Технология PRODIGY — нечто новое в мире порошковой окраски

Множество новых разработок и изобретений в индустрии нанесения порошковых красок направлены на повышение эффективности оборудования. В большинстве случаев упор был сделан на оптимизации зарядки порошка и усовершенствовании методов контроля процесса зарядки. Однако достаточно относительно небольшого опыта работы, чтобы осознать, что контроль системы зарядки порошка является не единственным важным фактором, влияющим на оптимизацию процесса нанесения, а также на повышение эффективности и облегчения окраски труднодоступных участков деталей. Аэродинамика процесса не менее важна, и нередко играет определяющую роль.

Для оптимизации аэродинамики в зоне нанесения покрытий (ПК), мы должны обратить внимание на следующие факторы:
• динамику факела напылителя:
• рабочую характеристику насоса подачи порошка;
• соотношение порошка и воздуха в факеле напыления;
• аэродинамическую турбулентность в зоне осаждения ПК.
Традиционно эжекторные насосы используются для подачи порошка от бака-питателя к системе напыления. К сожалению, этот метод подачи порошка является ограничивающим фактором на пути дальнейшего повышения эффективности систем напыления. Проблема заключается в том, что для оптимизации процесса подачи порошка эжекторными насосами требуется значительный объем воздуха.
Усилия по оптимизации внутренней геометрии и рабочих характеристик эжекторных насосов привели к минимальному прогрессу. Но не стоит отчаиваться — на рынке оборудования для нанесения порошковых красок появилась новая технология, предлагающая значительные улучшения в таких областях, как:
- общая эффективность процесса нанесения;
- эффективность и легкость окраски труднодоступных участков (глубоких проемов, углов);
- степень контроля над стабильностью толщины наносимого ПК;
- скорость смены цвета и его качество;
- эффективность рекуперации не осевшего порошка.
Эта уникальная технология разрабатывалась специалистами фирмы «Нордсон» в течение трех лет и называется Prodigy™. Ключевым компонентом в технологии Prodigy™, является новый метод подачи порошковых материалов. Насосы HDLV™ (High Density Low Velocity: высокий объем — низкая скорость) открывают новую эру в индустрии нанесения порошковых красок и полностью избавлены от ограничений традиционной эжекторной технологии. Чтобы лучше осознать преимущества новой технологии, важно сначала оценить недостатки традиционных методов.
Рассмотрим различные способы нанесения порошков в поле коронного разряда (рис. 1.)

Каждая из поверхностей имеет свою, особенную картину электрического поля и аэродинамики и представляет сложность для нанесения. С использованием таких современных методов контроля системы зарядки, как ограничение тока разряда и технологии SelectCharge™ (изменяемые нагрузочные линии высоковольтной системы), мы можем достаточно эффективно оптимизировать электрическое поле в зоне напыления. Однако задача оптимизации процесса осаждения порошковой краски в каждом отдельном случае гораздо больше зависит от нашей способности улучшить аэродинамику в зоне напыления, нежели от оптимизации системы электростатической зарядки (при условии, что порошок адекватно заряжен). Рассмотрим работу типичной системы нанесения ПК с использованием эжекторных насосов подачи порошка (рис. 2)

