L'obtention d'une finition automobile à haut brillant et haute intégrité dépend fortement de la qualité du séchage du revêtement entre les différentes couches. Un temps de durcissement est nécessaire pour le séchage et pour que les réactions chimiques se produisent avant l'application de la couche de revêtement suivante. Le rayonnement infrarouge (IR) catalytique au gaz est de plus en plus souvent utilisé comme source de chaleur pour le séchage, mais le séchage n'est maximal que dans les zones en visibilité directe du faisceau infrarouge. U.S. Autocure, spécialiste du revêtement et de l'automatisation basé en Arizona (États-Unis), a mis au point un système automatique qui répartit uniformément les rayons infrarouges sur les surfaces profilées des véhicules, mais a dû pour cela relever un défi de taille : comment déplacer de lourds volets et rampes métalliques de manière fluide, silencieuse et conformément aux règles de sécurité contraignantes applicables aux cabines de peinture ?
Une révolution dans le séchage infrarouge
Après pulvérisation de l'apprêt, de la couche de base ou du vernis, la plupart des opérations de revêtement automobile sèchent chaque couche en chauffant l'air à l'intérieur de la cabine de peinture, ce qui peut prendre plus de 30 minutes par couche, et en envoyant le subjectile vers l'opération suivante avec un séchage de seulement 60 %. C'est en général suffisant pour pulvériser une deuxième couche, mais pas idéal. Toutefois, un nombre croissant d'ateliers de carrosserie chauffent directement les revêtements avec des ondes IR au lieu de chauffer la cabine complète. Cette nouvelle méthode peut réduire le temps de revêtement, mais présente un inconvénient majeur.
Étant donné que la plupart des lampes de chauffage IR sont fixes et que les rayons infrarouges chauffent principalement les surfaces en visibilité directe, le chauffage des surfaces profilées des carrosseries est irrégulier. Les lampes à infrarouges portables offrent plus de flexibilité, mais exigent plus de temps de la part des techniciens et de positionnement manuel, ce qui peut compromettre l'uniformité.
Le système de séchage Phoenix 1000 d'U.S. Autocure résout ce problème avec un cadre portique mobile qui automatise le mouvement des lampes IR sur 13 axes de mouvement afin d'obtenir un séchage homogène de la totalité du véhicule, dont le sommet des portières, les bas de caisse, le dessus et le dessous des pièces indépendantes et les pare-chocs.
« Notre cadre se monte dans la cabine de peinture d'un atelier de carrosserie automobile. Il se déplace sur deux pistes au sol », explique Mark Abel, ingénieur chez U.S. Autocure. « Alors que le système balaie d'avant en arrière, une rampe contenant des lampes IR monte et descend pour suivre la hauteur du véhicule. Simultanément, des volets abritant des chauffages de part et d'autre du cadre se déplient et se replient dans un ordre préprogrammé pour suivre les contours du véhicule. Ceci permet d'utiliser une option de fonctionnement automatique dans laquelle des caméras de chaque côté montent et descendent elles aussi pour détecter la largeur et la hauteur du véhicule et envoient des données de positionnement aux commandes. »
Le Phoenix 1000 d'U.S. Autocure est un système de séchage numérisé robotisé entièrement automatique qui utilise l'intelligence artificielle (IA) pour optimiser le séchage des revêtements automobiles.
Vaincre le bruit
Avec une pléthore de pièces en mouvement, une difficulté majeure a été de faire en sorte que le système Phoenix 1000 fonctionne en silence et avec le moins de vibrations possible.
« Les logements dans le rideau et les volets sont en tôle et peuvent donc émettre des vibrations et du bruit en se déplaçant », explique Abel. « Le rideau transporte trois chauffages et les volets, trois, avec divers moteurs, câblages, robinetteries de gaz, etc. En se déplaçant, une structure lourde comme celle-ci vibre, ce qui peut endommager des composants électriques, les chauffages et capteurs. La longévité des pièces est une préoccupation majeure. »
Pour y répondre, les ingénieurs d'U.S. Autocure ont testé plusieurs produits de mouvement, dont des arbres de vis et des vis à billes à découvert, mais tous les systèmes testés causaient trop de vibrations, ne se déplaçaient pas assez vite, étaient incapables de supporter le poids ou présentaient d'autres inconvénients, jusqu'à ce que leur distributeur de produits d'automatisation propose les systèmes de mouvement linéaire de Thomson Industries.
« Tous les systèmes envisagés avant Thomson nécessitaient un contact métal sur métal », explique Mickey Meyer, associé gérant d'U.S. Autocure. « C'était un problème non seulement pour le bruit, les vibrations et l'usure, mais aussi du point de vue de la sécurité. Nous sommes dans un environnement zone 2 ATEX et toute friction susceptible de produire une étincelle peut enflammer les vapeurs de peinture pulvérisées. Avec les unités linéaires Thomson, nous avons pu utiliser des écrous en plastique, ce qui a aussi contribué à réduire l'usure et la consommation d'énergie. »
Le déploiement d'unités linéaires Thomson Movopart MG-K a permis à U.S. Autocure d'obtenir un mouvement fluide et silencieux des lampes chauffantes IR au-dessus et sur les côtés pour suivre le contour des surfaces des véhicules.
