di Michael Kelly, Allied PhotoChemical e David Hagood, Finishing Technology Solutions
Immagina di poter eliminare quasi tutti i COV (composti organici volatili) nel processo di produzione di tubazioni, pari a 10.000 libbre di COV all'anno. Immagina anche di produrre a velocità più elevate con una maggiore produttività e un costo inferiore per parte/piede lineare.
I processi di produzione sostenibili sono fondamentali per promuovere una produzione più efficiente e ottimizzata nel mercato nordamericano. La sostenibilità può essere misurata in diversi modi:
Riduzione dei COV
Meno consumo di energia
Forza lavoro ottimizzata
Produzione più rapida (di più con meno)
Utilizzo più efficiente del capitale
Inoltre, molte combinazioni di quanto sopra
Recentemente, un importante produttore di tubi ha implementato una nuova strategia per le sue operazioni di rivestimento. Le precedenti piattaforme di rivestimento utilizzate dal produttore erano a base d'acqua, che è ricca di COV ed è anche infiammabile. La piattaforma di rivestimento sostenibile implementata era una tecnologia di rivestimento ultravioletta (UV) al 100% di solidi. In questo articolo vengono riepilogati il problema iniziale del cliente, il processo di rivestimento UV, i miglioramenti complessivi del processo, il risparmio sui costi e la riduzione dei COV.
Operazioni di rivestimento nella produzione di tubi
Il produttore utilizzava un processo di rivestimento a base acqua che lasciava residui, come mostrato nelle immagini 1a e 1b. Il processo non solo ha comportato lo spreco di materiali di rivestimento, ma ha anche creato un pericolo in officina che ha aumentato l’esposizione ai COV e il pericolo di incendio. Inoltre, il cliente desiderava prestazioni di rivestimento migliori rispetto all'attuale operazione di rivestimento a base acqua.
Anche se molti esperti del settore confronteranno direttamente le vernici a base acqua con le vernici UV, questo non è un confronto realistico e può essere fuorviante. Il rivestimento UV vero e proprio è un sottoinsieme del processo di rivestimento UV.
Figura 1. Processo di coinvolgimento del progetto
L'UV è un processo
L'UV è un processo che offre notevoli vantaggi ambientali, miglioramenti complessivi del processo, migliori prestazioni del prodotto e, sì, risparmi per rivestimento del piede lineare. Per implementare con successo un progetto di rivestimenti UV, i raggi UV devono essere considerati come un processo con tre componenti principali: 1) il cliente, 2) l'integratore delle apparecchiature per l'applicazione e la polimerizzazione UV e 3) il partner tecnologico dei rivestimenti.
Tutti e tre questi aspetti sono fondamentali per la pianificazione e l'implementazione di successo di un sistema di rivestimento UV. Diamo quindi un'occhiata al processo complessivo di coinvolgimento del progetto (Figura 1). Nella maggior parte dei casi, questo impegno è guidato dal partner tecnologico di rivestimento UV.
La chiave per qualsiasi progetto di successo è avere fasi di coinvolgimento chiaramente definite, con flessibilità incorporata e capacità di adattarsi a diversi tipi di clienti e alle loro applicazioni. Queste sette fasi di coinvolgimento costituiscono la base per un coinvolgimento progettuale di successo con il cliente: 1) discussione generale del processo; 2) Discussione sul ROI; 3) specifiche del prodotto; 4) specificazione complessiva del processo; 5) prove a campione; 6) RFQ/specifiche generali del progetto; e 7) comunicazione continua.
Queste fasi di coinvolgimento possono essere seguite in serie, alcune possono verificarsi contemporaneamente o possono essere interscambiate, ma devono essere tutte completate. Questa flessibilità integrata offre le maggiori possibilità di successo per i partecipanti. In alcuni casi, potrebbe essere meglio assumere un esperto di processi UV come risorsa con una preziosa esperienza nel settore in tutte le forme di tecnologia di rivestimento, ma, soprattutto, una forte esperienza nei processi UV. Questo esperto può affrontare tutte le questioni e agire come una risorsa neutrale per valutare correttamente ed equamente le tecnologie di rivestimento.
