Michael Kelly, Allied PhotoChemical, in David Hagood, Finishing Technology Solutions
Predstavljajte si, da bi lahko odstranili skoraj vse HOS (hlapne organske spojine) v procesu izdelave cevi, kar je enako 10.000 funtov HOS na leto. Predstavljajte si tudi proizvodnjo pri večjih hitrostih z večjim pretokom in nižjimi stroški na del/linearno stopalo.
Trajnostni proizvodni procesi so ključni za bolj učinkovito in optimizirano proizvodnjo na severnoameriškem trgu. Trajnost je mogoče meriti na različne načine:
zmanjšanje VOC
Manjša poraba energije
Optimizirana delovna sila
Hitrejša proizvodnja (več z manj)
Učinkovitejša uporaba kapitala
Poleg tega številne kombinacije zgoraj naštetega
Pred kratkim je vodilni proizvajalec cevi uvedel novo strategijo za svoje premaze. Prejšnje proizvajalčeve platforme za nanašanje premazov so bile na vodni osnovi, ki vsebujejo veliko HOS in so lahko tudi vnetljive. Trajnostna platforma za premazovanje, ki je bila implementirana, je bila tehnologija premazovanja s 100-odstotno ultravijolično (UV) trdno snovjo. V tem članku so povzeti začetni problem stranke, postopek UV-prevleke, splošne izboljšave postopka, prihranki pri stroških in zmanjšanje VOC.
Postopki nanašanja premazov v proizvodnji cevi
Proizvajalec je uporabil postopek premazovanja na vodni osnovi, ki je za seboj pustil nered, kot je prikazano na slikah 1a in 1b. Ne samo, da je postopek povzročil odpadke materialov za premaze, ustvaril je tudi nevarnost v trgovini, ki je povečala izpostavljenost HOS in nevarnost požara. Poleg tega je stranka želela izboljšano zmogljivost premazovanja v primerjavi s trenutnim postopkom premazovanja na vodni osnovi.
Čeprav mnogi strokovnjaki iz industrije neposredno primerjajo premaze na vodni osnovi z UV-premazi, to ni realistična primerjava in je lahko zavajajoča. Dejanski UV-prevleka je podskupina postopka UV-prevleke.
Slika 1. Postopek sodelovanja pri projektu
UV je proces
UV je postopek, ki nudi znatne okoljske prednosti, splošne izboljšave postopka, izboljšano delovanje izdelka in, da, prihranke na linearni prevleki stopal. Da bi uspešno izvedli projekt UV premazov, je treba na UV gledati kot na proces s tremi glavnimi komponentami – 1) stranko, 2) integratorjem UV opreme za nanašanje in utrjevanje ter 3) tehnološkim partnerjem premazov.
Vse tri so ključnega pomena za uspešno načrtovanje in izvedbo sistema UV premazov. Oglejmo si torej celoten proces sodelovanja pri projektu (slika 1). V večini primerov ta prizadevanja vodi partner tehnologije UV premazov.
Ključ do vsakega uspešnega projekta je jasno opredeljen korak sodelovanja z vgrajeno prilagodljivostjo in možnostjo prilagajanja različnim vrstam strank in njihovim aplikacijam. Teh sedem stopenj sodelovanja je osnova za uspešno projektno sodelovanje s stranko: 1) razprava o celotnem procesu; 2) razprava o ROI; 3) specifikacije izdelka; 4) splošna specifikacija procesa; 5) vzorčni poskusi; 6) RFQ / splošna specifikacija projekta; in 7) nadaljnja komunikacija.
Te stopnje sodelovanja je mogoče spremljati zaporedno, nekatere se lahko pojavijo hkrati ali pa jih je mogoče zamenjati, vendar morajo biti vse dokončane. Ta vgrajena prilagodljivost zagotavlja udeležencem največ možnosti za uspeh. V nekaterih primerih je morda najbolje angažirati strokovnjaka za UV-postopke kot vir z dragocenimi industrijskimi izkušnjami v vseh oblikah tehnologije premazov, predvsem pa z bogatimi izkušnjami z UV-postopki. Ta strokovnjak lahko krmari po vseh težavah in deluje kot nevtralen vir za pravilno in pošteno oceno tehnologij premazov.
