Wady lakierowania proszkowego: skąd się biorą i gdzie szukać przyczyny

Robot maluje według programu, ale o tym, jak wyjdzie powłoka, decyduje cały proces przed nim i za nim.

Wadę widzimy na gotowym detalu, ale jej przyczyna może powstać dużo wcześniej: podczas zawieszania, przygotowania powierzchni, aplikacji proszku, przezbrojenia czy utwardzania.Przejdźmy przez cały proces i sprawdźmy, skąd naprawdę biorą się wady lakierowania proszkowego.

• Zawieszanie detalu
• Mycie i odtłuszczanie
• Obróbka chemiczna
• Płukanie
• Suszenie
• Aplikacja farby proszkowej i efekt Faradaya
• Odzysk proszku
• Piec i utwardzanie
• Typowe wady i ich możliwe przyczyny
• Stabilna lakiernia to nie tylko dobra powłoka

Siedem etapów, na których może powstać przyczyna, i jeden, na którym widać skutek.

1. Zawieszanie detalu: pierwszy etap, który często pomijamy

W automatycznej lakierni detal najpierw trafia na zawieszkę. I to nie jest wyłącznie operacja transportowa.Sposób zawieszenia wpływa później na:

• dostęp środka myjącego do powierzchni,
• możliwość prawidłowego odprowadzenia cieczy,
• dostęp proszku do powierzchni,
• wzajemne zasłanianie się elementów,
• miejsce kontaktu z zawieszką,
• uziemienie podczas aplikacji,
• możliwość wystąpienia efektu Faradaya.

Jeżeli detal jest źle ustawiony, nawet bardzo dobrze zaprogramowany robot nie „naprawi” problemu. Przy elementach o skomplikowanej geometrii znaczenie ma również to, czy ciecz z procesu przygotowania powierzchni może swobodnie spływać.

2. Mycie i odtłuszczanie: zanim zaczniemy malować, trzeba usunąć to, czego nie widać

Surowy detal może mieć na powierzchni:

• oleje technologiczne,
• smary,
• pozostałości po obróbce,
• pył,
• zabrudzenia,
• produkty korozji.

Dlatego kolejnym etapem jest przygotowanie powierzchni.W zależności od technologii stosuje się środki alkaliczne, kwaśne lub neutralne, przy czym w przemysłowych liniach często stosowane są środki alkaliczne. Proces może być realizowany natryskowo albo zanurzeniowo.Przy bardziej zabrudzonych powierzchniach środek odtłuszczający musi mieć odpowiednią:

• temperaturę,
• koncentrację,
• czas kontaktu,
• intensywność natrysku lub cyrkulacji.

Jeżeli któryś z tych parametrów jest poza zakresem, możemy uzyskać powierzchnię, która wygląda na czystą, ale technologicznie nie jest odpowiednio przygotowana.

3. Obróbka chemiczna: powierzchnia musi być przygotowana nie tylko „na oko”

Po oczyszczeniu powierzchni może być stosowany proces chemicznego przygotowania podłoża.Jego rodzaj zależy między innymi od materiału:

• stal,
• stal ocynkowana,
• aluminium,
• inne podłoża.

W zależności od technologii mogą być stosowane między innymi procesy fosforanowania, przygotowanie bezchromowe czy inne powłoki konwersyjne.W niektórych procesach stosuje się również trawienie kwasowe, gdzie przykładowo wykorzystywany może być kwas solny. Nie oznacza to jednak, że każda linia lakiernicza wykorzystuje HCl ani że jest on uniwersalnym etapem przygotowania każdego detalu.Po co w ogóle ta chemia? Nie tylko po to, żeby „umyć metal”. Chodzi o przygotowanie powierzchni w taki sposób, aby zwiększyć przyczepność powłoki i odporność korozyjną całego układu.

4. Płukanie: chemia musi zostać usunięta

Pomiędzy kolejnymi etapami przygotowania powierzchni stosuje się płukanie.Jego zadaniem jest usunięcie pozostałości poprzedniego procesu i ograniczenie przenoszenia chemii do kolejnej strefy.Jeżeli na powierzchni pozostaną niepożądane pozostałości chemiczne, mogą później wpływać na:

• przyczepność,
• odporność korozyjną,
• wygląd powłoki,
• stabilność kolejnych etapów.

Dlatego jakość wody płuczącej również ma znaczenie. W końcowych etapach mogą być stosowane płukania z wykorzystaniem wody uzdatnionej, np. RO lub DI, zależnie od technologii linii.Czyli:mycie → chemia → płukanieto nie trzy niezależne operacje. To jeden system przygotowania powierzchni.

