Michael Kelly, Allied PhotoChemical és David Hagood, Finishing Technology Solutions
Képzelje el, hogy szinte az összes illékony szerves vegyületet (VOC) ki tudja küszöbölni a csőgyártási folyamat során, ami évente 10 000 font VOC-nak felel meg. Képzelje el azt is, hogy nagyobb sebességgel, nagyobb áteresztőképességgel és alacsonyabb alkatrészenkénti / lineáris lábonkénti költséggel termel.
A fenntartható gyártási folyamatok kulcsfontosságúak a hatékonyabb és optimalizáltabb gyártás felé az észak-amerikai piacon. A fenntarthatóság többféleképpen mérhető:
VOC csökkentése
Kevesebb energiafelhasználás
Optimalizált munkaerő
Gyorsabb gyártási teljesítmény (többet kevesebbel)
A tőke hatékonyabb felhasználása
Ráadásul a fentiek számos kombinációja
A közelmúltban egy vezető csőgyártó új stratégiát vezetett be bevonási műveleteivel kapcsolatban. A gyártó korábbi go-to bevonatplatformjai vízbázisúak voltak, amelyek magas VOC-tartalmúak, és történetesen gyúlékonyak is. A megvalósított fenntartható bevonatplatform egy 100%-os szilárdanyag-tartalmú ultraibolya (UV) bevonat technológia volt. Ebben a cikkben összefoglaljuk az ügyfél kezdeti problémáját, az UV-bevonási folyamatot, az általános folyamatfejlesztéseket, a költségmegtakarításokat és a VOC-csökkentést.
Bevonási műveletek a csőgyártásban
A gyártó vízbázisú bevonási eljárást alkalmazott, amely rendetlenséget hagyott maga után, amint azt az 1a és 1b kép mutatja. Az eljárás nemcsak a bevonóanyagok elvesztését eredményezte, hanem olyan üzemi veszélyt is teremtett, amely növelte a VOC expozíciót és a tűzveszélyt. Ezenkívül az ügyfél jobb bevonatteljesítményt kívánt a jelenlegi vízbázisú bevonási művelethez képest.
Bár sok iparági szakértő közvetlenül összehasonlítja a vízbázisú bevonatokat az UV-bevonatokkal, ez nem reális összehasonlítás, és félrevezető lehet. A tényleges UV-bevonat az UV-bevonatolási eljárás egy részhalmaza.
1. ábra Projekt bevonási folyamat
Az UV egy folyamat
Az UV egy olyan eljárás, amely jelentős környezeti előnyöket, általános folyamatjavításokat, jobb termékteljesítményt és igen, lineáris lábbevonat-megtakarítást kínál. Az UV-bevonat projekt sikeres megvalósítása érdekében az UV-re úgy kell tekinteni, mint egy folyamatra, amely három fő összetevőből áll – 1) a megrendelő, 2) az UV-felhordó és térhálósító berendezés integrátora és 3) a bevonattechnológiai partner.
Mindhárom kulcsfontosságú az UV bevonatrendszer sikeres tervezése és megvalósítása szempontjából. Tehát vessünk egy pillantást a projektben való részvétel általános folyamatára (1. ábra). A legtöbb esetben ezt az erőfeszítést az UV bevonat technológiai partnere vezeti.
Minden sikeres projekt kulcsa, hogy világosan meghatározott kötelezettségvállalási lépések legyenek, beépített rugalmassággal és a különböző típusú ügyfelekhez és alkalmazásaikhoz való alkalmazkodás képességével. Ez a hét elköteleződési szakasz jelenti az alapját a sikeres projekt-elköteleződésnek az ügyféllel: 1) a folyamat átfogó megbeszélése; 2) ROI megbeszélés; 3) termékleírások; 4) átfogó folyamatspecifikáció; 5) mintapróbák; 6) RFQ / általános projektspecifikáció; és 7) folyamatos kommunikáció.
Ezek az elköteleződési szakaszok sorozatosan is követhetők, előfordulhatnak egyidejűleg, vagy felcserélhetők, de mindegyiket be kell fejezni. Ez a beépített rugalmasság biztosítja a résztvevők számára a legnagyobb esélyt a sikerre. Egyes esetekben az a legjobb, ha egy UV-technológiás szakértőt vesz fel, aki értékes iparági tapasztalattal rendelkezik a bevonattechnológia minden formája terén, de ami a legfontosabb, erős UV-technológiás tapasztalattal rendelkezik. Ez a szakértő eligazodhat az összes kérdésben, és semleges erőforrásként szolgálhat a bevonási technológiák megfelelő és tisztességes értékeléséhez.