Abel explique que la réputation de fiabilité de Thomson a contribué au choix, ainsi que le fait que le coût était inférieur à celui d'autres systèmes de mouvement linéaire de mêmes catégorie et dimensions. La possibilité de personnalisation était aussi un facteur. Les ingénieurs d'application de Thomson ont travaillé en étroite collaboration avec l'équipe d'U.S. Autocure pour modifier le nombre de dents d'engrenages du produit afin d'obtenir le profil de vitesse optimal recherché.
« Si le faisceau se déplace trop lentement, il peut brûler la finition », explique Abel. « S'il va trop vite, les réactions chimiques ne s'effectuent pas. Nous devions nous adapter pour trouver le point idéal pour chaque combinaison de revêtements d'un véhicule. Une application irrégulière peut également se traduire par une adhérence et des manques dans le revêtement. »
Assurer le séchage
U.S. Autocure a utilisé trois tailles différentes du système de mouvement linéaire Thomson Movopart® MG-K. Le système Movopart utilise un entraîneur de vis à billes et une selle qui se déplace le long du sommet de l'unité. Une bande de couverture s'étend d'un bout à l'autre de l'unité pour protéger la vis et le guide des contaminants et éliminer le besoin de régler la tension en fonction de l'usure.
Les unités Movopart sont reliées aux moteurs pas à pas du système via les kits adaptateurs de montage de moteur Thomson RediMount™, qui sont des composants modulaires permettant une installation aisée en quelques minutes.
« La technologie de montage rapide Thomson nous aide à procéder de manière modulaire », ajoute Abel. « Nous assemblons les machines dans notre atelier, puis nous retirons les volets et rideaux, nous les plaçons dans la remorque avec les rails et les livrons au client. Nous remontons le tout sur place après avoir installé les rails. Il suffit d'assembler six éléments. »
Deux systèmes de mouvement linéaire Thomson M100 en position verticale déplacent vers le haut et le bas la rampe transportant les chauffages supérieurs tandis que le système se déplace d'avant en arrière. Deux unités Thomson MG07 sont montées à l'horizontale pour diriger le mouvement des volets pour incliner les lampes afin d'assurer une couverture maximale et d'éviter les composants saillants tels que les rétroviseurs. Deux unités Thomson M100 supplémentaires sont montées à la verticale pour contrôler le mouvement ascendant et descendant des caméras afin de surveiller les dimensions du véhicule et d'envoyer des données de positionnement aux composants de contrôle du mouvement.
La combinaison de systèmes de mouvement linéaire positionne les 10 lampes chauffantes de manière à couvrir complètement le toit, les flancs et l'arrière du véhicule. Une fois le cycle de séchage terminé, toutes les parties du véhicule ont bénéficié d'une exposition identique, ce qui contribue à créer une finition uniforme, sans points de brûlure, adhérences ou manques.
Les systèmes de mouvement linéaire Thomson Movopart convertissent la puissance des moteurs pas à pas en mouvement ascendant et descendant programmable permettant aux lampes chauffantes IR de maintenir la bonne distance au-dessus du véhicule.
Gestion des informations de revêtement
À la base du mouvement se trouvent des routines préprogrammées exécutées par des automates programmables connectés à des servomoteurs qui entraînent les systèmes de mouvement linéaire Thomson. Il s'agit de routines de revêtement enregistrées pour les différents matériaux utilisés dans le processus, ainsi que pour les modifications associées à chaque véhicule. Une station météorologique connectée au système permet d'adapter les distances de chauffage en fonction des paramètres de température et d'humidité du fabricant enregistrés pour les différentes recettes de revêtements. Les peintres peuvent aussi stocker et récupérer des routines personnelles.
Les opérateurs interagissent avec le système par le biais d'une interface homme-machine sur le panneau principal et d'une tablette. Ils commandent les mouvements immédiats du système à l'aide de flèches vers le haut et le bas sur un écran tactile, en contrôlant les paramètres d'analyse. Les images de la caméra leur permettent de voir la position exacte du véhicule dans la cabine.
Les unités linéaires Thomson montées à l'arrière du volet supérieur permettent aux opérateurs de positionner la lampe chauffante de manière optimale par rapport au passage de roue profilé du véhicule.
Séchage automatique de tous les revêtements
Grâce au système Phoenix 1000, des applications de séchage automobiles qui auraient pris 30 minutes avec les méthodes traditionnelles peuvent souvent être réalisées en seulement 10 minutes tout en offrant une qualité supérieure. Cette solution permet d'étendre les capacités de l'installation, sans occuper plus d'espace au sol, et se rentabilise en seulement 9 à 12 mois.
Les systèmes U.S. Autocure actuellement installés ont prouvé leur efficacité dans les ateliers de carrosserie. Aujourd'hui, l'entreprise créée voici seulement cinq ans poursuit sa croissance aux États-Unis, en développant des modèles pour les installations de production automobile et en menant des recherches sur la technologie des matériaux. Elle a aussi attiré l'attention de l'industrie lourde et conçu deux nouvelles machines pour des applications d'usine et de chaîne de montage.
Le fonctionnement fiable, fluide et silencieux des unités Thomson Movopart leur a valu de devenir les produits de mouvement linéaire par défaut d'U.S. Autocure. Les produits Thomson continueront probablement d'accompagner l'entreprise dans son expansion.