat. Itt kínál jelentős előnyöket az UV-eljárás, amely magában foglalhatja a megnövekedett bevonási sebességet, a csökkentett alapterület-igényt, valamint a hőmérséklet és a páratartalom csökkentését (lásd a 2. ábrát). Erősen ajánlott egy közös látogatás az ügyfél gyártóüzemében, amely nagyszerű keretet biztosít az ügyfél igényeinek és követelményeinek megértéséhez.
5. szakasz. Bemutató és próbaüzem
A bevonatbeszállító telephelyét az ügyfélnek és az UV-rendszer integrátorának is meg kell látogatnia, hogy mindenki részt vehessen az ügyfél UV-bevonatolási folyamatának szimulációjában. Ez idő alatt számos új ötlet és javaslat fog felszínre kerülni a következő tevékenységek során:
Szimuláció, minták és tesztelés
Összehasonlítás versenytársak bevonattermékeinek tesztelésével
Tekintse át a legjobb gyakorlatokat
Minőségtanúsítási eljárások felülvizsgálata
Ismerje meg az UV-integrátorokat
Részletes cselekvési terv kidolgozása a továbblépéshez
6. szakasz. Árajánlatkérés / Átfogó projektspecifikáció
Az ügyfél árajánlatkérési dokumentumának tartalmaznia kell az új UV-bevonatolási műveletre vonatkozó összes releváns információt és követelményt, a folyamatmegbeszéléseken meghatározottak szerint. A dokumentumnak tartalmaznia kell az UV-bevonatolási technológiát gyártó vállalat által meghatározott legjobb gyakorlatokat, amelyek magukban foglalhatják a bevonat melegítését vízköpenyes fűtőrendszeren keresztül a pisztoly hegyéig; a szállítószalag melegítését és keverését; valamint a bevonatfogyasztás mérésére szolgáló mérlegeket.
7. szakasz. Folyamatos kommunikáció
Az ügyfél, az UV-integrátor és az UV-bevonatokat gyártó cég közötti kommunikációs eszközök kritikus fontosságúak, és azokat ösztönözni kell. A mai technológia nagyon kényelmessé teszi a rendszeres Zoom/konferencia típusú hívások ütemezését és az azokon való részvételt. Az UV-berendezés vagy -rendszer telepítésekor nem érhetnek meglepetések.
A csőgyártó által elért eredmények
Bármely UV-bevonatolási projektnél kritikus szempont a teljes költségmegtakarítás. Ebben az esetben a gyártó számos területen megtakarítást ért el, beleértve az energiaköltségeket, a munkaerőköltségeket és a bevonatokhoz szükséges fogyóeszközöket.
Energiaköltségek – Mikrohullámú UV vs. indukciós fűtés
A tipikus vízbázisú bevonórendszerekben szükség van a cső indukciós előtti vagy utáni melegítésére. Az indukciós fűtőberendezések drágák, nagy energiafogyasztásúak, és jelentős karbantartási problémákat okozhatnak. Ezenkívül a vízbázisú megoldás 200 kW indukciós fűtőberendezés energiafogyasztást igényelt a mikrohullámú UV-lámpák által használt 90 kW-tal szemben.
1. táblázat. Több mint 100 kW/óra költségmegtakarítás egy 10 lámpás mikrohullámú UV-rendszer használatával az indukciós fűtőrendszerhez képest
Amint az az 1. táblázatban látható, a csőgyártó az UV-bevonatolási technológia bevezetése után óránként több mint 100 kW megtakarítást ért el, miközben az energiaköltségeket is évi több mint 71 000 dollárral csökkentette.
3. ábra. Az éves villamosenergia-költségmegtakarítás szemléltetése
Az energiafogyasztás csökkentéséből származó költségmegtakarítást a becsült villamosenergia-költség 14,33 cent/kWh alapján becsülték. Az energiafogyasztás 100 kW/órás csökkenése, amelyet évi 50 hét két műszakjára (heti öt nap, műszakonként 20 óra) számítanak ki, 71 650 dollár megtakarítást eredményez, amint az a 3. ábrán látható.
Munkaerőköltségek csökkentése – üzemeltetők és karbantartás
Ahogy a gyártóvállalatok folyamatosan felmérik a munkaerőköltségeiket, az UV-eljárás egyedülálló megtakarítást kínál a kezelői és karbantartói munkaórák tekintetében. A vízbázisú bevonatok esetében a nedves bevonat megszilárdulhat az anyagmozgató berendezésen, amelyet végül el kell távolítani.
A gyártóüzem üzemeltetői hetente összesen 28 órát töltöttek a vízbázisú bevonat eltávolításával/tisztításával az anyagmozgató berendezésekről.
A költségmegtakarításon túl (becsült 28 munkaóra x 36 dollár [terhelt költség] óránként = heti 1008,00 dollár, azaz évi 50 400 dollár) a gépkezelők fizikai munkaerőigénye is frusztráló, időigényes és kifejezetten veszélyes lehet.