Faza 1. Razprava o celotnem procesu
Tu se izmenjujejo začetne informacije o strankinem trenutnem procesu, z jasno opredelitvijo trenutne postavitve in jasno opredeljenimi pozitivnimi/negativnimi stranmi. V mnogih primerih je treba skleniti sporazum o medsebojni nerazkritju (NDA). Nato je treba določiti jasno opredeljene cilje izboljšanja procesa. Ti lahko vključujejo:
Trajnost – zmanjšanje VOC
Zmanjšanje dela in optimizacija
Izboljšana kakovost
Povečana hitrost linije
Zmanjšanje talne površine
Pregled stroškov energije
Vzdrževanje sistema premazov – rezervni deli itd.
Nato so opredeljene specifične metrike na podlagi teh ugotovljenih izboljšav procesa.
Faza 2. Razprava o donosnosti naložbe (ROI).
Pomembno je razumeti ROI za projekt v začetnih fazah. Čeprav ni nujno, da je raven podrobnosti tista, ki bo potrebna za odobritev projekta, mora stranka imeti jasen oris trenutnih stroškov. Ti morajo vključevati stroške na izdelek, na linearni čevelj itd.; stroški energije; stroški intelektualne lastnine (IP); stroški kakovosti; stroški operaterja / vzdrževanja; stroški trajnosti; in stroški kapitala. (Za dostop do kalkulatorjev ROI glejte konec tega članka.)
Faza 3. Razprava o specifikaciji izdelka
Kot pri vsakem današnjem izdelku so osnovne specifikacije izdelka opredeljene v začetnih razpravah o projektu. V zvezi z nanašanjem premazov so se te specifikacije izdelka sčasoma razvile, da bi zadostile proizvodnim potrebam in običajno niso izpolnjene s trenutnim postopkom nanašanja premazov stranke. Temu pravimo »danes proti jutri«. To je ravnotežje med razumevanjem trenutnih specifikacij izdelka (ki morda niso izpolnjene s trenutnim premazom) in definiranjem prihodnjih potreb, ki so realne (kar je vedno ravnotežje).
Faza 4. Splošne specifikacije procesa
Slika 2. Izboljšave postopka, ki so na voljo pri prehodu s postopka nanašanja premazov na vodni osnovi na postopek nanašanja UV-prevlek
Stranka mora v celoti razumeti in opredeliti trenutni proces, skupaj s pozitivnimi in negativnimi stranmi obstoječih praks. To je pomembno, da integrator UV-sistemov razume, tako da je mogoče pri načrtovanju novega UV-sistema upoštevati stvari, ki gredo dobro, in stvari, ki ne. Tu UV-postopek nudi znatne prednosti, ki lahko vključujejo večjo hitrost nanosa premazov, zmanjšane zahteve glede talne površine ter zmanjšanje temperature in vlažnosti (glejte sliko 2). Skupni obisk proizvodnega obrata stranke je zelo priporočljiv in zagotavlja odličen okvir za razumevanje potreb in zahtev stranke.
Faza 5. Predstavitvene in poskusne vožnje
Obrat dobavitelja premazov bi morala obiskati tudi stranka in integrator UV-sistemov, da bi lahko vsi sodelovali v simulaciji strankinega postopka UV-prevleke. V tem času se bo pojavilo veliko novih idej in predlogov, saj bodo potekale naslednje dejavnosti:
Simulacije, vzorci in testiranje
Primerjava s testiranjem konkurenčnih premaznih izdelkov
Preglejte najboljše prakse
Preglejte postopke certificiranja kakovosti
Spoznajte UV integratorje
Razvijte podroben akcijski načrt za naprej
Faza 6. RFQ / Celotna specifikacija projekta
Naročnikov RFQ dokument mora vključevati vse ustrezne informacije in zahteve za novo UV-prevleko, kot je opredeljeno v razpravah o procesu. Dokument bi moral vključevati najboljše prakse, ki jih je opredelilo podjetje za tehnologijo UV premazov, ki bi lahko vključevali segrevanje premaza prek toplotnega sistema z vodnim plaščem do konice pištole; ogrevanje in mešanje torbice; in tehtnice za merjenje porabe premazov.
