od Michaela Kellyho ze společnosti Allied PhotoChemical a Davida Hagooda ze společnosti Finishing Technology Solutions
Představte si, že byste byli schopni eliminovat téměř všechny těkavé organické sloučeniny (VOC) v procesu výroby trubek a trubic, což odpovídá 10 000 liber VOC ročně. Představte si také, že byste vyráběli rychleji s větší propustností a nižšími náklady na díl/lineární stopu.
Udržitelné výrobní procesy jsou klíčem k efektivnější a optimalizovanější výrobě na severoamerickém trhu. Udržitelnost lze měřit různými způsoby:
Snížení obsahu těkavých organických sloučenin (VOC)
Nižší spotřeba energie
Optimalizovaná pracovní síla
Rychlejší výrobní výstup (více s menšími náklady)
Efektivnější využití kapitálu
Navíc mnoho kombinací výše uvedeného
Přední výrobce trubek nedávno zavedl novou strategii pro své lakovací operace. Předchozí platformy výrobce pro lakování byly na vodní bázi, které mají vysoký obsah těkavých organických sloučenin a jsou také hořlavé. Implementovanou udržitelnou platformou pro lakování byla technologie 100% sušiny ultrafialovým (UV) lakováním. V tomto článku je shrnut původní problém zákazníka, proces UV lakování, celková vylepšení procesu, úspory nákladů a snížení obsahu VOC.
Povrchové úpravy při výrobě trubek
Výrobce používal proces nanášení laku na vodní bázi, který po sobě zanechával nepořádek, jak je znázorněno na obrázcích 1a a 1b. Tento proces nejenže vedl k plýtvání nátěrovými materiály, ale také vytvořil nebezpečí v dílně, které zvýšilo expozici těkavým organickým sloučeninám (VOC) a nebezpečí požáru. Zákazník si navíc přál lepší výkon nátěru ve srovnání se současným postupem nanášení laku na vodní bázi.
I když mnoho odborníků z oboru přímo srovnává nátěry na vodní bázi s UV nátěry, toto srovnání není realistické a může být zavádějící. Samotný UV nátěr je podmnožinou procesu UV nátěrů.
Obrázek 1. Proces zapojení do projektu
UV je proces
UV záření je proces, který nabízí významné environmentální výhody, celková vylepšení procesu, lepší výkon produktu a ano, úspory na lineární stopu nátěru. Aby bylo možné projekt UV nátěrů úspěšně realizovat, je nutné na UV záření pohlížet jako na proces se třemi hlavními složkami – 1) zákazníkem, 2) integrátorem zařízení pro aplikaci a vytvrzování UV záření a 3) partnerem pro technologickou výrobu nátěrů.
Všechny tři tyto faktory jsou klíčové pro úspěšné plánování a implementaci systému UV lakování. Pojďme se tedy podívat na celkový proces zapojení do projektu (obrázek 1). Ve většině případů je toto úsilí vedeno technologickým partnerem pro UV lakování.
Klíčem k úspěšnému projektu je mít jasně definované kroky zapojení s vestavěnou flexibilitou a schopností přizpůsobit se různým typům zákazníků a jejich aplikacím. Těchto sedm fází zapojení je základem pro úspěšné zapojení zákazníka do projektu: 1) celková diskuse o procesu; 2) diskuse o návratnosti investic; 3) specifikace produktu; 4) celková specifikace procesu; 5) zkušební vzorky; 6) RFQ / celková specifikace projektu; a 7) průběžná komunikace.
Tyto fáze zapojení lze sledovat postupně, některé mohou probíhat současně nebo se mohou zaměňovat, ale všechny musí být dokončeny. Tato vestavěná flexibilita poskytuje účastníkům nejvyšší šanci na úspěch. V některých případech může být nejlepší najmout si odborníka na UV procesy, který má cenné zkušenosti v oboru se všemi formami technologie nátěrů, ale co je nejdůležitější, silné zkušenosti s UV procesy. Tento odborník se dokáže orientovat ve všech otázkách a působit jako neutrální zdroj pro správné a spravedlivé vyhodnocení technologií nátěrů.
