汽車工業(yè)的涂裝趨勢： 進(jìn)一步提升汽車涂裝的質(zhì)量、效率及靈活性

外部金屬板美麗的外觀以及理想的防護(hù)是汽車噴涂的傳統(tǒng)任務(wù)。但是需求已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化。例如，在越來越大的程度上對于汽車的內(nèi)部及外部都需要個(gè)性化，因而最終會(huì)導(dǎo)致制造的批量為一臺(tái)。汽車車身和零部件的制造越來越頻繁地來自于材料的不同組合，有助減輕汽車的重量，減少燃料消耗。汽車共享、電動(dòng)及自動(dòng)駕駛的趨勢，以及生產(chǎn)過程的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，也為噴涂技術(shù)領(lǐng)域帶來新的任務(wù)和要求。諸如提高首道漆配額、涂漆系統(tǒng)可用性以及能量和材料效率等因素，對于在全球市場中實(shí)施這些任務(wù)起著非常重要的作用。噴涂公司正努力改進(jìn)目前的解決方案，并開發(fā)新的方案，包括整個(gè)生產(chǎn)流程的所有工序以便能實(shí)現(xiàn)上述這些目標(biāo)。

匹配的前處理

在涉及復(fù)合材料設(shè)計(jì)時(shí)，特別是碳纖維增強(qiáng)塑料（Carbon-fibre Reinforced Plastics, CFRP）與金屬部件的組合使用，仍然非常具有挑戰(zhàn)性的。一方面，許多中間工序如研磨和填塞等仍被需要，以便能生成A級(jí)表面。另一方面，需要避免在碳纖維增強(qiáng)塑料部件的邊緣出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕，如果自由的碳纖維接觸到金屬部件的話，則在處理過程后會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。各種應(yīng)對這些問題的項(xiàng)目正在進(jìn)展中，目的主要是開發(fā)一個(gè)適當(dāng)?shù)倪吘壏忾]工藝。

對于溫度敏感的輕質(zhì)材料，如塑料和復(fù)合材料，陰極浸漆后的高溫烘干溫度范圍從100~200°C，這也會(huì)帶來問題。涂漆供應(yīng)商正努力尋找解決這個(gè)問題的辦法，使得較低的烘干溫度也能滿足要求。然而，還必須要保證其它的工序如粘合劑、封閉劑、烘干硬化合金的固化等也能在這些較低溫度下可靠地實(shí)施。陰極浸漆工藝的質(zhì)量檢查是很耗時(shí)的，仍然是通過破壞性方法進(jìn)行的，借助于適合的模擬技術(shù)可以減少檢查或者完全取代檢查。

傳統(tǒng)使用的具有下游滯留水烘干機(jī)的動(dòng)力清洗系統(tǒng)，對于由塑料及碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）制成的部件的前處理，在很大程度上被二氧化碳雪噴射、等離子工藝、蒸汽清洗等替代技術(shù)所取代。除了大幅度降低成本、空間要求及能耗外，這個(gè)趨勢的原因還包括能夠方便地將這些替代技術(shù)結(jié)合到網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境中并加以控制。



汽車車身通過無滑道的傳送，節(jié)約了能源，提高了涂漆工藝的靈活性。

高效涂漆工藝

不含填充劑的涂漆并不是完全新的，但卻仍是非常相關(guān)的。對這種所謂的一體化概念而言，填充涂料的功能通常是利用水性涂漆系統(tǒng)來完成的。根據(jù)這種無填充劑的工藝所能達(dá)到的外觀、色度、質(zhì)量等級(jí)的不同，具有填充劑、底漆和面漆的常規(guī)工藝，是沒有中間干燥工序的濕-濕涂漆應(yīng)用的更有效的替代技術(shù)。

說到外觀，目前的趨勢正朝著多顏色及個(gè)性化涂漆方向發(fā)展。目標(biāo)是能夠在不需要掩膜的情況下涂覆，大大降低所需要的時(shí)間和人工。在航天工業(yè)的尾冀涂覆中已開始實(shí)施了無掩膜的涂覆，通過采用單獨(dú)的漆滴，既增加了裝飾但又沒有過噴漆。噴膜是另一種方法，施用時(shí)具有銳邊，然后可以再方便地撕下來。

一種新型不帶滑道的傳送帶系統(tǒng)把汽車車身在整個(gè)涂漆車間內(nèi)運(yùn)輸，可以降低能源成本，因?yàn)椴辉傩枰鸦兰訙厝缓笤倮鋮s的過程了。此外，這還增加了涂漆過程的靈活性，因?yàn)檫\(yùn)送的速度可以與相應(yīng)的工序相適應(yīng)。以這種方式可以靈活地設(shè)定和優(yōu)化周期時(shí)間和生產(chǎn)率。

汽車內(nèi)部的裝飾性和功能性部件以及裝飾模件，如與車身貼近的柱狀裝飾件，通常都是利用塑料注模進(jìn)行制造的。這些部件的表面在光感和觸感及耐久性方面都有非常高的單獨(dú)的要求。借助于基于RIM幕簾涂覆工藝的先進(jìn)方案可以滿足這些要求。在塑料件成型或模內(nèi)裝飾工藝過程中將兩種涂漆組分注射到注塑模中。如果把顏色作為第三種組分添加的話，三組分混合頭可以將三組分直接注射到工件上，因此顏色的更換與噴涂工藝一樣快速而便捷。因而，被涂覆的工件通過一次進(jìn)料過程就完成了制造。