Az ügyfél negyedévenként célzottan számolt bevonattisztítással, negyedévente 1900 dolláros munkaköltséggel, plusz a felmerült bevonat eltávolítási költségekkel, összesen 2500 dollárral. Az éves megtakarítás összesen 10 000 dollárt tett ki.
Bevonatmegtakarítás – Vízbázisú vs. UV
A vevő telephelyén havi 12 000 tonna, 9,625 hüvelyk átmérőjű cső gyártása történt. Ez összességében körülbelül 570 000 folyómétert / ~ 12 700 darabot jelent. Az új UV-bevonatolási technológia alkalmazási folyamata nagy térfogatú/alacsony nyomású szórópisztolyokat foglalt magában, amelyek tipikus célvastagsága 1,5 mil volt. A kikeményítést Heraeus UV mikrohullámú lámpákkal végezték. A bevonatköltségekben és a szállítási/belső kezelési költségekben elért megtakarításokat a 2. és 3. táblázat foglalja össze.
2. táblázat. Bevonatköltségek összehasonlítása – UV és vízbázisú bevonatok folyóméterenként
3. táblázat. További megtakarítások az alacsonyabb bejövő szállítási költségekből és a helyszíni anyagmozgatás csökkenéséből
Ezenkívül további anyag- és munkaerőköltség-megtakarítás, valamint termelési hatékonyságnövekedés is elérhető.
Az UV-bevonatok újrahasznosíthatók (a vízbázisú bevonatok nem), ami legalább 96%-os hatékonyságot tesz lehetővé.
A kezelők kevesebb időt töltenek a kezelőberendezések tisztításával és karbantartásával, mivel az UV-bevonat csak akkor szárad meg, ha nagy intenzitású UV-energiának van kitéve.
A termelési sebesség gyorsabb, és az ügyfélnek lehetősége van a termelési sebességet percenként 30 méterről percenként 45 méterre növelni – ez 50%-os növekedést jelent.
Az UV-feldolgozó berendezések jellemzően beépített öblítési ciklussal rendelkeznek, amelyet a gyártási órák száma alapján követnek nyomon és ütemeznek. Ez az ügyfél igényei szerint állítható, ami kevesebb munkaerőt igényel a rendszer tisztításához.
Ebben a példában az ügyfél évi 1 277 400 dolláros költségmegtakarítást realizált.
VOC-csökkentés
Az UV-bevonatolási technológia bevezetése a VOC-k mennyiségét is csökkentette, amint az a 4. ábrán látható.
4. ábra. Az illékony szerves vegyületek (VOC) csökkenése UV-bevonat alkalmazásával
Következtetés
Az UV-bevonattechnológia lehetővé teszi a csőgyártók számára, hogy gyakorlatilag kiküszöböljék a VOC-kat a bevonási műveleteik során, miközben fenntartható gyártási folyamatot is biztosítanak, amely javítja a termelékenységet és a termék általános teljesítményét. Az UV-bevonórendszerek jelentős költségmegtakarítást is eredményeznek. Amint ebben a cikkben is ismertettük, az ügyfél teljes megtakarítása meghaladta az évi 1 200 000 dollárt, plusz több mint 154 000 font VOC-kibocsátást szüntettek meg.
További információkért és a ROI-kalkulátorok eléréséhez látogasson el a www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/ weboldalra. További folyamatfejlesztésekért és egy ROI-kalkulátor példájáért látogasson el a www.uvebtechnology.com weboldalra.
OLDALSÁV
UV bevonatolási eljárás fenntarthatósága / környezeti előnyei:
Illékony szerves vegyületek (VOC) mentes
Nincsenek veszélyes légszennyező anyagok (HAP-ok)
Nem gyúlékony
Oldószer-, víz- és töltőanyagmentes
Nincsenek páratartalommal vagy hőmérséklettel kapcsolatos problémák a termelésben
Az UV-bevonatok által kínált általános folyamatjavítások:
Gyors gyártási sebesség, akár 800-900 láb/perc, a termék méretétől függően
Kis fizikai helyigény, kevesebb, mint 35 láb (lineáris hossz)
Minimális folyamatban lévő munka
Azonnal szárad, utókezelés nélkül
Nincsenek nedves bevonattal kapcsolatos problémák
Nincs szükség bevonat-korrekcióra hőmérsékleti vagy páratartalom miatt
Nincs szükség különleges kezelésre/tárolásra műszakváltás, karbantartás vagy hétvégi leállások alatt
Az üzemeltetőkkel és a karbantartással kapcsolatos munkaerőköltségek csökkentése
Lehetőség a túlfújt festék visszanyerésére, újraszűrésére és a bevonórendszerbe való visszavezetésére
Javított termékteljesítmény UV-bevonatokkal:
Javított páratartalom-tesztelési eredmények
Nagyszerű sóköd tesztelési eredmények
A bevonat tulajdonságainak és színének beállításának lehetősége
Lakk, metálfényezés és színes festékek kaphatók
Alacsonyabb, folyóméterenkénti bevonási költségek a ROI kalkulátor szerint:
Közzététel ideje: 2023. dec. 14.