1. szakasz. Átfogó folyamat megbeszélése
Ez az a hely, ahol a kezdeti információk cseréje történik az ügyfél aktuális folyamatával kapcsolatban, az aktuális elrendezés és a pozitív/negatív pontok világos meghatározása mellett. Sok esetben létre kell hozni egy kölcsönös titoktartási megállapodást (NDA). Ezután egyértelműen meghatározott folyamatfejlesztési célokat kell meghatározni. Ezek a következők lehetnek:
Fenntarthatóság – VOC csökkentése
Munkaerő-csökkentés és optimalizálás
Javított minőség
Megnövelt vonalsebesség
Az alapterület csökkentése
Az energiaköltségek áttekintése
A bevonatrendszer karbantarthatósága – pótalkatrészek stb.
Ezután az azonosított folyamatfejlesztések alapján meghatározott mérőszámokat határoznak meg.
2. szakasz. Megbeszélés a befektetés megtérüléséről (ROI).
Fontos megérteni a projekt ROI-ját a kezdeti szakaszban. Míg a részletességi szintnek nem kell megegyeznie a projekt jóváhagyásához szükséges szinttel, az ügyfélnek világos vázlattal kell rendelkeznie az aktuális költségekről. Ezeknek tartalmazniuk kell a termékenkénti, lineáris lábonkénti költséget stb.; energiaköltségek; szellemi tulajdon (IP) költségei; minőségi költségek; üzemeltetési/karbantartási költségek; fenntarthatósági költségek; és a tőkeköltség. (A ROI-kalkulátorokhoz való hozzáférést lásd a cikk végén.)
3. szakasz. Termékleírás megbeszélése
Mint minden ma gyártott termék esetében, az alapvető termékleírásokat a kezdeti projektmegbeszélések során határozzák meg. Ami a bevonat alkalmazását illeti, ezek a termékleírások az idők során fejlődtek, hogy megfeleljenek a gyártási igényeknek, és jellemzően nem teljesülnek a vevő jelenlegi bevonási folyamata során. Úgy hívjuk, hogy „ma vs. holnap”. Ez egy egyensúlyt teremt a jelenlegi termékleírások megértése (amelyek a jelenlegi bevonattal nem biztos, hogy teljesülnek) és a jövőbeli igények reális meghatározása között (ami mindig egyensúlyozási aktus).
4. szakasz. Általános folyamatspecifikációk
2. ábra: A vízbázisú bevonatolási eljárásról az UV-bevonási eljárásra való átállás során elérhető folyamatfejlesztések
Az ügyfélnek teljes mértékben meg kell értenie és meg kell határoznia a jelenlegi folyamatot, valamint a meglévő gyakorlatok pozitív és negatívumait. Ezt fontos megérteni az UV-rendszerek integrálója, így az új UV-rendszer tervezésénél figyelembe lehet venni azokat a dolgokat, amelyek jól mennek, és azokat, amelyek nem. Ez az a hely, ahol az UV-eljárás jelentős előnyöket kínál, amelyek magukban foglalhatják a megnövelt bevonatolási sebességet, a csökkentett alapterület-igényt, valamint a hőmérséklet és a páratartalom csökkentését (lásd 2. ábra). Erősen ajánlott egy közös látogatás az ügyfél gyártó üzemében, és nagyszerű keretet biztosít az ügyfél igényeinek és követelményeinek megértéséhez.
5. szakasz. Bemutató és próbafutások
Az ügyfélnek és az UV-rendszer-integrátornak is meg kell látogatnia a bevonatok beszállítói létesítményét, hogy mindenki részt vehessen az ügyfél UV-bevonási folyamatának szimulációjában. Ez idő alatt sok új ötlet és javaslat fog felszínre kerülni a következő tevékenységek során:
Szimuláció, minták és tesztelés
Végezzen összehasonlítást versenyképes bevonattermékek tesztelésével
Tekintse át a legjobb gyakorlatokat
Tekintse át a minőségtanúsítási eljárásokat
Ismerje meg az UV-integrátorokat
Készítsen részletes cselekvési tervet a továbblépéshez
6. szakasz. RFQ / átfogó projektspecifikáció
Az ügyfél ajánlatkérési dokumentumának tartalmaznia kell minden lényeges információt és követelményt az új UV-bevonatozási művelettel kapcsolatban, amint azt a folyamatmegbeszélések során meghatározták. A dokumentumnak tartalmaznia kell az UV-bevonat-technológiai vállalat által azonosított legjobb gyakorlatokat, amelyek magukban foglalhatják a bevonat vízköpenyes fűtőrendszeren keresztül történő melegítését a pisztoly hegyéig; cipelés fűtés és keverés; valamint a bevonatfogyasztás mérésére szolgáló skálák.
