實現(xiàn)清晰邊界和膜厚控制的噴涂方案

如今，幾乎每個工業(yè)領域需要噴涂的工件數(shù)量和多樣性都在不斷增長。為了能夠比以前更高效地噴涂這些不同的組件，杜爾開發(fā)了一種全新噴涂技術，可用于大面積或簡單圖案噴涂，并確保邊界清晰，不會產生油漆過噴。這款創(chuàng)新型EcoPaintJet噴涂設備（見圖1）今年榮獲德國“DeutscherInnovationspreis”創(chuàng)新獎，可方便集成用于一般工業(yè)。涂料公司Adler已開發(fā)出適用于這種新噴涂技術的油漆。

圖 1. EcoPaintJet 噴涂裝置提高了上漆率并為各公司提供了更多的產品設計選擇

更多噴涂選擇

在木材加工、造船、電子設備制造和許多其他工業(yè)領域，產品和部件表面都涂有起保護或著色作用的涂層。到目前為止，若想保持邊界清晰，必須手動遮蔽或使用薄膜包裹，這就需要花費很大精力，并耗費大量膠帶和過噴造成的油漆損失。杜爾開發(fā)的無過噴新技術，成功地解決了這兩大難題。該裝置中包含的新型噴涂應用裝置EcoPaintJet，已成功應用于汽車的批量生產。自2019年以來，杜爾開發(fā)的這項新技術已經可以在無需遮蔽車身的情況下，實現(xiàn)車頂?shù)碾p色噴涂。

圖 2. EcoPaintJet 使用噴嘴板噴出平行的油漆

EcoPaintJet噴漆應用裝置可精準控制涂層，不會產生過噴（見圖2）。這既提高了上漆率，也為公司在產品設計和貨物運輸方面提供了更多選擇。例如，可以針對性地使用漆膜來保護裝飾表面，而不用膠帶膜，隨后可再次輕松除去。該項技術還為產品提供了新的功能和設計選擇。例如，精準噴涂意味著窗框外部可以噴涂耐侯性涂層，同時內部噴涂裝飾性或不同顏色的涂層。此外，家具也可以輕松實現(xiàn)裝飾性效果。杜爾公司工業(yè)產品副總裁HolgerBeiersdorfer在總結其優(yōu)點時說到：“無過噴的噴涂設備可以實現(xiàn)清晰邊界、快速換色和定制表面設計（見圖3）。”

圖 3. 精確的噴涂路徑使表面噴漆和涂層具有清晰的邊界

這種無過噴的噴涂設備中最重要的組件是供漆與清洗和注漆工藝的結合。EcoPaintJet噴涂設備通過三個閥門對此進行控制。噴涂應用組件本身最核心是噴嘴板，根據設計的不同，噴嘴板可噴出數(shù)十條平行的油漆噴流。這些噴嘴可以在任何指定時刻激活或停用，以開始或中斷噴涂過程。與用到噴槍或高速旋轉霧化器的噴涂工藝不同，此過程不需要任何霧化空氣。因此，無需像傳統(tǒng)工藝一樣從噴房空氣中費力地過濾掉任何漆霧。

與傳統(tǒng)霧化器相比，另一個較大的區(qū)別在于，噴幅通過噴涂組件與噴涂路徑的角度來調整。這樣可以實現(xiàn)30到50mm之間的噴涂路徑，也可以通過調整噴嘴板來實現(xiàn)更窄的路徑寬度。此外，所需的涂層厚度則通過噴涂組件的速度和涂料的固體份含量來控制。

在處理大型表面時，節(jié)省油漆的噴涂技術尤為重要。即使使用無氣噴槍或高速旋轉霧化器，也會損失高達四分之一的涂料。而回收涂料既費時又耗能，且只對某些類型的涂料有效。而所謂的“傾倒”方法，就是將多余的涂料收集在容器中，避免過噴漆霧，但無法實現(xiàn)快速換色。貼箔或裝飾條等其他表面設計通常意味著需要投入大量的人工精力。

杜爾開發(fā)的新技術消除了單個方法的所有缺點，使各個工業(yè)領域的噴涂作業(yè)更快、更經濟、更環(huán)保。“這使得我們的技術極具吸引力，這在以前的自動化噴涂場景下可能是無法想象的，”HolgerBeiersdorfer說，“這暗示了其他應用的可能性。”

奧地利涂料制造商Adler正在與杜爾共同推廣這項新的噴涂技術，并且提出了無色和彩色涂層解決方案，除了通常的涂料要求外，這些解決方案都是根據這項技術的特點量身定做的。Adler首席技術官AlbertRossler博士對這種新的噴涂技術很是認可，他說：“對于這種極具發(fā)展前景的噴涂技術，我們開發(fā)了創(chuàng)新、環(huán)保的水性涂料產品，它們不僅能讓材料（不僅僅是鈑金材料）具有更好的耐久性，視覺上也更具個性。”