Сжатый воздух используется для:
• псевдоожижения порошка в баке-питателе;
• создания отрицательного давления  внутри эжекторного насоса для обеспечения забора порошка из бака и для «проталкивания» забранного порошка в шланг подачи;
• поддержания необходимой скорости воздушно-порошковой смеси во время ее движения по шлангу, чтобы избежать отделения порошка от воздуха и, как следствие, нестабильной подачи.
Весь воздух, который добавляется в систему для достижения стабильной подачи порошка, неизбежно оказывается в распылительной головке напылителя. Таким образом, воздух, используемый для подачи порошка, участвует и в формировании факела напыления, становясь определяющим фактором аэродинамической картины процесса нанесения ПК. Используя эжекторные насосы, невозможно разделить задачи подачи порошка и оптимизации факела напыления. Улучшение аэродинамики приобретает второстепенное значение по сравнению с подачей порошка, и нельзя одновременно оптимизировать расход порошка и факел напыления. Чем выше требуемый расход порошка, тем хуже аэродинамика процесса. Рис. 3 показывает рабочую характеристику типичного эжекторного насоса. Легко заметить, что при низких расходах порошка рабочая кривая достаточно крута и близка к линейной. В точке А увеличение расхода порошка на величину ΔQ требует увеличения объема воздуха ΔV1. По мере увеличения расхода порошка, наклон рабочей кривой уменьшается и каждое очередное увеличение расхода требует прогрессивно большего объема подающего воздука. В точке В достижение того же ΔQ требует увеличения объема воздуха ΔV2 > ΔV1. Такое увеличение объема воздуха оказывает значительное отрицательное воздействие на эффективность процесса нанесения ПК из-за увеличения скорости факела напыления.
Для обретения полного контроля над скоростью факела напыления, необходимо снизить зависимость от объема воздуха и найти лучший способ подачи порошка к напылителю — с минимальным объемом воздуха. Именно это и достигается применением насосов плотной фазы HDLV™ (рис. 4). Подробное объяснение принципа работы насосов HDLV™ выходит за рамки этой статьи. Чтобы понять его, достаточно представить себе двухтактный двигатель — два цилиндра, работающие в противофазе. Только вместо движущихся поршней для наполнения цилиндров порошком используется вакуум, а затем создается минимальное положительное давление, при котором порошок выталкивается в шланг. При этом нет движущихся деталей, нет избыточного воздуха. Порошок требует минимального псевдоожижения и движется по шлангу подачи фактически в состоянии плотной фазы.
Даже шланг подачи порошка к напылителю становится другим. Отсутствие воздуха устраняет необходимость использования шлангов большого диаметра. Новая технология HDLV позволяет перекачивать более 500 г/мин. порошка через шланг длиной 20 м, с внутренним диаметром 6 мм. С применением новой технологии соотношение порошка и воздуха внутри шланга увеличивается в несколько раз. Увеличение расхода порошка достигается не за счет увеличения объема воздуха (как с эжекторными насосами), а благодаря увеличению частоты циклов насоса. Именно поэтому рабочая характеристика насосов HDLV™ линейна, и соотношение порошка и воздуха не меняется в зависимости от расхода.
Как же формируется факел напыления? Благодаря новой технологии, порошок к распылительной насадке напылителя доставляется фактически без воздуха. Но возможно ли создать факел напыления нужного размера и равномерности, минимизируя объем потребляемого воздуха?Чтобы полностью реализовать преимущества новой технологии подачи порошка, «Нордсон» разработал новое поколение систем напыления Prodigy™. Кроме преимуществ насосов HDLV™, у систем Prodigy™:
• уникальные распылительные насадки, позволяющие эффективно формировать факел напыления с мини-мальным добавлением воздуха;
• принципиально новый дизайн напылителя, в котором контролируемый объем воздуха подается прямо к распыляющей насадке.
На рис. 5 показаны компоненты системы напыления Prodigy™.