Fáze 1. Celková diskuse o procesu
Zde dochází k výměně úvodních informací o aktuálním procesu zákazníka s jasnou definicí aktuálního uspořádání a jasným vymezením kladů a záporů. V mnoha případech by měla být uzavřena dohoda o mlčenlivosti (NDA). Poté by měly být stanoveny jasně definované cíle pro zlepšení procesů. Ty mohou zahrnovat:
Udržitelnost – snížení VOC
Snížení a optimalizace práce
Zlepšená kvalita
Zvýšená rychlost linky
Zmenšení podlahové plochy
Přehled nákladů na energie
Údržba nátěrového systému – náhradní díly atd.
Dále jsou na základě těchto identifikovaných procesních vylepšení definovány specifické metriky.
Fáze 2. Diskuse o návratnosti investic (ROI)
Je důležité pochopit návratnost investic (ROI) projektu v počátečních fázích. I když úroveň detailů nemusí být taková, jaká bude potřeba pro schválení projektu, zákazník by měl mít jasný přehled o aktuálních nákladech. Ty by měly zahrnovat náklady na produkt, na lineární stopu atd.; náklady na energie; náklady na duševní vlastnictví (IP); náklady na kvalitu; náklady na provoz/údržbu; náklady na udržitelnost; a kapitálové náklady. (Přístup ke kalkulačkám návratnosti investic naleznete na konci tohoto článku.)
Fáze 3. Diskuse o specifikaci produktu
Stejně jako u každého dnes vyráběného produktu jsou základní specifikace produktu definovány v úvodních diskusích o projektu. Pokud jde o aplikace nátěrů, tyto specifikace produktu se v průběhu času vyvíjely, aby splňovaly výrobní potřeby, a obvykle je současný proces nátěru zákazníka nesplňuje. Říkáme tomu „dnes vs. zítra“. Jde o vyvažování mezi pochopením současných specifikací produktu (které nemusí být současným nátěrem splněny) a definováním realistických budoucích potřeb (což je vždy vyvažování).
Fáze 4. Celkové specifikace procesu
Obrázek 2. Vylepšení procesu dostupná při přechodu z procesu nanášení nátěrů na vodní bázi na proces nanášení UV zářením
Zákazník by měl plně rozumět a definovat současný proces spolu s klady a zápory stávajících postupů. Pro integrátora UV systémů je důležité to pochopit, aby bylo možné při návrhu nového UV systému zohlednit to, co jde dobře, a to, co ne. Právě zde UV proces nabízí významné výhody, mezi které může patřit vyšší rychlost nanášení laku, snížené nároky na podlahovou plochu a snížení teploty a vlhkosti (viz obrázek 2). Důrazně se doporučuje společná návštěva výrobního závodu zákazníka, která poskytuje skvělý rámec pro pochopení potřeb a požadavků zákazníka.
Fáze 5. Demonstrace a zkušební jízdy
Zákazník a integrátor UV systémů by měli také navštívit zařízení dodavatele nátěrových hmot, aby se všichni mohli zúčastnit simulace procesu UV nátěru u zákazníka. Během této doby se objeví mnoho nových nápadů a návrhů, jelikož probíhají následující aktivity:
Simulace, vzorky a testování
Porovnání testováním konkurenčních nátěrových hmot
Projděte si osvědčené postupy
Prověřte postupy certifikace kvality
Seznamte se s integrátory UV
Vypracovat podrobný akční plán pro další postup
Fáze 6. RFQ / Celková specifikace projektu
Dokument zákazníka s poptávkou (RFQ) by měl obsahovat všechny relevantní informace a požadavky pro nový provoz UV lakování, jak jsou definovány v procesních diskusích. Dokument by měl zahrnovat osvědčené postupy identifikované společností zabývající se technologií UV lakování, které by mohly zahrnovat ohřev laku pomocí vodního pláště tepelného systému k hrotu pistole; ohřev a míchání nádoby; a váhy pro měření spotřeby laku.
