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Pulverbeschichten

Pulverbeschichten: 03.12.2014

Simulation als Werkzeug zur Fehleranalyse

Wie kommt die Luft in den Lack?

Lufteinschlüsse in Lackfilmen (Pinholes oder Nadelstiche genannt) sind ein schwierig zu behebendes Fehlerbild, da die Fehlerursache oft nicht klar ist. Am Fraunhofer IPA soll jetzt die Entstehung der Lufteinschlüsse mit Hilfe numerischer Simulationen und Hochgeschwindigkeitsaufnahmen wesentlich detaillierter als bisher analysiert werden.

Simulation des Aufpralls eines Lacktröpfchens mit Lufteinschluss: Rot stellt Luft dar, blau ist das Lackmaterial. Quelle: Fraunhofer IPA

Simulation des Aufpralls eines Lacktröpfchens mit Lufteinschluss: Rot stellt Luft dar, blau ist das Lackmaterial. Quelle: Fraunhofer IPA

Nadelstiche in Lackfilmen stören die Optik und können sogar die Funktion wie z.B. den Korrosionsschutz beeinträchtigen. Deshalb ist eine systematische und prozessstabile Methode zur Vermeidung solcher Defekte notwendig. Dazu ist es unerlässlich, die Entstehung in dem jeweiligen Anwendungsfall zu verstehen: Ist Luft bereits im Lack gelöst, wird Luft beim Zerstäubungsprozess eingeschlossen, entstehen die Luftbläschen beim Tröpfchenaufprall oder sind Ausgasungen zu einem späteren Zeitpunkt verantwortlich? Diese Fragen sollen jetzt am Fraunhofer IPA mittels numerischer Simulationen beantwortet werden. Dazu wurde ein Simulationsmodell entwickelt, das den Aufprall eines Lacktröpfchens beschreibt, und dabei die Wechselwirkung des auftreffenden Lacktröpfchens mit dem Substrat mit der komplexen Rheologie des Lackes berücksichtigt. Mit den Simulationen sollen Grundlagenuntersuchungen zur Vermeidung von Pinholes durchgeführt, aber auch weitere Phänomene wie etwa die Entstehung des Metallic-Effekts durch die Bewegung der plättchenförmigen Pigmente im Lackfilm, beschrieben werden. 

Abb. 1: Am Beispiel eines Wassertropfens lässt sich die gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation zeigen. Oben: Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, durchgeführt von Ding et al., veröffentlicht in J. Fluid Mech. (2012), vol. 697. Unten: am IPA simulierter Aufprall eines Wassertropfens.

Abb. 1: Am Beispiel eines Wassertropfens lässt sich die gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation zeigen. Oben: Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, durchgeführt von Ding et al., veröffentlicht in J. Fluid Mech. (2012), vol. 697. Unten: am IPA simulierter Aufprall eines Wassertropfens.

 
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Ausschnitte aus einer Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahme des Tröpfchenaufpralls: Die bei den einzelnen Phasen des Lackiervorgangs relevanten Phänomene werden so in Form von realen Bildern verdeutlicht. Quelle IPA (zwei Grafiken, drei Fotos): Fraunhofer IPA
 

Lesen Sie den gesamten Beitrag in besser lackieren. Nr. 20/2014.

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. +49 711 970-3820, Michael.Hilt@ipa.fraunhofer.de, Dr. Oliver Tiedje, Tel. +49 711 970-1773, Oliver.Tiedje@ipa.fraunhofer.de, Dr.-Ing. Qiaoyan Ye, Tel. +49 711 970-1724, Qiaoyan.Ye@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/beschichtung

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