7. szakasz. Folyamatos kommunikáció
Az ügyfél, az UV-integrátor és az UV-bevonatokkal foglalkozó vállalat közötti kommunikáció kritikus fontosságú, és ezt ösztönözni kell. A mai technológia nagyon kényelmessé teszi a rendszeres Zoom/konferencia típusú hívások ütemezését és részvételét. Az UV-berendezés vagy rendszer telepítése során nem érhet meglepetés.
A csőgyártó által realizált eredmények
Bármely UV-bevonat-projektben kritikus szempont az általános költségmegtakarítás. Ebben az esetben a gyártó több területen megtakarítást ért el, beleértve az energiaköltségeket, a munkaerőköltségeket és a bevonat-fogyóeszközöket.
Energiaköltségek – Mikrohullámú UV és indukciós fűtés
A tipikus vízbázisú bevonatrendszerekben szükség van a cső indukciós elő- vagy utómelegítésére. Az indukciós fűtőberendezések drágák, nagy energiát fogyasztanak, és jelentős karbantartási problémákkal járhatnak. Ezenkívül a vízbázisú megoldás 200 kW-os indukciós fűtési energiafelhasználást igényelt, szemben a mikrohullámú UV-lámpák 90 kW-os energiafelhasználásával.
1. táblázat: 100 kw/óra feletti költségmegtakarítás 10 lámpás mikrohullámú UV-rendszerrel szemben az indukciós fűtési rendszerrel
Amint az 1. táblázatban látható, a csőgyártó több mint 100 kW/óra megtakarítást ért el az UV bevonat technológia bevezetése után, miközben az energiaköltségeket is több mint 71 000 dollárral csökkentette évente.
3. ábra Az éves villamosenergia-költség megtakarítás szemléltetése
A csökkentett energiafogyasztás költségmegtakarítását a 14,33 cent/kWh-ra becsült villamosenergia-költség alapján becsülték. Az energiafogyasztás 100 kw/órás csökkenése, két műszakra számolva, évi 50 hétre (heti öt nap, műszakonként 20 óra), 71 650 dollár megtakarítást eredményez, amint azt a 3. ábra mutatja.
Munkaerőköltség-csökkentés – Üzemeltetők és karbantartás
Mivel a gyártó egységek továbbra is értékelik munkaerő-költségeiket, az UV-eljárás egyedülálló megtakarítást kínál a kezelői és karbantartói munkaórák tekintetében. A vízbázisú bevonatoknál a nedves bevonat megszilárdulhat az anyagmozgató berendezésen, amit végül el kell távolítani.
A gyártóüzem üzemeltetői hetente összesen 28 órát vettek igénybe a vízbázisú bevonat eltávolításával/tisztításával a későbbi anyagmozgató berendezésekből.
A költségmegtakarításon túlmenően (becslések szerint 28 munkaóra x 36 USD [terhelt költség] óránként = 1 008 USD hetente vagy 50 400 USD évente), a kezelők fizikai munkaigénye frusztráló, időigényes és kifejezetten veszélyes is lehet.
Az ügyfél minden negyedévben a bevonat tisztítását célozta meg, negyedévente 1900 USD munkaerőköltséggel, plusz a bevonat eltávolításának költségeivel, összesen 2500 USD értékben. Az évi összes megtakarítás 10 000 dollár volt.