Stopnja 7. Stalna komunikacija
Način komunikacije med stranko, UV integratorjem in podjetjem za UV premaze je ključnega pomena in ga je treba spodbujati. Današnja tehnologija omogoča zelo priročno načrtovanje rednih klicev Zoom/konferenčnih klicev in sodelovanje v njih. Pri namestitvi UV opreme ali sistema ne bi smelo biti presenečenj.
Rezultati, ki jih je dosegel proizvajalec cevi
Ključno področje, ki ga je treba upoštevati pri katerem koli projektu UV-prevleke, je skupni prihranek stroškov. V tem primeru je proizvajalec prihranil na več področjih, vključno s stroški energije, stroški dela in potrošnim materialom za premaze.
Stroški energije – UV z mikrovalovno pečico v primerjavi z indukcijskim segrevanjem
Pri tipičnih sistemih premazov na vodni osnovi obstaja potreba po pred- ali postindukcijskem segrevanju cevi. Indukcijski grelniki so dragi, porabijo veliko energije in imajo lahko precejšnje težave pri vzdrževanju. Poleg tega je rešitev na vodni osnovi zahtevala 200 kw porabe energije indukcijskega grelnika v primerjavi z 90 kw, ki jih uporabljajo mikrovalovne UV žarnice.
Tabela 1. Prihranki več kot 100 kW/uro z uporabo mikrovalovnega UV-sistema z 10 žarnicami v primerjavi z indukcijskim ogrevalnim sistemom
Kot je razvidno iz tabele 1, je proizvajalec cevi prihranil več kot 100 kW na uro po uvedbi tehnologije UV-prevleke, hkrati pa je zmanjšal stroške energije za več kot 71.000 USD na leto.
Slika 3. Prikaz letnega prihranka stroškov električne energije
Prihranki stroškov za to zmanjšano porabo energije so bili ocenjeni na podlagi ocenjenih stroškov električne energije na 14,33 centov/kWh. Zmanjšanje porabe energije za 100 kW/uro, izračunano v dveh izmenah za 50 tednov na leto (pet dni na teden, 20 ur na izmeno), povzroči prihranek v višini 71.650 USD, kot je prikazano na sliki 3.
Zmanjšanje stroškov dela – operaterji in vzdrževanje
Ker proizvodni subjekti še naprej ocenjujejo svoje stroške dela, UV proces ponuja edinstvene prihranke v zvezi z delovnimi urami operaterja in vzdrževalcev. Pri premazih na vodni osnovi se lahko mokri premaz strdi navzdol na opremi za ravnanje z materialom, ki jo je treba sčasoma odstraniti.
Operaterji proizvodnega obrata so porabili skupno 28 ur na teden za odstranjevanje/čiščenje premaza na vodni osnovi z opreme za ravnanje z materialom, ki je sledila.
Poleg prihranka pri stroških (ocenjenih 28 delovnih ur x 36 $ [obremenjeni stroški] na uro = 1.008,00 $ na teden ali 50.400 $ na leto) so lahko fizične zahteve po delu za operaterje frustrirajuće, dolgotrajne in naravnost nevarne.
Stranka je ciljala na čiščenje premaza za vsako četrtletje, s stroški dela v višini 1.900 USD na četrtletje, plus stroški odstranjevanja premaza, ki so nastali, kar skupaj znaša 2.500 USD. Skupni prihranek na leto je znašal 10.000 $.
Prihranek premazov – na vodni osnovi v primerjavi z UV
Proizvodnja cevi pri naročniku je bila 12.000 ton na mesec cevi s premerom 9,625 palca. Če povzamemo, je to enako približno 570.000 linearnih čevljev / ~ 12.700 kosov. Postopek nanašanja nove tehnologije UV-prevleke je vključeval visokoprostorninske/nizkotlačne brizgalne pištole s tipično debelino tarče 1,5 mila. Utrjevanje je bilo doseženo z uporabo mikrovalovnih žarnic Heraeus UV. Prihranki pri stroških premazov in stroških transporta/notranjega ravnanja so povzeti v tabelah 2 in 3.