5. Suszenie: detal musi być suchy, zanim zacznie się właściwe malowanie

Po przygotowaniu chemicznym detal trafia do strefy suszenia.I znowu: nie chodzi wyłącznie o to, żeby „nie było mokre”. Trzeba zapewnić odpowiednie warunki procesu dla konkretnego detalu i technologii.Problem może powstać, jeżeli:

• wilgoć pozostaje w trudno dostępnych miejscach,
• geometria detalu utrudnia odpływ wody,
• parametry suszenia są niewłaściwe,
• proces jest zbyt krótki,
• detal jest niewłaściwie zawieszony.

To szczególnie istotne przy elementach z wnękami, profilami czy zamkniętymi przestrzeniami.

6. Aplikacja farby proszkowej: tutaj wchodzi robot

Dopiero teraz zaczyna się etap, który większość osób kojarzy z lakierowaniem proszkowym.Proszek jest nanoszony na detal, często z wykorzystaniem elektrostatyki. Robot wykonuje zaprogramowaną trajektorię, ale na efekt końcowy wpływa znacznie więcej niż sam program.Liczą się m.in.:

• napięcie elektrostatyczne,
• przepływ proszku,
• ilość podawanego proszku,
• przepływ powietrza,
• odległość pistoletu od detalu,
• prędkość ruchu,
• liczba przejść,
• rodzaj dyszy,
• geometria elementu,
• uziemienie,
• właściwości samego proszku.

Dlatego zdanie „Robot pomalował tak samo jak zawsze” nie oznacza jeszcze, że proces był taki sam jak zawsze.

7. Efekt Faradaya: dlaczego proszek nie chce wejść tam, gdzie powinien?

Przy elementach z wnękami, ostrymi narożnikami czy głębokimi zagłębieniami może pojawić się tzw. efekt Faradaya.W uproszczeniu: pole elektrostatyczne utrudnia prawidłowe osadzanie proszku w niektórych trudno dostępnych obszarach.Efekt? Na dużej powierzchni mamy prawidłową powłokę, a w zagłębieniu niedomalowanie albo zbyt małą grubość powłoki.Przyczyną może być kombinacja:geometria + uziemienie + parametry elektrostatyczne + trajektoria + sposób aplikacji

8. Odzysk proszku: oszczędność materiału musi iść w parze z kontrolą procesu

W automatycznych lakierniach część proszku, która nie trafiła na detal, może być odzyskiwana. To pozwala ograniczać zużycie materiału. Ale odzysk wymaga kontroli.Znaczenie mają między innymi:

• czystość instalacji,
• separacja kolorów,
• sposób zarządzania proszkiem świeżym i odzyskanym,
• ryzyko zanieczyszczenia,
• stabilność parametrów podawania.

W przeciwnym razie optymalizacja kosztu proszku może stworzyć nowy problem jakościowy.

9. Piec: 190°C na wyświetlaczu nie oznacza 190°C na detalu

To jeden z najbardziej interesujących etapów całego procesu. Powłoka proszkowa po aplikacji musi zostać odpowiednio utwardzona.I tutaj bardzo ważne: temperatura powietrza w piecu nie jest tym samym co temperatura detalu.Na rzeczywisty proces wpływają m.in.:

• temperatura pieca,
• temperatura detalu,
• czas przebywania w piecu,
• prędkość przenośnika,
• masa detalu,
• jego geometria,
• obciążenie pieca,
• rozkład temperatury w strefach.

Dlatego dwa elementy przejeżdżające przez ten sam piec mogą mieć różne warunki cieplne.

Ta sama nastawa pieca, dwa różne detale. Cienka blacha dochodzi do wymaganej temperatury szybko, masywny detal może jej nie osiągnąć przed wyjazdem z pieca.

Nieprawidłowe utwardzanie może wpływać na właściwości powłoki, jej wygląd i parametry użytkowe. Producenci powłok wskazują m.in. na znaczenie właściwego profilu utwardzania dla końcowych właściwości powłoki.

10. I dopiero teraz widzimy efekt całego procesu

Na końcu mamy gotową powierzchnię. I właśnie tutaj pojawiają się typowe wady.Dobrze jest pamiętać, że miejsce, w którym wadę zauważamy, rzadko jest miejscem, w którym ona powstała. Dlatego przy każdej z poniższych wad zamiast od razu poprawiać parametry robota, lepiej przejść proces wstecz i sprawdzić kolejne etapy, tak jak robi się to w rozwiązywaniu problemów, a nie w gaszeniu pożarów.

Ściąga do analizy: przy której wadzie na którym etapie zacząć szukać przyczyny.

Pomarańczowa skórka

Powierzchnia nie jest równomiernie gładka, tylko ma charakterystyczną strukturę.Możliwe przyczyny mogą być związane m.in. z:

• grubością powłoki,
• parametrami aplikacji,
• właściwościami proszku,
• procesem rozpływania i utwardzania,
• temperaturą detalu.

Niedomalowanie

Możliwe źródła:

• efekt Faradaya,
• geometria detalu,
• niewłaściwa trajektoria,
• parametry aplikacji,
• uziemienie,
• sposób zawieszenia.