Как уже упоминалось, новая технология позволяет контролировать параметры факела напыления абсолютно независимо от подачи порошка. Благодаря этому, можно достичь уникальной «мягкости» факела с общим объемом воздуха на выходе напылителя в несколько раз меньше, чем у традиционных систем напыления.
Комбинация мягкого, легко контролируемого факела напыления и технологии контроля электростатического за-ряда Select Charge™ позволяет достигать эффективности нанесения ПК и легкости окраски труднодоступных уча-стков деталей (рис. 6).
Еще одним важным преимуществом технологии HDLV является повышенный уровень контроля над толщиной наносимого ПК. В большинстве линий порошковой окраски стоимость наносимого покрытия является основной частью операционных затрат При использовании традиционных эжектор-ных насосов, их внутренне износ влияет на расход порошка. Положительные результаты усилий по созданию совершенных систем контроля процесса нанесения (направленных на уменьшение рабочих затрат и повышение степени контроля толщины наносимого ПК) во многом перечеркиваются износом самой малой и достаточно примитивной детали системы напыления — вставки эжекторного насоса (трубки Вентури). Даже в самых совершенных системах, где расход воздуха на насос строго контролируется электронными системами с закрытой обратной связью, износ деталей эжекторного насоса может повлечь за собой посте-пенное, но значительное уменьшение в подаче порошка. Опытные операторы систем порошкового напыления периодически производят корректировки в установках системы, чтобы компенсировать эффект износа эжекторных насосов. К сожалению, во многих случаях, оператор выставляет расход порошка на заведомо завышенное значение, чтобы избежать периодических корректировок. В таких случаях себестоимость окрашиваемых деталей и эксплуатационные расходы оказываются достаточно высокими.
Технология HDLV™ позволяет эффективно и легко решить проблему. У насосов HDLV™ нет деталей износа, которые влияют на расход порошка. Таким образом, толщина наносимого ПК может контролироваться с высокой степенью точности без необходимости в частых ручных корректировках. На рис. 7 показана разница в стабильности подачи порошка насоса HDLV™ и эжекторного насоса по времени эксплуатации.
Эффективность нанесения ПК, уникальная легкость окраски изделий сложной формы и высокая точность контроля наносимого ПК — это еще не все достоинства технологий Prodigy™ и HDLV Легкость, скорость и надежность смены цвета с системами Prodigy™ не имеют аналогов в индустрии.
Три фактора значительно облегчают смену цвета в системах Prodigy™:
1) Технология практически полностью избавлена от полимеризации порошка внутри системы подачи
(насос, шланг, внутренние поверхности напылителя). Это позволяет эффективно автоматически продувать систему подачи порошка во время смены цвета.
2) Насос HDLV™ имеет встроенную систему, шланг и напыли-тель, Причем с такой степенью надежности, которая позволяет смену даже между высококонтрастными цветами порошка.
3) Уникальная конструкция порошкового канала и распылительных насадок систем Prodigy™ не имеет участков, в которых могут сохранятся остатки порошка.

Комбинация этих трех факторов создает систему, в которой автоматическая смена цвета может производиться за 18 с, без разборки напылителя или насоса. Единственно, что остается оператору — обдуть наружную по-верхность напылителя. Если не использовать автоматические системы Color-On-Demand™, оператору придется переместить заборную трубку насоса из бака по-дачи одного цвета в другой. В этом случае время смены цвета удлиняется до 30 с.
Для тех, кто работает в режиме Just-in-Time и меняет цвет очень часто, система Color-on-Demand™ (рис. 8) позволяет использовать до 28 цветов порошка и менять цвет за 18 с автоматически и с высокой надежностью.
Может ли технология иметь больше преимуществ? Может! Еще одним важным положительным эффектом технологии HDLV™ является повышение эффективности циклонных систем рекуперации неосевшего порошка. Это преимущество осуществляется за счет использования транспортных насосов HDLVO высокой производительности, разработанных корпорацией «Нордсон» (рис. 9).В типичной системе с циклонной рекуперацией порошка есть две части, где происходят потери порошка: сам циклон и вибрационное сито, в которое порошок подается из циклона для повторного использования. Современные циклонные системы имеют эффективность до 95%. Однако дополнительные потери возможны, если порошок накапливается в контейнере в нижней части циклона. Для избежания потерь и оптимизации эффективности системы, порошок должен быстро и динамично удаляться из аккумулирующего бака циклона. Насосы HDLV™ используют вакуум и активно откачивают порошок из основания циклона, тем самым значительно уменьшая риск накопления порошка в баке. Многочисленные эксперименты и измерения показали, что создание отрицательного давления в нижней части циклонов повышает их эффективность. За счет минимизации потребления воздуха для транспортировки порошка высокопроизводительные насосы HDLV™ устраняют риск создания положительного давления внутри вибросита. Возникновение положительного давления в сите, характерного при использовании традиционных методов подачи порошка, уменьшает пропускную способность вибросита и ведет к потерям порошка при вентиляции избыточного давления. Технология HDLV™ устраняет эти проблемы.
Революционные технологии Prodigy™ и HDLV™ открывают новую эру в индустрии нанесения порошковых красок. Первыми на рынок были выпущены ручные системы напыления Prodigy™. Они показали отличные результаты. Увеличивается и число установленных автоматических систем. Опыт индустриальной эксплуатации полностью подтверждает превосходство новой технологии по всем показателям.

По материалам журнала "ПРОМЫШЛЕННАЯ ОКРАСКА"