數(shù)字化膜厚計算解決方案

除了精準噴涂，漆膜厚度均勻也是影響涂裝質量的一個重要因素。到目前為止，在導入新車型時必須進行大量測試，以確保完美的噴涂效果。杜爾現(xiàn)已成功地以虛擬方式計算膜厚，并將該模塊集成到現(xiàn)有的噴涂機器人編程軟件中（見圖4）。借助新開發(fā)的模擬軟件，汽車制造商可以減少現(xiàn)場的測試次數(shù)。DXQ3D.onsite軟件可隨新的工藝模擬模塊一起提供。第一個現(xiàn)場測試版本已投入使用。

圖4. 杜爾測試實驗室的真實結果整合到模擬程序中

每當涂裝車間有新項目時，例如，導入新車型時，許多工藝和參數(shù)都需要精確調整，直到車身上任何部位噴涂的油漆都達到要求的膜厚為止。在一切調整妥當之前，車身需通過一個復雜參數(shù)化噴涂測試流程。使用杜爾的新型模擬工具，汽車制造商現(xiàn)在可采用虛擬方式模擬和優(yōu)化這一流程。“現(xiàn)在可以將噴涂測試次數(shù)和測試車身的數(shù)量減少50％以上，”杜爾系統(tǒng)股份公司應用技術事業(yè)部總裁兼首席執(zhí)行官LarsFriedrich博士解釋說，“這使調試更加高效，降低了材料成本，并減少了車身噴涂質量不良的情況。”

模擬噴涂工藝是通往完全數(shù)字化涂裝車間的諸多重要步驟之一。目標是在確保提供相同高質量產品的同時，通過計算機輔助產品和工藝開發(fā)使噴涂過程更具經濟效益。甚至在首輛原型車投入生產之前，模擬技術就可以提供幫助。通過特定計算，可以預測可能會出現(xiàn)問題的地方，并在生產之前提出補救措施。就膜厚而言，這還包括難以噴涂到的車身部位，例如，汽車行李廂的連接處。

全新的DXQ3D.onsite模塊基于三步概念。第一步包括虛擬計算任意點需要噴涂的油漆量。該軟件緊密結合實際情況使用理想化的虛擬噴涂模式來進行模擬。噴幅可以在不同高度和寬度上動態(tài)縮放。用戶可以“調整”這兩個參數(shù)，來預估和可視化不同的噴幅寬度和流量百分比對膜厚分布的總體影響。

為了預先在計算機上模擬實際情況，軟件模塊以電子數(shù)據的形式創(chuàng)建了所有關鍵獨立組件的數(shù)字孿生。首次模擬時，該工具會自動將上傳的文件格式轉換為車身的3D數(shù)模格式。這將保留所有必要的附加數(shù)據，同時刪除與噴涂操作無關的數(shù)據。這可以減少所需的存儲空間以及計算時間，因此該程序也可以直接在生產線噴房的筆記本電腦上使用。在最后一次將所有相關數(shù)據合并之后，將生成沿離線編程的機器人路徑的虛擬噴幅。它可以累加膜厚，并通過3D特征圖顯示。這使得團隊可以直接查看不同的優(yōu)化解決方案，加以考慮，并在生產之前進行改進。

軟件模擬時未考慮具體的油漆。因此，虛擬優(yōu)化之后的第二步是在杜爾測試實驗室中進行實際測試。測試中使用的是客戶選擇的油漆材料。在第三步（也是最后一步）中使用測得的值，將模擬中使用的虛擬參數(shù)（例如，噴幅寬度和流量百分比）轉換為噴涂霧化器的參數(shù)。在“轉換”過程中，實際結果將整合到模擬程序中。導入特征圖后，軟件會自動建議霧化器參數(shù)。然后使用這組預先優(yōu)化的參數(shù)對車身進行第一次真實的噴涂測試。

該軟件模塊的計算時間短，因此可以實現(xiàn)幾分鐘內在傳統(tǒng)PC端（而不是大型計算機）上模擬整個車身的膜厚并評估質量。“這使評估膜厚質量變得更為容易，更好地展現(xiàn)涂層質量結果，并優(yōu)化膜厚不一致的關鍵區(qū)域。”杜爾系統(tǒng)公司應用技術工藝開發(fā)負責人FrankHerre在總結這些優(yōu)點時說道。

工藝模擬可作為每個杜爾噴涂機器人隨附的DXQ3D.onsite標準軟件的附加模塊。DXQ3D.onsite是一種數(shù)字通用工具，可通過對工作站所有機器人模擬以進行路徑編程，或對應用工藝進行參數(shù)設置。