Bevonatmegtakarítás – vízbázisú vs. UV
A vevő telephelyén a csőgyártás havi 12 000 tonna 9,625 hüvelyk átmérőjű csövet. Összefoglalva ez körülbelül 570 000 lineáris lábnak / ~ 12 700 darabnak felel meg. Az új UV bevonat technológia alkalmazási folyamata nagy térfogatú/alacsony nyomású szórópisztolyokat tartalmazott, amelyek tipikus célvastagsága 1,5 mil. A kikeményedést Heraeus UV mikrohullámú lámpák használatával végezték. A bevonatköltségek és a szállítási/belső kezelési költségek megtakarítását a 2. és 3. táblázat foglalja össze.
2. táblázat. Bevonatköltségek összehasonlítása – UV vs. vízbázisú bevonatok lineáris lábonként
3. táblázat További megtakarítások az alacsonyabb bejövő szállítási költségekből és az anyagmozgatás csökkenéséből adódóan
Ezen túlmenően további anyag- és munkaerőköltség megtakarítás, termelési hatékonyság növelhető.
Az UV-bevonatok újrahasznosíthatók (a vízbázisú bevonatok nem), ami legalább 96%-os hatékonyságot tesz lehetővé.
Az üzemeltetők kevesebb időt töltenek a felhordó berendezések tisztításával és karbantartásával, mivel az UV-bevonat csak akkor szárad meg, ha nagy intenzitású UV-sugárzásnak teszik ki.
A gyártási sebesség gyorsabb, és az ügyfélnek lehetősége van a gyártási sebességet 100 láb/percről 150 láb/percre növelni – ez 50%-os növekedés.
Az UV-feldolgozó berendezés jellemzően beépített öblítési ciklussal rendelkezik, amelyet nyomon követnek és ütemeznek a gyártási órákban. Ez az ügyfél igényei szerint állítható, ami kevesebb munkaerőt igényel a rendszertisztításhoz.
Ebben a példában az ügyfél évi 1 277 400 USD költségmegtakarítást realizált.
VOC csökkentése
Az UV bevonat technológia alkalmazása a VOC-t is csökkentette, amint az a 4. ábrán látható.
4. ábra VOC csökkenés az UV bevonat megvalósítása következtében
Következtetés
Az UV-bevonat technológia lehetővé teszi a csőgyártóknak, hogy gyakorlatilag kiküszöböljék a VOC-kat bevonási műveleteik során, miközben fenntartható gyártási folyamatot biztosítanak, amely javítja a termelékenységet és a termék általános teljesítményét. Az UV bevonatrendszerek jelentős költségmegtakarítást is eredményeznek. A cikkben ismertetettek szerint az ügyfél teljes megtakarítása meghaladta az évi 1 200 000 USD-t, valamint több mint 154 000 font VOC-kibocsátást szüntetett meg.
További információért és a ROI-kalkulátorok eléréséhez látogassa meg a www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/ webhelyet. További folyamatfejlesztésekért és egy ROI-kalkulátor példáért látogasson el a www.uvebtechnology.com webhelyre.
OLDALVÁR
Az UV bevonatolási folyamat fenntarthatósága / Környezeti előnyök:
Nincsenek illékony szerves vegyületek (VOC)
Nincs veszélyes levegőszennyező anyag (HAP)
Nem gyúlékony
Nem tartalmaz oldószereket, vizet vagy töltőanyagokat
Nincs páratartalom vagy hőmérséklet termelési probléma
Az UV bevonatok által kínált általános folyamatfejlesztések:
Gyors, akár 800-900 láb/perc gyártási sebesség, a termék méretétől függően
Kis fizikai lábnyom, kevesebb, mint 35 láb (lineáris hossz)
Minimális munkavégzés
Azonnali száradás, utókezelési igény nélkül
Nincsenek problémák a későbbi nedves bevonattal
Nincs bevonat beállítás a hőmérséklet vagy a páratartalom miatt
Nincs különleges kezelés/tárolás műszakváltások, karbantartások vagy hétvégi leállások idején
Az üzemeltetőkhöz és a karbantartáshoz kapcsolódó munkaerőköltségek csökkentése
Képes a túlpermet visszanyerésére, újraszűrésére és a bevonórendszerbe való visszajuttatására
Jobb termékteljesítmény UV bevonatokkal:
Jobb páratartalom vizsgálati eredmények
Remek sóköd vizsgálati eredmények
Lehetőség a bevonat tulajdonságainak és színének beállítására
Átlátszó bevonatok, metálok és színek kaphatók
Alacsonyabb per lineáris lábbevonat költség, amint azt a ROI-kalkulátor mutatja:
Feladás időpontja: 2023. december 14
