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19.11.2017

Nasslackieren

Nasslackieren: 24.04.2017

Steter Tropfen: Selektive ­Mehrfarbenbeschichtungen

Oversprayfreies Lackauftragsverfahren birgt hohe Einsparpotenziale

Um eine höchstmögliche Flexibilität für individuelle Lackierungen zu erhalten und gleichzeitig Arbeitsschritte einzusparen, ist eine Technologie erforderlich, die einen randscharfen Lackauftrag ohne Maskierung mit vorhandenen Lacksystemen ermöglicht. Aktuell beschäftigen sich Wissenschaftler des Fraunhofer IPA mit dem Drop-on-Demand-Verfahren, das Bauteile selektiv randscharf und damit maskierungsfrei beschichtet.

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Die Anforderungen an die Präzision der Bewegungen von Robotern für eine randscharfe selektive Applikation auf komplexen, gekrümmten Bauteilen sind sehr hoch. Bahnplanung auf 3D-Bauteiloberflächen sind Teil der aktuellen Entwicklungen. Quelle (drei Abbildungen): Fraunhofer IPA

Als Henry Ford im Jahre 1913 das Fließband zur Produktion seines berühmten T-Modells einführte, war dieses nach einem Zitat "in jeder Farbe erhältlich, so lange diese schwarz ist". Über 100 Jahre später stehen wir erneut vor einer Wende: Unter dem Stichwort Industrie 4.0 geht der Trend zur Individualisierung und Nachhaltigkeit von Produkten bis hin zur anvisierten Losgröße 1. Die Individualisierung lackierter Oberflächen in Form von mehrfarbigen Kontrastlackierungen, Dekorelementen oder Logos erfordert jedoch immer noch einen erhöhten Aufwand an Arbeitsumfängen und Energieeinsatz, z.B. durch Maskierungs- und Schleifarbeiten und mehrfachen Trocknerdurchlauf. Man ist seit langem bemüht, den Overspray bei der Spritzlackierung durch die Anwendung verschiedenster Methoden zu minimieren. Um jedoch die benötigte Flexibilität für individuelle Lackierungen zu erhalten und gleichzeitig Arbeitsschritte einzusparen, ist eine Technologie erforderlich, die einen randscharfen Lackauftrag ohne Maskierung mit vorhandenen Lacksystemen ermöglicht.

Eine Anwendung ist die Dekorlackierung von komplexen Bauteilen.

Eine Anwendung ist die Dekorlackierung von komplexen Bauteilen.

Runde stabile Lacktropfen repoduzierbar erzeugen

Mit dieser Thematik beschäftigen sich Wissenschaftler des Fraunhofer IPA seit einigen Jahren. Im Hauptfokus steht derzeit ein Drop-on-Demand Verfahren, mit dem Bauteile selektiv randscharf und damit maskierungsfrei beschichtet werden können. Das Verfahren wurde ursprünglich in Hinblick auf die Mehrfarbenlackierung von Fahrzeugen bzw. Fahrzeuganbauteilen entwickelt, ist aber auch für andere Branchen und Anwendungen denkbar. Über die gezielte Steuerung von Öffnungs- und Schließvorgängen einer Düse werden materialabhängig runde, stabile Lacktropfen mit einem Durchmesser von 300 bis 800 μm reproduzierbar erzeugt, aus deren Überlagerung sich die selektive Beschichtung der Oberfläche zusammensetzt. Einflussfaktoren für die Tropfenbildung sind neben den Materialeigenschaften des Lacks die Prozessparameter wie der Nadelhub oder die Dauer der Düsenöffnung, die bei wenigen Millisekunden liegt. Die Grundlagen zum Verständnis bei der Lackierung mittels dieser Technologie wurden in zahlreichen Laborversuchen

Vom Tropfen zur Linie: Hochgeschwindigkeitsaufnahme und lackierte Tropfen bzw. Linien.

Vom Tropfen zur Linie: Hochgeschwindigkeitsaufnahme und lackierte Tropfen bzw. Linien.

geschaffen, in denen die Tropfenentstehung und -ablösung von der Düse unter dem Einfluss zahlreicher Randbedingungen untersucht wurde. Über rheologische Charakterisierungen der Lacke, Experimente nach "Design of Experiments"-Versuchsplänen und unter Zuhilfenahme von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen sowie numerischer fluiddynamischer Simulationen konnte so ein fundiertes Verständnis dieser Applikationstechnik entwickelt werden.

WARUM DAS WICHTIG WIRD
Trotz der derzeit geringen Flächenleistung birgt das selektive, oversprayfreie Lackauftragsverfahren auf der anderen Seite auch hohe Einsparpotenziale: das Kabinenlayout kann wesentlich vereinfacht werden, eine aufwändige Abscheidung von Overspray entfällt und es ist mit nennenswerten Materialeinsparungen zu rechnen. Arbeitsaufwände wie Zwischenschleifen und Maskieren entfallen ebenso wie der damit verbundene Abfall. Zusammen mit dem Charme, eine hohe Individualisierung erreichen zu können, bietet das Verfahren bereits jetzt interessante Perspektiven für neue Anwendungen.

Nach den Untersuchungen der Wirkzusammenhänge müssen sich die nächsten Schritte nun auf die Weiterentwicklung und Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse vom Labormaßstab auf die Anforderungen einer industriellen Produktion konzentrieren. Hier ist allerdings noch Entwicklungsarbeit erforderlich. So sind die Anforderungen an die Präzision der Bewegungen von Robotern für eine randscharfe selektive Applikation von Lackfilmen auf komplexen, gekrümmten Bauteilen sehr hoch. Schon geringe Abweichungen um wenige zehntel Millimeter von der gewählten Lackierbahn erzeugen unerwünschte Effekte wie Schicht-Inhomogenitäten, Fehlstellen, Welligkeiten oder Bildfehler bei der Erzeugung von Linien oder Logos. So werden derzeit Entwicklungen von Lackierstrategien und zur Bahnplanung sowie Untersuchungen zur dynamischen Präzision in der Roboterbewegung durchgeführt. Auch die Flächenleistung mittels der hier vorgestellten Mikrodosiertechnik ist, verglichen mit konventionellen Lackierverfahren, noch recht gering. Erste Versuche mit Array-Anordnungen mehrerer Applikatoren wurden durchgeführt, es sind jedoch noch weitere Tests notwendig.

Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. + 49 711 970-3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de; Wolfgang Niemeier, Tel. +49 711 970-1791, wolfgang.niemeier@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung

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