Технология Prodigy™ - Новая эра в индустрии нанесения порошковых покрытий.

 

Множество новых разработок и изобретений в индустрии нанесения порошковых покрытий направлены на повышение эффективности оборудования. Исторически, в большинстве случаев упор был на оптимизации зарядки порошка и методов контроля процесса зарядки. Однако, достаточно относительно небольшого опыта работы с порошковыми покрытиями, чтобы осознать, что контроль системы зарядки порошка является не единственным важным фактором влияющим на оптимизацию процесса нанесения, степени и легкости прокраса труднодоступных участков деталей. Аэродинака процесса не менее важна и нередко играет определяющую роль.
Для оптимизации аэродинамики в зоне нанесения покрытий, мы должны обратить внимание на следующие факторы: 
-      Динамика факела напылителя:
-       Рабочая характеристика насоса подачи порошка;
-       Отношения порошка к воздуху в факеле напыления;
-      Аэродинамическая турбулентность в зоне осаждения покрытий.
Исторически, 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 эффетивной подачи порошка эжекторными насосами требуется значительный оъём 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 покрытий появилась новая технология предлагающая значительные улучшения в: 
-       Общей эффективности процесса нанесения порошковых покрытий;
-       Эффективности и легкости прокраса труднодоступных участков (глубоких проёмов, углов);
-       Степени контроля над стабильностью толщины наносимого покрытия;
-       Скорости и качества смены цвета;
-       Эффективности рекуперации неосевшего порошка.
Эта уникальная технология разрабатывалась специалистами фирмы Нордсон в течении_ .. тмтрех лет и называется Prodigy .
Ключевым компонентом в технологии Prodigy является новый метод подачи порошковых материалов. Насосы HDLV™ (High Density Low Velocity - Высокий объём, низкая скорость) открывают новую эру в индустрии нанесения порошковых покрытий и полностью избавляются от ограничений налагаемых традиционной эжекторной технологией.
Чтобы лучше осознать преимущества новой технологии, важно сначала полностью осознать и понять недостатки традиционных методов.
Рассмотрим различные сценарии нанесения порошковых покрытий в поле коронного разряда иллюстрированных в Илл. 1.
Каждая из поверхностей показанных в иллюстрации имеет уникальную картину электрического поля и аэродинамики и представляет сложность для нанесения порошкового покрытия. С использованием таких современных методов контоля 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 порошкового покрытия в каждом из иллюстрированных случаев гораздо более зависит от нашей способности оптимизировать аэродинамику в зоне напыления, нежели от оптимизации системы электростатической зарядки (предполагая что порошок адекватно заряжен).
Рассмотрим работу типичной системы нанесения порошковых покрытий с использованием эжекторных насосов подачи порошка. (Илл. 2).
Сжатый воздух используется для:
-       Псевдо-сжижения порошка в баке - питателе;
-       Создание отрицательного давления внутри эжекторного насоса для обеспечения забора порошка из бака и для «проталкивания» забранного порошка в шланг  подачи;
-       Поддержание требуемой скорости воздушно-порошковой смеци во время её движения по шлангу во избежание отделения порошка от воздуха и результирующей нестабильной подачи.
Недостаток в том, что весь тот воздух, который мы добавляем 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 покрытия. 
Используя эжекторные насосы, мнение можем разделить задачи подачи порошка и оптимизации факела напыления. Оптимизация аэродинамики принимает вторичную роль по сравнению с подачей порошка и мы не можем отдельно оптимизировать расход порошка и факел напыления.
Чем выше требуемый расход порошка, тем хуже аэродинамика процесса. Илл. 3 показывает рабочую характеристику типичного эжекторного насоса. Легко видно, что при низких расходах порошка рабочая кривая достаточно крутая и относительно линейная. Работая в точке А, увеличение расхода порошка на величину AQ требует увеличения объёма воздуха
AVb
По мере увеличения расхода, наклон рабочей кривой уменьшается, и каждое очередное увеличение расхода требует прогрессивно большего объёма подающего воздуха. В точке B кривой, достижение того-же AQ, требует увеличения объёма воздуха AV2 > AV1. Такое увеличение объёма воздуха не может не иметь значительного отрицательного эффекта на эффективность процесса нанесения покрытия в силу увеличения скорости факела напыления.
Для обретения полного контроля над скоростью факела напыления, мы должны расстаться с нашей зависимостью от воздуха и найти лучший способ подачи порошка к напылителю - с минимальным объёмом воздуха. Именно это и достигается применением насосов плотной фазы HDLV (Илл. 4).
Подробное объяснение метода работы насосов HDLV выходит за рамки этой статьи. Однако, чтобы понять принцип работы насоса, достаточно представить себе двухтактный двигатель - два цилиндра, работающие в противофазе. Только вместо движущихся поршней мы используем вакуум для наполнения цилиндров порошком, а затем выталкиваем его в шланг, создавая минимальное положительное давление. Нет движущихся деталей, нет избыточного воздуха. Порошок требует минимального псевдо­сжижения 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 гр./мин порошка через шланг длиной 20 м и внутренним диаметром 6 мм.
