autorstwa Michaela Kelly’ego, Allied PhotoChemical, i Davida Hagooda, Finishing Technology Solutions
Wyobraź sobie możliwość wyeliminowania niemal wszystkich lotnych związków organicznych (LZO) w procesie produkcji rur i przewodów, co odpowiada 10 000 funtów LZO rocznie. Wyobraź sobie również szybszą produkcję z większą wydajnością i niższym kosztem jednostkowym na stopę liniową.
Zrównoważone procesy produkcyjne są kluczem do osiągnięcia bardziej wydajnej i zoptymalizowanej produkcji na rynku północnoamerykańskim. Zrównoważony rozwój można mierzyć na wiele sposobów:
Redukcja LZO
Mniejsze zużycie energii
Zoptymalizowana siła robocza
Szybsza produkcja (więcej mniejszym nakładem)
Bardziej efektywne wykorzystanie kapitału
Ponadto wiele kombinacji powyższych
Niedawno wiodący producent tub wdrożył nową strategię w zakresie powlekania. Wcześniejsze platformy powłokowe tego producenta opierały się na powłokach wodnych, które charakteryzują się wysoką zawartością lotnych związków organicznych (LZO), a dodatkowo są łatwopalne. Wdrożona zrównoważona platforma powłokowa opierała się na technologii powlekania w 100% stałymi powłokami ultrafioletowymi (UV). W niniejszym artykule podsumowano początkowy problem klienta, proces powlekania UV, ogólne usprawnienia procesu, oszczędności kosztów i redukcję LZO.
Operacje powlekania w produkcji rur
Producent stosował proces nakładania powłok na bazie wody, który pozostawiał po sobie bałagan, jak widać na zdjęciach 1a i 1b. Proces ten nie tylko skutkował marnotrawstwem materiałów powłokowych, ale także stwarzał zagrożenie na hali produkcyjnej, zwiększając narażenie na lotne związki organiczne (LZO) i zagrożenie pożarowe. Ponadto klient oczekiwał lepszej wydajności powłoki w porównaniu z obecną metodą nakładania powłok na bazie wody.
Chociaż wielu ekspertów branżowych bezpośrednio porównuje powłoki wodne do powłok UV, nie jest to realistyczne porównanie i może być mylące. Faktyczna powłoka UV jest podzbiorem procesu powlekania UV.
Rysunek 1. Proces zaangażowania w projekt
UV to proces
UV to proces, który oferuje znaczące korzyści środowiskowe, ogólną poprawę procesu, lepszą wydajność produktu oraz, oczywiście, oszczędności w przeliczeniu na stopę liniową powłoki. Aby pomyślnie wdrożyć projekt powłok UV, należy postrzegać UV jako proces składający się z trzech głównych komponentów – 1) klienta, 2) integratora urządzeń do aplikacji i utwardzania UV oraz 3) partnera technologicznego w zakresie powłok.
Wszystkie trzy elementy są kluczowe dla skutecznego planowania i wdrożenia systemu powlekania UV. Przyjrzyjmy się zatem całemu procesowi zaangażowania w projekt (rysunek 1). W większości przypadków za ten proces odpowiada partner technologiczny w zakresie powlekania UV.
Kluczem do sukcesu każdego projektu jest jasno zdefiniowane etapy współpracy, z wbudowaną elastycznością i możliwością dostosowania do różnych typów klientów i ich aplikacji. Te siedem etapów współpracy stanowi podstawę udanej współpracy z klientem: 1) omówienie całości procesu; 2) omówienie zwrotu z inwestycji (ROI); 3) specyfikacja produktu; 4) ogólna specyfikacja procesu; 5) testy próbne; 6) zapytanie ofertowe (RFQ) / ogólna specyfikacja projektu; oraz 7) ciągła komunikacja.
Te etapy zaangażowania można realizować sekwencyjnie, niektóre mogą odbywać się jednocześnie lub naprzemiennie, ale wszystkie muszą zostać ukończone. Ta wbudowana elastyczność zapewnia uczestnikom największe szanse na sukces. W niektórych przypadkach najlepszym rozwiązaniem może być zaangażowanie eksperta w dziedzinie procesów UV, posiadającego cenne doświadczenie branżowe we wszystkich rodzajach technologii powlekania, a co najważniejsze, bogate doświadczenie w zakresie procesów UV. Ekspert ten potrafi rozwiązać wszystkie problemy i działać jako neutralne źródło, aby właściwie i rzetelnie ocenić technologie powlekania.