Tabela 2. Primerjava stroškov premazov – premazi UV in vodni osnovi na linearni čevelj
Tabela 3. Dodatni prihranki zaradi nižjih vhodnih transportnih stroškov in zmanjšanega ravnanja z materialom na mestu
Poleg tega je mogoče doseči dodatne prihranke pri stroških materiala in dela ter povečati proizvodno učinkovitost.
UV-prevleke je mogoče obnoviti (prevleke na vodni osnovi ne), kar omogoča vsaj 96-odstotno učinkovitost.
Operaterji porabijo manj časa za čiščenje in vzdrževanje opreme za nanašanje, ker se UV-prevleka ne posuši, razen če je izpostavljena UV-energiji visoke intenzivnosti.
Proizvodne hitrosti so hitrejše, stranka pa ima možnost povečati proizvodne hitrosti s 100 čevljev na minuto na 150 čevljev na minuto – povečanje za 50 %.
UV-procesna oprema ima običajno vgrajen cikel izpiranja, ki se spremlja in načrtuje po urah proizvodnje. To je mogoče prilagoditi glede na potrebe stranke, kar povzroči manj delovne sile, potrebne za čiščenje sistema.
V tem primeru je stranka prihranila 1.277.400 USD na leto.
zmanjšanje VOC
Izvedba tehnologije UV-prevleke je tudi zmanjšala HOS, kot je prikazano na sliki 4.
Slika 4. Zmanjšanje VOC kot posledica uporabe UV premaza
Zaključek
Tehnologija UV-prevlek proizvajalcem cevi omogoča praktično odpravo HOS v svojih postopkih nanašanja premazov, hkrati pa zagotavlja trajnostni proizvodni proces, ki izboljša produktivnost in splošno učinkovitost izdelka. Sistemi UV-prevlek prav tako prinašajo znatne prihranke stroškov. Kot je opisano v tem članku, so skupni prihranki stranke presegli 1.200.000 $ letno, poleg tega pa so odpravili več kot 154.000 lbs emisij VOC.
Za več informacij in dostop do kalkulatorjev ROI obiščite www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Za dodatne izboljšave postopka in primer kalkulatorja ROI obiščite www.uvebtechnology.com.
STRANSKA VRSTICA
Trajnost/okoljske prednosti postopka UV-prevleke:
Brez hlapnih organskih spojin (HOS)
Brez nevarnih onesnaževal zraka (HAP)
Nevnetljivo
Brez topil, vode ali polnil
Brez težav pri proizvodnji vlage ali temperature
Splošne izboljšave postopka, ki jih ponujajo UV premazi:
Visoke proizvodne hitrosti od 800 do 900 čevljev na minuto, odvisno od velikosti izdelka
Majhen fizični odtis, manjši od 35 čevljev (linearna dolžina)
Minimalno delo v postopku
Takojšnje sušenje brez zahtev po strjevanju
Ni težav z mokrim premazom na koncu
Brez prilagajanja premaza glede na temperaturo ali vlažnost
Brez posebnega rokovanja/shranjevanja med menjavami izmene, vzdrževanjem ali zaustavitvami ob koncu tedna
Zmanjšanje stroškov delovne sile, povezanih z operaterji in vzdrževanjem
Sposobnost povrnitve odvečnega razpršila, ponovnega filtriranja in ponovnega vnosa v premazni sistem
Izboljšana učinkovitost izdelka z UV premazi:
Izboljšani rezultati testiranja vlažnosti
Odlični rezultati testiranja slane megle
Možnost prilagajanja lastnosti in barve premaza
Na voljo prozorni premazi, metalik in barve
Nižji stroški na linearni premaz za stopalo, kot prikazuje kalkulator ROI:
Čas objave: 14. december 2023
