Una finitura completa e brillante in campo automotive dipende notevolmente dalla corretta polimerizzazione dei rivestimenti tra i vari strati. Il tempo di polimerizzazione è necessario per l'essiccamento e il completamento delle reazioni chimiche prima dell'applicazione dello strato successivo. Le radiazioni infrarosse (IR) catalitiche a gas rappresentano la fonte di calore preferita per la polimerizzazione, ma il livello massimo di polimerizzazione è limitato alle aree direttamente sulla linea visiva del fascio IR. U.S. Autocure, azienda con sede in Arizona specializzata nel rivestimento e nell'automazione, ha sviluppato un sistema automatizzato che eroga fasci IR in modo uniforme su superfici contornate di automobili, ma si è trovata di fronte a una sfida notevole: spostare pesanti bracci e saracinesche in metallo in modo fluido e silenzioso e in conformità con le rigorose norme di sicurezza in materia di cabine di verniciatura.
Una rivoluzione nella polimerizzazione IR
Dopo l'applicazione del primer, della vernice o dello strato trasparente, nella maggior parte dei casi si procede alla polimerizzazione di ciascun strato riscaldando l'aria all'interno della cabina di verniciatura, un'operazione che può richiedere oltre 30 minuti per ogni strato e che si conclude con il passaggio alla fase successivo con una percentuale di polimerizzazione solo del 60%. Si tratta di una polimerizzazione sufficiente all'applicazione di un secondo strato, ma comunque non ideale. Tuttavia, un numero sempre maggiore di carrozzerie ha iniziato a riscaldare direttamente i vari rivestimenti con onde IR invece di riscaldare l'intera cabina di verniciatura. Questo nuovo metodo riduce il tempo di rivestimento ma ha un inconveniente non trascurabile.
Dal momento che la maggior parte delle lampade riscaldanti a infrarossi è ancorata in posizione fissa e i fasci IR riscaldano principalmente quello che si trova nella linea visiva diretta, il riscaldamento di superfici contornate risulta poco uniforme. Con le lampade IR portatili si ha una maggiore flessibilità ma occorre ai tecnici più tempo e posizionamento manuale, con conseguente compromissione dell'uniformità.
Il sistema di polimerizzazione Phoenix 1000 di U.S. Autocure, tuttavia, risolve questo problema con una struttura mobile a portale che automatizza lo spostamento delle lampade riscaldanti a infrarossi attraverso 13 assi di movimento per ottimizzare la polimerizzazione uniforme dell'intero veicolo, inclusa la parte superiore delle porte, il fondo di carrozzeria, la parte superiore e inferiore di pezzi sfusi e i paraurti.
“La nostra struttura si integra perfettamente nella cabina di verniciatura delle carrozzerie e scorre su due binari presenti sul pavimento”, spiega Mark Abel, tecnico U.S. Autocure. “Un braccio contenente le lampade IR scansiona la superficie da davanti a dietro, muovendosi in alto e in basso e adattandosi alle variazioni di altezza del veicolo. Allo stesso tempo le saracinesche che alloggiano i riscaldatori su ciascun lato della struttura si aprono e si chiudono in una sequenza preprogrammata per impostare i contorni secondo necessità. Questo permette di abilitare la modalità automatica, in cui telecamere su ogni lato si spostano in alto e in basso rilevando la larghezza e l'altezza del veicolo e inviando i dati di posizionamento ai comandi”.
Il sistema di polimerizzazione Phoenix 1000 di U.S. Autocure è un sistema robotico digitale completamente automatico che sfrutta l'intelligenza artificiale (AI) per ottimizzare la polimerizzazione degli strati di rivestimento degli autoveicoli.
Oltre il rumore
L'enorme numero di parti in movimento ha reso difficile mantenere gli spostamenti del sistema Phoenix 1000 silenziosi e a basso tassi di vibrazioni.
“Gli alloggiamenti della tenda e delle saracinesche sono in lamiera, con conseguente possibilità di vibrazioni e rumore durante gli spostamenti”, spiega Abel. “La tenda contiene quattro riscaldatori e le saracinesche ne alloggiano tre, oltre a vari motori, cablaggi e tubazioni del gas e dell'acqua. Durante gli spostamenti, questa pesante struttura vibra e può danneggiare i componenti elettrici, i riscaldatori e i sensori. La durata delle varie parti è un aspetto fondamentale”.
Per risolvere questo inconveniente, i tecnici U.S. Autocure hanno testato vari prodotti di motion, tra cui alberi a vite e viti con ricircolo di sfere esposte, ma qualsiasi tentativo causava vibrazioni eccessive, gli spostamenti non erano sufficientemente rapidi, il peso non veniva supportato o si verificavano altri problemi, finché il loro distributore di sistemi di automazione non ha proposto i sistemi di movimento lineare di Thomson Industries.
“Tutte le soluzioni analizzate prima di Thomson prevedevano un contatto metallo su metallo”, racconta Mickey Meyer, socio dirigente U.S. Autocure. “Un bel problema, non solo a livello di rumore, vibrazione e usura, ma anche dal punto di vista della sicurezza. Siamo in un ambiente di classe 1 divisione 2 e qualsiasi attrito che potrebbe causare scintille potrebbe incendiare i vapori nebulizzati provenienti dalle vernici. Le unità lineari Thomson ci hanno permesso di utilizzare chiocciole in plastica, riducendo l'usura e il consumo di energia”.