С применением новой технологии, отношение порошка к воздуху внутри шланга увеличивается в несколько раз. Увеличение расхода порошка достигается не за счет увеличения объёма воздуха (как с эжекторными насосами), а увеличением частоты циклов насоса. В силу последнего, рабочая характеристика насосов HDLV линейна и отношение порошка к воздуху не меняется в зависимости от расхода.
Как же насчет формирования факела напыления? С применением новой технологии мы можем доставить порошок к распылительной насадке напылителя фактически без воздуха.
Но можем-ли мы создать факел напыления требуемого размера и равномерности, минимизируя объём потребляемого воздуха?
Чтобы полностью реализовать преимущества новой технологии подачи порошка, Нордсон разработал новое поколение систем напыления Prodigy™.
В дополнение к преимуществам насосов HDLV, системы Prodigy имеют:
-       Уникальные распылительные насадки, позволяющие эффективно формировать факел напыления с минимальным добавлением воздуха;
-       Принципиально новый дизайн напылителя в котором контролируемый объём воздуха подаётся прямо к распыляющей насадке.
Илл. 5 показывает компоненты системы напыления Prodigy. 
Как уже упоминалось, новая технология позволяет контролировать параметры факела напыления абсолютно независимо от подачи порошка. В силу этого, возможно достичь уникальной «мягкости» факела с общим объёмом воздуха на выходе напылителя в разы меньше чем у традиционных систем напыления.
Комбинация мягкого, легко контролируемого факела напыления с технологией SelectCharge™ контроля
электростатического заряда, позволяет достигать эффективности нанесения покрытия и легкости прокраса трудно-доступных участков деталей, недостижимых с традиционными системами. (Илл. 6).
Ещё одним важным преимуществом технологии HDLV является повышенный уровень контроля над толщиной наносимого покрытия. В большинстве линий порошковой окраски стоимость наносимого покрытия является основной частью операционных затрат. При использовании традиционных эжекторных насосов подачи порошка, износ внутренних компонент влияет на расход порошка. Иронично то, что положительные результаты усилий по созданию совершенных систем контроля процесса нанесения покрытий (направленных на уменьшение рабочих затрат и повышение степени контроля толщины наносимого покрытия) 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 постепенное, 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 также аналогично высокими. 
Технология HDLV позволяет эффективно и легко решить проблему. Насосы HDLV не имеют деталей износа, которые влияют на расход порошка. Таким образом, толщина наносимого покрытия может контролироваться с высокой степенью точности без необходимости в частых ручных корректировках. Илл. 7 показывает разницу в стабильности подачи порошка насоса HDLV и эжекторного насоса по времени эксплуатации.
Эффективность нанесения покрытия, уникальная легкость прокраса изделий сложной формы и высокая точность контроля наносимого покрытия не завершают список достоинств 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 насоса плотной фазы практически полностью избавляется от ударной полимеризации порошка внутри ситемы подачи (насос, шланг, внутренние поверхности напылителя). Это позволяет эффективно автоматически продувать систему подачи порошка во время смены цвета.
2)    Насос HDLV имеет встроенную систему позволяющую автоматически продувать насос, шланг и напылитель всего за несколько секунд. Причем с такой степенью надежности, которая позволяет смену даже между высококонтрастными цветами порошка.
3)    Уникальный дизайн порошкового канала и распылительных насадок систем Prodigy не имеют участков, в которых могут сохранятся остатки порошка.
Комбинация этих трех факторов даёт нам систему, в которой автоматическая смена цвета может производиться за 18 секунд - без разборки напылителя или насоса. Единственно, что остаётся для оператора - обдуть наружную поверхность напылителя. Если не использовать автоматические системы Color-On-Demand™, оператору придется переместить заборную трубку насоса из бака подачи одного цвета в другой. В этом случае, время смены цвета удлиняется - до 30 секунд.
Для тех, кто работает в режиме Just-in-Time и меняет цвет очень часто, система Color-on- Demand™(Илл. 8) позволяет использовать до 28-ми цветов порошка и менять цвет за 18 секунд. Автоматически и с высокой надежностью.
Может-ли одна технология иметь еще больше преимуществ? Действительно может. Еще одним важным положительным эффектом технологии HDLV является повышение эффективности циклонных систем рекуперации неосевшего порошка. Это преимущество осуществляется за счет использования транспортных насосов HDLV высокой производительности, разработанных Нордсон (Илл. 9).
В типичной системе с циклонной рекуперацией порошка есть две части, где происходят потери порошка: сам циклон и вибрационное сито, в которое порошок подаётся 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 удалятся из аккумулирующего бака циклона.
Насосы HDLV используют вакуум и активно «откачивают» порошок из основания циклона тем самым значительно уменьшая риск накопления порошка в баке. В дополнение, 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 вибра-сита. Возникновение положительного давления в сите (характерных при использовании традиционных методов подачи порошка) уменьшает пропускную способность вибра-сита 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 покрытий. 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.
Если вы хотите узнать больше о технологиях Prodigy and HDLV, обращайтесь в ваше местное представительство Нордсон или посетите www.nordson-finishing-eu.com
Технология Prodigy - это меняет всё.
 

Сергей Гуськов, Корпорация Нордсон. 01.03.2007