Etap 1. Ogólna dyskusja na temat procesu
Na tym etapie następuje wymiana wstępnych informacji dotyczących bieżącego procesu klienta, z jasno określonym obecnym układem oraz pozytywnymi i negatywnymi aspektami. W wielu przypadkach powinna obowiązywać wzajemna umowa o zachowaniu poufności (NDA). Następnie należy jasno określić cele doskonalenia procesu. Mogą one obejmować:
Zrównoważony rozwój – redukcja lotnych związków organicznych (LZO)
Redukcja i optymalizacja pracy
Lepsza jakość
Zwiększona prędkość linii
Redukcja powierzchni podłogi
Przegląd kosztów energii
Łatwość konserwacji systemu powłokowego – części zamienne itp.
Następnie, na podstawie zidentyfikowanych usprawnień procesu, definiowane są konkretne wskaźniki.
Etap 2. Dyskusja na temat zwrotu z inwestycji (ROI)
Ważne jest, aby zrozumieć zwrot z inwestycji (ROI) dla projektu na początkowych etapach. Chociaż poziom szczegółowości nie musi być taki, jaki będzie wymagany do zatwierdzenia projektu, klient powinien mieć jasny obraz bieżących kosztów. Powinny one obejmować koszt produktu, stopy liniowej itp.; koszty energii; koszty własności intelektualnej (IP); koszty jakości; koszty operatora/konserwacji; koszty zrównoważonego rozwoju; oraz koszt kapitału. (Dostęp do kalkulatorów ROI znajduje się na końcu tego artykułu).
Etap 3. Dyskusja na temat specyfikacji produktu
Podobnie jak w przypadku każdego produktu wytwarzanego obecnie, podstawowe specyfikacje produktu są definiowane na etapie wstępnych rozmów projektowych. W odniesieniu do zastosowań powłok, specyfikacje te ewoluowały z czasem, aby sprostać potrzebom produkcyjnym i zazwyczaj nie są spełniane przez obecny proces powlekania u klienta. Nazywamy to „dzisiaj kontra jutro”. To balansowanie między zrozumieniem obecnych specyfikacji produktu (które mogą nie być spełnione przez obecną powłokę) a zdefiniowaniem przyszłych, realistycznych potrzeb (co zawsze jest balansowaniem).
Etap 4. Ogólne specyfikacje procesu
Rysunek 2. Ulepszenia procesu dostępne przy przejściu z procesu powłok na bazie wody na proces powłok UV
Klient powinien w pełni zrozumieć i zdefiniować aktualny proces, a także jego pozytywne i negatywne strony. Jest to istotne dla integratora systemów UV, aby mógł on uwzględnić zarówno dobre, jak i złe strony procesu w projekcie nowego systemu UV. W tym obszarze proces UV oferuje znaczące korzyści, takie jak zwiększona szybkość nakładania powłok, mniejsze zapotrzebowanie na powierzchnię oraz obniżenie temperatury i wilgotności (patrz rysunek 2). Zdecydowanie zaleca się wspólną wizytę w zakładzie produkcyjnym klienta, która stanowi doskonałe narzędzie do zrozumienia jego potrzeb i wymagań.
Etap 5. Demonstracje i jazdy próbne
Klient i integrator systemów UV powinni również odwiedzić zakład dostawcy powłok, aby umożliwić wszystkim udział w symulacji procesu powlekania UV u klienta. W tym czasie pojawi się wiele nowych pomysłów i sugestii, ponieważ realizowane będą następujące działania:
Symulacja, próbki i testy
Testowanie konkurencyjnych produktów powłokowych
Przejrzyj najlepsze praktyki
Przegląd procedur certyfikacji jakości
Poznaj integratorów UV
Opracuj szczegółowy plan działania na przyszłość
Etap 6. Zapytanie ofertowe / Ogólna specyfikacja projektu
Dokument zapytania ofertowego klienta powinien zawierać wszystkie istotne informacje i wymagania dotyczące nowej operacji powlekania UV, zgodnie z definicją zawartą w omówieniu procesu. Dokument powinien uwzględniać najlepsze praktyki zidentyfikowane przez firmę technologiczną zajmującą się powlekaniem UV, takie jak nagrzewanie powłoki za pomocą systemu grzewczego z płaszczem wodnym do końcówki pistoletu, podgrzewanie i mieszanie pojemnika oraz wagi do pomiaru zużycia powłoki.