L'adozione delle unità lineari Movopart MG-K di Thomson ha permesso a U.S. Autocure di ottenere un movimento fluido e silenzioso per le lampade riscaldanti a infrarossi aeree e laterali, adattandole alle superfici contornate degli autoveicoli.
Abel afferma che è stata la reputazione di affidabilità legata a Thomson che ha contribuito a spingerli verso questa scelta, oltre al fatto che il costo era inferiore rispetto ad altri sistemi di movimento lineare della stessa classe e dimensione. Anche la possibilità di personalizzazione ha rappresentato un fattore importante. I tecnici Thomson addetti alle applicazioni hanno collaborato da vicino con il team di U.S. Autocure per modificare il numero di ingranaggi dentati per ottenere il profilo di velocità ottimale ricercato.
“Se il fascio è troppo lento, la vernice potrebbe bruciarsi”, spiega Abel. “Se è troppo veloce, le reazioni chimiche semplicemente non avvengono. Dovevamo trovare il giusto equilibrio per ogni combinazione di rivestimento. Un'applicazione non uniforme può anche causare punti appiccicosi o non rivestiti”.
La giusta polimerizzazione
U.S. Autocure ha implementato tre diverse misure dei sistemi di movimento lineare Movopart® MG-K di Thomson. I sistemi Movopart utilizzano un azionamento a vite con ricircolo di sfere e una slitta che scorre sulla parte superiore dell'unità. Un nastro di copertura si estende sull'unità per proteggere la vite e la guida da contaminanti ed eliminare la necessità di regolare la tensione man mano che aumenta l'usura.
Le unità Movopart vengono fissate ai motori passo-passo del sistema attraverso i kit di adattamento e montaggio RediMount™, componenti modulari che permettono un'installazione senza problemi in pochi minuti.
“La tecnologia di montaggio rapido di Thomson ci ha aiutato grazie alla sua modularità”, sottolinea Abel. “Assembliamo le macchine nella nostra officina, quindi rimuoviamo saracinesche e tende e mettiamo tutto sul rimorchio con le rotaie per la consegna al cliente. Riassembliamo il tutto dopo aver installato le rotaie. Alla fine si tratta in tutto di sei pezzi da spostare”.
Due sistemi di movimento lineare M100 di Thomson spostano il braccio con i riscaldatori aerei in alto e in basso man mano che il sistema si sposta da davanti a dietro. Due unità MG07 di Thomson sono montate orizzontalmente per dirigere il movimento delle saracinesche nell'inclinazione delle lampade per la massima copertura e per evitare componenti sporgenti quali specchietti. Due ulteriori unità M100 di Thomson sono montate verticalmente per controllare il movimento in alto e in basso delle telecamere per il monitoraggio delle dimensioni del veicolo e inviare i dati di posizionamento ai componenti di motion control.
La combinazione di sistemi di movimento lineare posiziona i 10 riscaldatori per garantire una copertura completa su tetto, lati e retro del veicolo. Una volta terminata la polimerizzazione, tutte le parti hanno subito un analogo trattamento e si ottiene una finitura uniforme senza punti bruciati, appiccicosi o non rivestiti.
I sistemi di movimento lineare Movopart di Thomson trasformano la potenza dei motori passo-passo in un movimento in alto e in basso programmabile per permettere alle lampade riscaldanti IR di mantenere la giusta distanza sulla parte superiore del veicolo.
Gestione delle informazioni di rivestimento
Alla base del movimento vi sono routine preprogrammate eseguite da PLC connessi ai servomotori che alimentano i sistemi di movimento lineare di Thomson. Si tratta di routine di rivestimento memorizzate per i vari materiali usati nel processo, nonché per le eventuali modifiche relative a ciascun veicolo. È connessa anche una stazione meteorologica che regola le distanze di riscaldamento sulla base di parametri di temperatura e umidità memorizzati dal costruttore per le varie formulazioni di rivestimento. I singoli addetti alla verniciatura possono inoltre memorizzare e recuperare routine personalizzate.
Gli operatori interagiscono con il sistema attraverso una HMI sul pannello principale e un tablet. Controllano i movimenti immediati del sistema con frecce su/giù su un touchscreen e modificano i parametri di scansione. Le immagini dalla telecamera mostrano loro esattamente dove si trova il veicolo all'interno della cabina.
Le unità lineari Thomson montate nel retro della saracinesca superiore consentono agli operatori di posizionare la lampada riscaldante in modo ottimale rispetto al vano ruota contornato del veicolo.
La soluzione ideale per il rivestimento
Con il Phoenix 1000 applicazioni di polimerizzazione in ambito automobilistico che avrebbero richiesto 30 minuti con i metodi convenzionali possono essere svolte di norma con una qualità superiore in soli 10 minuti. Questo vantaggio permette di espandere la capacità dell'impianto senza aggiungere spazio per le cabine di verniciatura e con un tempo di recupero di soli 9-12 mesi.
I sistemi U.S. Autocure attualmente installati hanno ampiamente dimostrato il proprio valore nelle officine. Dopo soli cinque anni di attività l'azienda si sta espandendo negli Stati Uniti, sviluppando modelli per strutture produttive automatizzate e conducendo ricerche a livello di tecnologia dei materiali. Sta anche attirando l'attenzione dell'industria pesante e ha progettato due nuove macchine per applicazioni in fabbrica e su linee di assemblaggio.
Le prestazioni di affidabilità, fluidità e silenziosità delle unità Movopart hanno reso Thomson il fornitore privilegiato di movimento lineare per U.S. Autocure. I prodotti Thomson li seguiranno da vicino nella loro crescita.