Fáze 7. Neustálá komunikace
Komunikační prostředky mezi zákazníkem, integrátorem UV záření a společností zabývající se UV lakováním jsou zásadní a měly by být podporovány. Dnešní technologie velmi usnadňují plánování a účast na pravidelných hovorech přes Zoom / konferenčních hovorech. Při instalaci UV zařízení nebo systému by neměla být žádná překvapení.
Výsledky dosažené výrobcem trubek
Kritickou oblastí, kterou je třeba u každého projektu UV lakování zvážit, jsou celkové úspory nákladů. V tomto případě výrobce dosáhl úspor v několika oblastech, včetně nákladů na energii, mzdové náklady a spotřební materiál pro lakování.
Náklady na energii – UV ohřev s mikrovlnným ohřevem vs. indukční ohřev
U typických systémů nátěrů na vodní bázi je nutné provést předběžný nebo následný indukční ohřev trubice. Indukční ohřívače jsou drahé, spotřebovávají energii a mohou mít značné problémy s údržbou. Řešení na vodní bázi navíc vyžadovalo spotřebu energie indukčního ohřívače 200 kW oproti 90 kW používaným mikrovlnným UV lampám.
Tabulka 1. Úspora nákladů větší než 100 kW/hodinu při použití 10lampového mikrovlnného UV systému v porovnání s indukčním ohřevným systémem
Jak je vidět z tabulky 1, výrobce trubek po zavedení technologie UV lakování dosáhl úspory více než 100 kW za hodinu a zároveň snížil náklady na energii o více než 71 000 USD ročně.
Obrázek 3. Znázornění ročních úspor nákladů na elektřinu
Úspora nákladů za toto snížení spotřeby energie byla odhadnuta na základě odhadovaných nákladů na elektřinu ve výši 14,33 centů/kWh. Snížení spotřeby energie o 100 kW/hodinu, vypočítané na dvě směny po dobu 50 týdnů ročně (pět dní v týdnu, 20 hodin na směnu), vede k úspoře 71 650 USD, jak je znázorněno na obrázku 3.
Snížení nákladů na práci – operátoři a údržba
Vzhledem k tomu, že výrobní podniky neustále vyhodnocují své náklady na pracovní sílu, UV proces nabízí jedinečné úspory v oblasti pracovní doby obsluhy a údržby. U nátěrů na vodní bázi může mokrý nátěr ztuhnout na manipulačním zařízení, které je nakonec nutné odstranit.
Operátoři výrobního závodu strávili celkem 28 hodin týdně odstraňováním/čištěním nátěru na vodní bázi z následných manipulačních zařízení.
Kromě úspory nákladů (odhadovaných 28 pracovních hodin x 36 USD [zatížené náklady] za hodinu = 1 008,00 USD týdně nebo 50 400 USD ročně) mohou být fyzické požadavky na práci operátorů frustrující, časově náročné a přímo nebezpečné.
Zákazník si pro každé čtvrtletí stanovil cílené čištění nátěrů s náklady na práci ve výši 1 900 USD za čtvrtletí plus vynaložené náklady na odstranění nátěru, což celkem činilo 2 500 USD. Celková roční úspora činila 10 000 USD.
Úspory z nátěrů – na vodní bázi vs. UV
Produkce trubek u zákazníka činila 12 000 tun měsíčně, a to trubek o průměru 9,625 palce. Celkově to odpovídá přibližně 570 000 lineárním stopám / ~ 12 700 kusům. Proces aplikace nové technologie UV povlakování zahrnoval vysokoobjemové/nízkotlaké stříkací pistole s typickou cílovou tloušťkou 1,5 mil. Vytvrzování bylo provedeno pomocí UV mikrovlnných lamp Heraeus. Úspory nákladů na povlaky a nákladů na dopravu/interní manipulaci jsou shrnuty v tabulkách 2 a 3.