Etap 7. Komunikacja ciągła
Komunikacja między klientem, integratorem UV i firmą produkującą powłoki UV jest kluczowa i należy ją wspierać. Dzisiejsza technologia ułatwia planowanie i uczestnictwo w regularnych rozmowach konferencyjnych na Zoomie. Nie powinno być żadnych niespodzianek podczas instalacji sprzętu lub systemu UV.
Wyniki osiągnięte przez producenta rur
Kluczowym obszarem do rozważenia w każdym projekcie powłoki UV są ogólne oszczędności kosztów. W tym przypadku producent odnotował oszczędności w kilku obszarach, w tym w kosztach energii, robocizny i materiałów eksploatacyjnych do powłok.
Koszty energii – promieniowanie UV zasilane mikrofalami a ogrzewanie indukcyjne
W typowych systemach powłok na bazie wody istnieje potrzeba nagrzewania rury przed lub po nagrzewaniu indukcyjnym. Nagrzewnice indukcyjne są drogie, energochłonne i mogą wiązać się ze znacznymi problemami konserwacyjnymi. Ponadto, rozwiązanie na bazie wody wymagało 200 kW energii nagrzewnicy indukcyjnej w porównaniu z 90 kW zużywanymi przez lampy mikrofalowe UV.
Tabela 1. Oszczędności kosztów przekraczające 100 kWh przy zastosowaniu 10-lampowego systemu mikrofalowo-UV w porównaniu z systemem ogrzewania indukcyjnego
Jak widać w tabeli 1, producent rur osiągnął oszczędności przekraczające 100 kW na godzinę po wdrożeniu technologii powlekania UV, a także obniżył koszty energii o ponad 71 000 USD rocznie.
Rysunek 3. Ilustracja rocznych oszczędności kosztów energii elektrycznej
Oszczędności wynikające z tego zmniejszonego zużycia energii oszacowano na podstawie szacowanego kosztu energii elektrycznej wynoszącego 14,33 centa/kWh. Redukcja zużycia energii o 100 kWh, obliczona dla dwóch zmian przez 50 tygodni w roku (pięć dni w tygodniu, 20 godzin na zmianę), daje oszczędności w wysokości 71 650 dolarów, jak pokazano na rysunku 3.
Redukcja kosztów pracy – operatorzy i konserwacja
W miarę jak zakłady produkcyjne stale analizują swoje koszty pracy, proces UV oferuje wyjątkowe oszczędności w zakresie roboczogodzin operatorów i konserwacji. W przypadku powłok na bazie wody, mokra powłoka może twardnieć w dalszej części procesu na urządzeniach do transportu materiałów, co ostatecznie wymaga usunięcia.
Operatorzy zakładu produkcyjnego poświęcali łącznie 28 godzin tygodniowo na usuwanie/czyszczenie powłoki na bazie wody z urządzeń do transportu materiałów.
Oprócz oszczędności kosztów (szacunkowo 28 godzin pracy x 36 USD [kosztów obciążeniowych] za godzinę = 1008,00 USD tygodniowo lub 50 400 USD rocznie) wymagania dotyczące fizycznej pracy operatorów mogą być frustrujące, czasochłonne i wręcz niebezpieczne.
Klient zaplanował czyszczenie powłok co kwartał, co wiązało się z kosztami robocizny wynoszącymi 1900 dolarów kwartalnie, plus poniesione koszty usunięcia powłoki, co łącznie dało 2500 dolarów. Łączne oszczędności w skali roku wyniosły 10 000 dolarów.
Oszczędności na powłokach – na bazie wody a UV
Produkcja rur u klienta wynosiła 12 000 ton miesięcznie o średnicy 9,625 cala. Sumarycznie odpowiada to około 570 000 stóp liniowych / ~12 700 sztuk. Proces aplikacji nowej technologii powłok UV obejmował pistolety natryskowe o dużej objętości/niskim ciśnieniu i typowej docelowej grubości 1,5 mila. Utwardzanie odbywało się za pomocą lamp mikrofalowych Heraeus UV. Oszczędności w kosztach powłok oraz kosztach transportu/obsługi wewnętrznej podsumowano w tabelach 2 i 3.