Fase 1. Discussione generale del processo
È qui che vengono scambiate le informazioni iniziali relative al processo attuale del cliente, con una chiara definizione del layout attuale e aspetti positivi/negativi chiaramente definiti. In molti casi, dovrebbe essere in vigore un accordo reciproco di non divulgazione (NDA). Quindi, dovrebbero essere identificati obiettivi di miglioramento del processo chiaramente definiti. Questi possono includere:
Sostenibilità – Riduzione dei COV
Riduzione e ottimizzazione del lavoro
Qualità migliorata
Maggiore velocità della linea
Riduzione dello spazio a pavimento
Revisione dei costi energetici
Manutenibilità del sistema di rivestimento – pezzi di ricambio, ecc.
Successivamente, vengono definite metriche specifiche in base ai miglioramenti del processo identificati.
Fase 2. Discussione sul ritorno sull'investimento (ROI).
È importante comprendere il ROI del progetto nelle fasi iniziali. Sebbene non sia necessario che il livello di dettaglio sia quello necessario per l'approvazione del progetto, il cliente dovrebbe avere una chiara descrizione dei costi attuali. Questi dovrebbero includere il costo per prodotto, per metro lineare, ecc.; costi energetici; costi di proprietà intellettuale (IP); costi della qualità; costi di operatore/manutenzione; costi di sostenibilità; e costo del capitale. (Per l'accesso ai calcolatori del ROI, vedere la fine di questo articolo.)
Fase 3. Discussione sulle specifiche del prodotto
Come per ogni prodotto fabbricato oggi, le specifiche di base del prodotto vengono definite nelle discussioni iniziali del progetto. Per quanto riguarda le applicazioni di rivestimento, queste specifiche di prodotto si sono evolute nel tempo per soddisfare le esigenze di produzione e in genere non vengono soddisfatte dall'attuale processo di rivestimento del cliente. Lo chiamiamo “oggi contro domani”. Si tratta di un atto di equilibrio tra la comprensione delle specifiche attuali del prodotto (che potrebbero non essere soddisfatte con l'attuale rivestimento) e la definizione di esigenze future che siano realistiche (che è sempre un atto di equilibrio).
Fase 4. Specifiche generali del processo
Figura 2. Miglioramenti del processo disponibili quando si passa da un processo di rivestimento a base acqua a un processo di rivestimento UV
Il cliente deve comprendere e definire appieno il processo attuale, insieme agli aspetti positivi e negativi delle pratiche esistenti. Questo è importante che l'integratore di sistemi UV lo comprenda, in modo che le cose che vanno bene e quelle che non vanno bene possano essere prese in considerazione nella progettazione del nuovo sistema UV. È qui che il processo UV offre vantaggi significativi che possono includere una maggiore velocità dei rivestimenti, minori requisiti di spazio sul pavimento e riduzioni di temperatura e umidità (vedere Figura 2). Una visita congiunta allo stabilimento di produzione del cliente è altamente raccomandata e fornisce un ottimo quadro per comprendere le esigenze e i requisiti del cliente.
Fase 5. Dimostrazioni e prove
Anche la struttura del fornitore di rivestimenti dovrebbe essere visitata dal cliente e dall'integratore di sistemi UV per consentire a tutti di partecipare a una simulazione del processo di rivestimento UV del cliente. Durante questo periodo, emergeranno molte nuove idee e suggerimenti man mano che si svolgeranno le seguenti attività:
Simulazione, campioni e test
Confrontarsi testando prodotti di rivestimento della concorrenza
Esaminare le migliori pratiche
Revisionare le procedure di certificazione di qualità
Scopri gli integratori UV
Sviluppare un piano d'azione dettagliato per il futuro
Fase 6. RFQ/Specifiche generali del progetto
Il documento RFQ del cliente deve includere tutte le informazioni e i requisiti rilevanti per la nuova operazione di rivestimento UV come definito nelle discussioni sul processo. Il documento dovrebbe incorporare le migliori pratiche identificate dalla società di tecnologia di rivestimento UV, che potrebbero includere il riscaldamento del rivestimento tramite un sistema di riscaldamento con camicia d'acqua sulla punta della pistola; riscaldamento e agitazione della borsa; e scale per la misurazione del consumo di rivestimento.