Tabulka 2. Porovnání nákladů na nátěry – UV vs. nátěry na vodní bázi na lineární stopu
Tabulka 3. Další úspory z nižších nákladů na příchozí dopravu a menší manipulace s materiálem na místě
Kromě toho lze dosáhnout dalších úspor nákladů na materiál a práci a zvýšení efektivity výroby.
UV nátěry jsou recyklovatelné (nátěry na vodní bázi nikoli), což umožňuje účinnost nejméně 96 %.
Operátoři tráví méně času čištěním a údržbou aplikačního zařízení, protože UV povlak nezaschne, pokud není vystaven intenzivnímu UV záření.
Výrobní rychlosti jsou vyšší a zákazník má potenciál zvýšit výrobní rychlost ze 30 metrů za minutu na 45 metrů za minutu – což představuje nárůst o 50 %.
UV procesní zařízení má obvykle zabudovaný proplachovací cyklus, který je sledován a plánován podle hodin výrobního provozu. Ten lze upravit podle potřeb zákazníka, což má za následek menší potřebu pracovní síly pro čištění systému.
V tomto příkladu zákazník ušetřil 1 277 400 dolarů ročně.
Snížení obsahu těkavých organických sloučenin (VOC)
Zavedení technologie UV lakování také snížilo množství těkavých organických sloučenin (VOC), jak je vidět na obrázku 4.
Obrázek 4. Snížení obsahu těkavých organických látek (VOC) v důsledku aplikace UV nátěru
Závěr
Technologie UV nátěrů umožňuje výrobcům trubek prakticky eliminovat těkavé organické sloučeniny (VOC) v jejich nátěrových operacích a zároveň zajistit udržitelný výrobní proces, který zlepšuje produktivitu a celkový výkon výrobku. Systémy UV nátěrů také přinášejí významné úspory nákladů. Jak je uvedeno v tomto článku, celkové úspory zákazníka překročily 1 200 000 USD ročně a navíc eliminovaly více než 154 000 liber emisí VOC.
Pro více informací a přístup ke kalkulačkám návratnosti investic navštivte www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Další vylepšení procesu a příklad kalkulačky návratnosti investic naleznete na www.uvebtechnology.com.
BOČNÍ PANEL
Udržitelnost procesu UV lakování / environmentální výhody:
Žádné těkavé organické sloučeniny (VOC)
Žádné nebezpečné látky znečišťující ovzduší (HAP)
Nehořlavý
Bez rozpouštědel, vody nebo plniv
Žádné problémy s vlhkostí ani teplotou
Celková vylepšení procesu nabízená UV lakováním:
Rychlé výrobní rychlosti až 800 až 900 stop za minutu v závislosti na velikosti produktu
Malá fyzická zastavěná plocha menší než 35 stop (lineární délka)
Minimální rozpracovanost
Okamžitě schnoucí bez nutnosti dodatečného vytvrzování
Žádné problémy s následným mokrým lakováním
Žádné úpravy nátěru z důvodu problémů s teplotou nebo vlhkostí
Žádná speciální manipulace/skladování během směn, údržby nebo víkendových odstávek
Snížení nákladů na pracovní sílu spojenou s operátory a údržbou
Schopnost regenerovat přestřik, znovu filtrovat a znovu zavést do nátěrového systému
Vylepšený výkon produktu s UV povlaky:
Vylepšené výsledky testování vlhkosti
Skvělé výsledky testů solné mlhy
Možnost úpravy vlastností a barvy nátěru
K dispozici jsou bezbarvé laky, metalické odstíny a barvy
Nižší náklady na nátěr na lineární metr, jak ukazuje kalkulačka návratnosti investic:
Čas zveřejnění: 14. prosince 2023