對于汽車塑料內(nèi)飾件的常規(guī)噴涂的情況，單層涂漆系統(tǒng)可減少工序步驟，因而提高了生產(chǎn)率，同時(shí)還節(jié)約了時(shí)間、降低了材料消耗。對于精細(xì)木質(zhì)裝飾件也有新開發(fā)的涂漆系統(tǒng)，既能節(jié)省大量的時(shí)間，也能使用人工或自動(dòng)化的噴涂工藝提高生產(chǎn)率。



制造商正利用各種優(yōu)化方案，為了進(jìn)一步提高噴霧器的涂漆效率，例如可調(diào)節(jié)噴射寬度，更改空氣控制裝置和回轉(zhuǎn)帶。

高效噴涂技術(shù)

就涂覆而言，目標(biāo)是能夠進(jìn)行涂覆而又沒有過噴或過噴量極少的工藝。直到這種解決方案真正落實(shí)之前，最優(yōu)選方案是提高涂覆效率。各家公司都為此采用了各種優(yōu)化潛力，例如，改進(jìn)空氣控制裝置及回轉(zhuǎn)帶及噴射漆調(diào)節(jié)能力。由于有了這些靈活性，水性漆的噴霧器就可用于噴涂汽車內(nèi)部和外部的各種塑料部件以及組合區(qū)域。噴霧器的緊湊尺寸使其便于操作，甚至可用在幾何形狀復(fù)雜的區(qū)域。此外，這些新型噴霧器獨(dú)特之處還在于其堅(jiān)固的高電壓技術(shù)和最少的污染，因而降低了清潔成本。就噴涂系統(tǒng)的清潔而言，一種新型不含VOC（揮化性有機(jī)化合物）的漂洗技術(shù)可以支持快速的顏色及涂漆系統(tǒng)更換，因而提高了涂漆工藝的靈活性和生產(chǎn)率。

一個(gè)明確的趨勢是過噴漆的清洗系統(tǒng)。以這種方式涂漆室的空氣在很大程度上被循環(huán)利用。此外，濕式清洗系統(tǒng)所需要的空氣除濕則被取消了，為此可節(jié)約大量的能源。



在自編程涂漆室的情況中，漆滴的軌跡是利用多個(gè)物理涂漆模型通過計(jì)算得到的—圖中以Volvo V 60 車身為例。

烘干器的創(chuàng)新技術(shù)

新型烘干器也能為汽車車身噴涂操作節(jié)約大量的能源和空間。例如，已建造的一座烘爐，其中燃燒器和風(fēng)機(jī)已裝入到烘干機(jī)通道的側(cè)板上，不僅使結(jié)構(gòu)更緊湊、更節(jié)約空間，而且還減少了空氣流量損失。通過使用旋轉(zhuǎn)噴嘴，溫度和空氣流量可理想地與各種汽車車身類型和區(qū)域相匹配。例如，對于電動(dòng)汽車的情況，這保證了材料厚度較高的車門檻板被加熱到所需要溫度的程度與基材上材料厚度較小的區(qū)域被加熱的程度是相同的。這種新型烘干器的一個(gè)附加特性是依賴于負(fù)載的操作，有助降低操作成本。

汽車車身涂層厚度的檢查，現(xiàn)在較多使用的仍然是通過生產(chǎn)工人的目測，這會(huì)導(dǎo)致疲勞，因而是一個(gè)誤差源。新的解決方案，例如配備有節(jié)能LED技術(shù)的光通道，汽車車身在光通道中被均勻地照射，在很大程度上沒有眩光，使工作站具有人體工程學(xué)，減少誤差量。與此同時(shí)，也可以自動(dòng)地獲取檢查數(shù)據(jù)，并傳遞到生產(chǎn)控制中。



除了大幅度節(jié)約能源、占地面積和制造成本外，新型烘干機(jī)還把加熱功能結(jié)合到烘干機(jī)通道和旋轉(zhuǎn)噴嘴里，能夠按照實(shí)際的要求來加熱各種汽車車身類型和區(qū)域。

噴涂車間4.0和機(jī)器學(xué)習(xí)

監(jiān)控生產(chǎn)過程的高性能制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System, MES）是高效制造的關(guān)鍵。把通過傳感器從涂漆車間的各個(gè)區(qū)域獲取的數(shù)據(jù)匯總起來，可以更有效地設(shè)定涂漆工藝。如果對與系統(tǒng)條件、工藝過程及產(chǎn)品相關(guān)的必要數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并相互關(guān)聯(lián)，則通過基于知識(shí)的算法能給系統(tǒng)帶來智能化和自調(diào)節(jié)的功能。對于涂漆車間內(nèi)的各種功能已經(jīng)開發(fā)了相對應(yīng)的解決方案，例如，涂漆烘干機(jī)的空氣管理及預(yù)防維護(hù)。

用于涂覆制造批量為1的產(chǎn)品的自編程涂漆室已不再是幻想。在項(xiàng)目研發(fā)過程中開發(fā)了一種自動(dòng)涂漆工藝，包含五個(gè)工序。首先，被涂工件經(jīng)過三維掃描，并在掃描數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成流體動(dòng)力學(xué)模型。涂漆液滴的軌跡被生成，并為所需要的涂膜厚度確定出理想的涂漆和空氣量。第三步，該系統(tǒng)基于這些數(shù)據(jù)為涂漆工藝規(guī)劃出最佳機(jī)器人路徑。第四步就是實(shí)際的涂漆過程，最后一步，通過太赫茲技術(shù)（TerahertzTechnology）進(jìn)行質(zhì)量檢查。（《國際表面處理》雜志）