Fase 7. Comunicazione continua
I mezzi di comunicazione tra cliente, integratore UV e azienda di rivestimenti UV sono fondamentali e dovrebbero essere incoraggiati. La tecnologia oggi rende molto conveniente programmare e partecipare a regolari chiamate Zoom/tipo conferenza. Non dovrebbero esserci sorprese durante l'installazione dell'apparecchiatura o del sistema UV.
Risultati realizzati dal produttore di tubi
Un’area critica da considerare in qualsiasi progetto di rivestimento UV è il risparmio sui costi complessivi. In questo caso, il produttore ha realizzato risparmi in diverse aree, tra cui costi energetici, costi di manodopera e materiali di consumo per i rivestimenti.
Costi energetici – Riscaldamento UV a microonde rispetto a induzione
Nei tipici sistemi di rivestimento a base acqua, è necessario il riscaldamento pre o post-induzione del tubo. I riscaldatori a induzione sono costosi, consumano molta energia e possono avere notevoli problemi di manutenzione. Inoltre, la soluzione a base acqua richiedeva un consumo energetico del riscaldatore a induzione di 200 kw rispetto ai 90 kw utilizzati dalle lampade UV a microonde.
Tabella 1. Risparmio sui costi superiore a 100 kw/ora utilizzando un sistema UV a microonde da 10 lampade rispetto a un sistema di riscaldamento a induzione
Come illustrato nella Tabella 1, il produttore di tubi ha realizzato risparmi superiori a 100 kw all'ora dopo aver implementato la tecnologia di rivestimento UV, riducendo al tempo stesso i costi energetici di oltre 71.000 dollari all'anno.
Figura 3. Illustrazione del risparmio annuale sui costi dell'elettricità
Il risparmio sui costi per questo ridotto consumo energetico è stato stimato sulla base di un costo stimato dell'elettricità a 14,33 centesimi/kWh. La riduzione di 100 kw/ora del consumo energetico, calcolata su due turni per 50 settimane all’anno (cinque giorni alla settimana, 20 ore per turno), si traduce in un risparmio di 71.650 dollari, come illustrato nella Figura 3.
Riduzione del costo della manodopera – Operatori e manutenzione
Mentre le aziende manifatturiere continuano a valutare i costi della manodopera, il processo UV offre risparmi unici relativi alle ore di manodopera dell'operatore e della manutenzione. Con i rivestimenti a base acqua, il rivestimento umido può solidificarsi a valle dell'attrezzatura per la movimentazione dei materiali, che alla fine deve essere rimossa.
Gli operatori dell'impianto di produzione hanno impiegato un totale di 28 ore settimanali per rimuovere/pulire il rivestimento a base acqua dalle attrezzature a valle per la movimentazione dei materiali.
Oltre al risparmio sui costi (circa 28 ore di manodopera x 36 dollari [costo gravato] all'ora = 1.008,00 dollari a settimana o 50.400 dollari all'anno), i requisiti di manodopera fisica per gli operatori possono essere frustranti, dispendiosi in termini di tempo e assolutamente pericolosi.
Il cliente mirava alla pulizia del rivestimento per ogni trimestre, con costi di manodopera di 1.900 dollari a trimestre, più i costi di rimozione del rivestimento sostenuti, per un totale di 2.500 dollari. Il risparmio totale annuo è stato pari a $ 10.000.
Risparmi sui rivestimenti: a base acqua rispetto a UV
La produzione di tubi presso la sede del cliente è stata di 12.000 tonnellate al mese di tubi dal diametro di 9,625 pollici. In sintesi, ciò equivale a circa 570.000 piedi lineari / ~ 12.700 pezzi. Il processo di applicazione della nuova tecnologia di rivestimento UV prevedeva pistole a spruzzo ad alto volume/bassa pressione con uno spessore target tipico di 1,5 mil. La polimerizzazione è stata effettuata mediante l'uso di lampade UV a microonde Heraeus. I risparmi sui costi dei rivestimenti e sui costi di trasporto/movimentazione interna sono riepilogati nelle Tabelle 2 e 3.