Tabela 2. Porównanie kosztów powłok – powłoki UV i powłoki na bazie wody na stopę liniową
Tabela 3. Dodatkowe oszczędności wynikające z niższych kosztów transportu przychodzącego i zmniejszonej konieczności obsługi materiałów na miejscu
Ponadto możliwe jest osiągnięcie dodatkowych oszczędności kosztów materiałów i robocizny oraz zwiększenie efektywności produkcji.
Powłoki UV nadają się do recyklingu (powłoki na bazie wody nie), co pozwala na osiągnięcie wydajności na poziomie co najmniej 96%.
Operatorzy poświęcają mniej czasu na czyszczenie i konserwację sprzętu aplikacyjnego, ponieważ powłoka UV nie wysycha, jeśli nie zostanie wystawiona na działanie promieniowania UV o dużej intensywności.
Prędkość produkcji jest większa, a klient ma potencjał zwiększenia prędkości produkcji ze 100 stóp na minutę do 150 stóp na minutę – co stanowi wzrost o 50%.
Urządzenia do procesu UV zazwyczaj posiadają wbudowany cykl płukania, który jest monitorowany i planowany w oparciu o liczbę godzin produkcji. Można go dostosować do potrzeb klienta, co przekłada się na mniejsze zapotrzebowanie na siłę roboczą do czyszczenia systemu.
W tym przykładzie klient odnotował oszczędność kosztów wynoszącą 1 277 400 dolarów rocznie.
Redukcja LZO
Wdrożenie technologii powłok UV pozwoliło również na redukcję emisji lotnych związków organicznych (LZO), jak pokazano na rysunku 4.
Rysunek 4. Redukcja lotnych związków organicznych (LZO) w wyniku zastosowania powłoki UV
Wniosek
Technologia powłok UV pozwala producentom rur praktycznie wyeliminować lotne związki organiczne (LZO) w procesie powlekania, zapewniając jednocześnie zrównoważony proces produkcyjny, który poprawia wydajność i ogólną wydajność produktu. Systemy powłok UV zapewniają również znaczne oszczędności. Jak opisano w tym artykule, całkowite oszczędności klienta przekroczyły 1 200 000 dolarów rocznie, a emisja LZO wyniosła ponad 154 000 funtów (ok. 68 000 kg).
Aby uzyskać więcej informacji i uzyskać dostęp do kalkulatorów zwrotu z inwestycji (ROI), odwiedź stronę www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Dodatkowe usprawnienia procesów i przykładowy kalkulator zwrotu z inwestycji (ROI) można znaleźć na stronie www.uvebtechnology.com.
PASEK BOCZNY
Zrównoważony rozwój i korzyści środowiskowe procesu powlekania UV:
Brak lotnych związków organicznych (LZO)
Brak niebezpiecznych zanieczyszczeń powietrza (HAP)
Niepalny
Bez rozpuszczalników, wód i wypełniaczy
Brak problemów z wilgotnością i temperaturą produkcji
Ogólne usprawnienia procesu oferowane przez powłoki UV:
Szybkie prędkości produkcyjne sięgające 800–900 stóp na minutę, w zależności od rozmiaru produktu
Mały obszar fizyczny, mniejszy niż 35 stóp (długość liniowa)
Minimalna ilość pracy w toku
Natychmiastowe schnięcie bez konieczności utwardzania
Brak problemów z mokrym powlekaniem w dalszej części procesu
Brak konieczności regulacji powłoki w przypadku problemów z temperaturą lub wilgotnością
Brak konieczności specjalnego obchodzenia się z urządzeniem/przechowywania podczas zmian zmianowych, konserwacji lub przestojów weekendowych
Redukcja kosztów siły roboczej związanych z operatorami i konserwacją
Możliwość odzyskiwania nadmiaru natrysku, ponownego filtrowania i ponownego wprowadzania do systemu powlekania
Lepsza wydajność produktu dzięki powłokom UV:
Lepsze wyniki testów wilgotności
Świetne wyniki testów mgły solnej
Możliwość dostosowania właściwości powłoki i koloru
Dostępne lakiery bezbarwne, metaliczne i kolorowe
Niższe koszty powłoki na stopę liniową, jak pokazuje kalkulator ROI:
Czas publikacji: 14 grudnia 2023 r.