Kratery

Małe wgłębienia lub „oczka” na powierzchni.Przyczyną mogą być m.in. zanieczyszczenia, oleje, silikony, pozostałości środków czyszczących czy problemy z samym materiałem. Nawet bardzo małe ilości niektórych zanieczyszczeń mogą powodować zaburzenia napięcia powierzchniowego i kraterowanie.

Pęcherze i pinhole

Mogą być związane między innymi z gazami lub wilgocią uwalnianymi podczas procesu, przygotowaniem powierzchni, porowatością podłoża albo nieprawidłowym przebiegiem utwardzania. Wilgoć w proszku lub procesie może również sprzyjać pinholingowi i innym defektom.

Słaba przyczepność, łuszczenie

Tutaj trzeba wrócić do początku procesu.Do sprawdzenia są między innymi:odtłuszczanie → przygotowanie chemiczne → płukanie → suszenie → aplikacja → utwardzanieNiewłaściwe przygotowanie podłoża jest jedną z istotnych przyczyn utraty przyczepności powłoki.

Różnica koloru lub połysku

Tutaj również nie ma jednej przyczyny.Można sprawdzać:

• partię proszku,
• warunki aplikacji,
• grubość powłoki,
• odzysk,
• czystość instalacji,
• temperaturę i czas utwardzania.

Producenci powłok wymieniają różnice koloru i połysku obok innych typowych wad procesu proszkowego.

Wtrącenia

Małe cząstki obcego materiału zatopione w powłoce mogą wyglądać jak drobne punkty, grudki albo zanieczyszczenia powierzchni.W lakierni proszkowej szczególnie istotne są przy zmianach koloru. Jeżeli po jednym kolorze w instalacji, kabinie, przewodach czy elementach aplikacyjnych pozostanie proszek, jego pozostałości mogą przedostać się do kolejnej partii.Efekt? Na detalu pojawiają się cząstki poprzedniego koloru albo inne zanieczyszczenia.Dlatego przy przezbrojeniu znaczenie mają m.in.:

• kolejność malowanych kolorów,
• sposób czyszczenia kabiny,
• czyszczenie przewodów i pistoletów,
• czyszczenie elementów odzysku,
• dokładność usunięcia poprzedniego proszku,
• organizacja przezbrojenia,
• czas potrzebny na zmianę koloru.

Jeżeli skracamy czas czyszczenia, ale zwiększamy ryzyko zanieczyszczenia kolejnej partii, oszczędność czasu może zostać zjedzona przez brakowanie i ponowne malowanie.

Zgrubienia na krawędziach

Na krawędziach detalu powstaje wyraźnie grubsza warstwa powłoki niż na powierzchni płaskiej. Może to być związane z gromadzeniem się ładunku elektrostatycznego na krawędziach, parametrami aplikacji, ilością nanoszonego proszku oraz geometrią detalu.W efekcie powłoka może być nierównomierna, a przy zbyt dużej grubości również bardziej podatna na problemy podczas utwardzania.Warto przy tym rozróżnić zgrubienie na krawędzi od zacieków czy nagromadzenia proszku wynikającego z nieprawidłowej aplikacji. Wizualnie mogą wyglądać podobnie, ale przyczyna w procesie może być inna.

Stabilna lakiernia to nie tylko dobra powłoka

W lakierni jakość nie jest jedynym parametrem procesu.Trzeba jednocześnie pilnować:jakości → wydajności → zużycia proszku → czasu przezbrojeń → energii → wykorzystania kabiny i pieca → kosztu braków i poprawekBo można mieć świetną jakość i zbyt długie przezbrojenia. Można mieć wysoką wydajność i dużo braków. Można ograniczyć zużycie proszku, ale zwiększyć ryzyko wtrąceń. Można skrócić czas przejazdu przez piec, ale pogorszyć proces utwardzania.Dlatego optymalizacja lakierni nie polega na poprawianiu pojedynczego parametru. Chodzi o znalezienie takiego ustawienia całego procesu, w którym jakość, wydajność i koszt zaczynają pracować w tym samym kierunku.I właśnie dlatego przy analizie lakierni warto patrzeć nie tylko na końcowy wyrób, ale również na parametry procesu, straty, przezbrojenia, zużycie materiałów i powtarzalność wyników. Dobrym punktem wyjścia jest tu analiza potencjalnych błędów i ryzyk w PFMEA, a przy samej powtarzalności ocena zdolności maszyn Cm i Cmk.Jeśli chcesz nauczyć się systematycznie szukać przyczyn takich wad, od diagramu Ishikawy po pełne 8D, zajrzyj do kursu Rozwiązywanie problemów: 8D, 5 Why, Ishikawa. A jeśli w Twojej lakierni te same wady wracają mimo kolejnych korekt parametrów, porozmawiajmy o przejściu całego procesu krok po kroku na Waszej linii.