Tabella 2. Confronto dei costi dei rivestimenti: rivestimenti UV rispetto a quelli a base acqua per metro lineare
Tabella 3. Ulteriori risparmi derivanti dalla riduzione dei costi di trasporto in entrata e dalla riduzione della movimentazione dei materiali in loco
Inoltre, è possibile realizzare ulteriori risparmi sui costi di materiale e manodopera ed efficienza produttiva.
I rivestimenti UV sono recuperabili (i rivestimenti a base acqua non lo sono), consentendo un'efficienza almeno del 96%.
Gli operatori dedicano meno tempo alla pulizia e alla manutenzione delle attrezzature di applicazione poiché il rivestimento UV non si asciuga se non esposto a energia UV ad alta intensità.
Le velocità di produzione sono più elevate e il cliente ha il potenziale per aumentare la velocità di produzione da 100 piedi al minuto a 150 piedi al minuto, con un aumento del 50%.
L'attrezzatura per il processo UV in genere dispone di un ciclo di lavaggio integrato, che viene monitorato e programmato in base alle ore di produzione. Questo può essere regolato in base alle esigenze del cliente, il che si traduce in meno manodopera necessaria per la pulizia del sistema.
In questo esempio, il cliente ha realizzato un risparmio sui costi di $ 1.277.400 all'anno.
Riduzione dei COV
L’implementazione della tecnologia di rivestimento UV ha anche ridotto i COV, come mostrato nella Figura 4.
Figura 4. Riduzione dei COV come risultato dell'implementazione del rivestimento UV
Conclusione
La tecnologia dei rivestimenti UV consente ai produttori di tubi di eliminare virtualmente i COV nelle operazioni di rivestimento, offrendo allo stesso tempo un processo di produzione sostenibile che migliora la produttività e le prestazioni complessive del prodotto. I sistemi di rivestimento UV comportano anche notevoli risparmi sui costi. Come sottolineato in questo articolo, il risparmio totale del cliente ha superato i 1.200.000 dollari all'anno, oltre all'eliminazione di oltre 154.000 libbre di emissioni di COV.
Per ulteriori informazioni e per accedere ai calcolatori del ROI, visitare www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Per ulteriori miglioramenti del processo e un esempio di calcolo del ROI, visitare www.uvebtechnology.com.
BARRA LATERALE
Sostenibilità del processo di verniciatura UV/Vantaggi ambientali:
Nessun composto organico volatile (COV)
Nessun inquinante atmosferico pericoloso (HAP)
Non infiammabile
Nessun solvente, acqua o riempitivo
Nessun problema di produzione di umidità o temperatura
Miglioramenti complessivi del processo offerti dai rivestimenti UV:
Velocità di produzione elevate da 800 a 900 piedi al minuto, a seconda delle dimensioni del prodotto
Ingombro fisico ridotto inferiore a 35 piedi (lunghezza lineare)
Work-in-process minimo
Asciugatura istantanea senza necessità di polimerizzazione post-stampa
Nessun problema di rivestimento umido a valle
Nessuna regolazione del rivestimento per problemi di temperatura o umidità
Nessuna movimentazione/stoccaggio speciale durante i cambi di turno, la manutenzione o le fermate del fine settimana
Riduzione dei costi di manodopera associati agli operatori e alla manutenzione
Capacità di recuperare l'overspray, filtrare nuovamente e reintrodurre nel sistema di rivestimento
Prestazioni del prodotto migliorate con i rivestimenti UV:
Risultati migliorati dei test di umidità
Ottimi risultati dei test in nebbia salina
Possibilità di regolare gli attributi e il colore del rivestimento
Rivestimenti trasparenti, metallizzati e colori disponibili
Costi di rivestimento inferiori per piede lineare come mostrato dal calcolatore ROI:
Orario di pubblicazione: 14 dicembre 2023
