LABORATORY SCALE REPRODUCIBLE PAINTING Verniciatura

© Lactec
LABORATORY SCALE REPRODUCIBLE PAINTING
Verniciatura riproducibile su scala di laboratorio
Dr. Felix Brinckmann
[email protected]
Rainer Prauser
[email protected]
Lactec,
Rodgau, Germany
Opening Picture:
General view of the
LabPainter.
Foto d’apertura:
vista generale di
LabPainter.
F
or the successful development of new painting
materials the reconstruction of realistic application
conditions within the individual development steps is
absolutely essential. This enables the coating results,
such as gloss level, colour tone, layer thickness or surface
contour in series production, to be taken into account
early in the development process. However, for such
successful development of paint recipes it is essential to
be able to maintain reproducible application conditions.
This applies not only with respect to the directly adjusted
painting parameters such as paint feed quantity,
atomising air, rotational speed, high-voltage variables
etc. Indirect factors such as air settling rate in the booth,
air temperature and air humidity as well as the painting
program used and the application machine also have an
influence on the painting results.
Thus in 1998 the first LabPainter was designed and has
been continuously developed since. In the meantime there
is the fourth generation of LabPainter available: Series QC
703. The latest development stage is the 2K system with
the modified colour changer and adapted booth.
The objective of the machines is to guarantee
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P
er sviluppare con successo nuovi prodotti vernicianti, è essenziale ricreare le condizioni applicative reali all’interno di ogni singola fase di sviluppo. Ciò consente
che i risultati della verniciatura nella produzione di serie,
come il livello di brillantezza, la tonalità del colore, lo spessore del film o il contorno della superficie, possono essere
presi in considerazione in anticipo nel processo di sviluppo.
Tuttavia, per sviluppare con successo le ricette delle vernici
è essenziale essere in grado di mantenere condizioni di applicazione riproducibili. Questo vale non solo per i parametri
di verniciatura regolati direttamente, come quantità di vernice alimentata, aria di atomizzazione, velocità di rotazione,
variabili dell’alta tensione, ecc. I fattori indiretti, come tasso
di sedimentazione dell’aria in cabina, temperatura e umidità
dell’aria, oltre al programma di verniciatura e l’apparecchiatura di applicazione utilizzati, hanno anch’essi un’influenza
sulla qualità del rivestimento.
Perciò, nel 1998 è stato progettato il primo LabPainter e, da
allora, è stato continuamente sviluppato fino ad arrivare alla
quarta generazione disponibile: la Serie QC 703. L’ultima fase di sviluppo è il sistema 2K con il cambio colore modificato
e la cabina adattata. L’obiettivo dell’apparecchiatura è garan-
INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE
tire condizioni applicative riproducibili su scala di laboratorio.
Questo consente ai produttori di vernici e ai loro utilizzatori
di controllare le vernici prodotte o utilizzate in condizioni di
applicazione costanti. Oltre alla fase di sviluppo della vernice,
infatti, quest’aspetto è particolarmente rilevante per i lotti di
vernici utilizzati nel processo produttivo.
Machine concept
Concept della macchina
For the actual paint atomisation a great variety of
different atomisers can be used, depending on the
customer’s wishes. Thus in the past rotational atomisers
from ABB, Dürr, Sames and of course LacTec’s own
atomisers were adapted for use in the LabPainter.
As pneumatic atomisers the automatic guns from
DeVilbiss were used in majority.
The flexible application of different atomisers in
LabPainter is enabled using a quick-change system.
One or two atomisers can be attached simultaneously
to each LabPainter. A swivelling mechanism allows the
atomiser required to be turned towards the substrate
holder and the test panel
fastened to it.
The LabPainter can carry out
movements within a Cartesian
coordinate system by means of
driven linear axes (Fig. 1).
In doing so the atomiser remains
at a fixed location in space during
the painting. The panel is driven
past the atomiser
(= Feed axis, X) and thus painted.
By lowering the atomiser whilst
simultaneously raising the feed
axis a second Cartesian axis of
movement is implemented (=
Lift axis, Y). Furthermore, there is
an option to adjust the painting
distance (= Application axis,
Z). This arrangement of axes
enables the LabPainter to carry
out complex movement programs in the tightest of spaces.
The actual painting program is started via a PC user
interface on a separate control panel outside the painting
booth. Each painting program can comprise up to 30
spraying passes with freely selectable flash-off times.
The operator can select pre-configured movement
programs for each spraying pass, and can thus use the
types of painting shown in figure 2 (1-6). Further, types
can be combined with each another in sequences.
Per l’atomizzazione effettiva della vernice si possono utilizzare una grande varietà di atomizzatori, secondo le esigenze del cliente. Per questo in passato sono stati adattati per
l’utilizzo nel LabPainter gli atomizzatori rotanti di ABB, Dürr,
Sames e, naturalmente, gli atomizzatori LacTec, mentre come atomizzatori pneumatici sono stati usati per lo più le pistole automatiche DeVilbiss. La flessibilità del LabPainter
in materia di atomizzatori utilizzabili ha permesso di implementare un sistema di cambio rapido. Uno o due atomizzatori possono essere attaccati simultaneamente a ogni
LabPainter. Un meccanismo girevole consente all’atomizzatore richiesto di rivolgersi verso il supporto che sostiene il
pannello di prova.
Il LabPainter può effettuare movimenti all’interno di un sistema di
coordinate cartesiane per mezzo
di assi lineari guidati (fig. 1). Così facendo l’atomizzatore rimane in una
posizione fissa nello spazio durante la verniciatura. Il pannello è guidato oltre l’atomizzatore (= asse di
avanzamento, X) e quindi verniciato. Abbassando l’atomizzatore e alzando contemporaneamente l’asse
di avanzamento, viene implementato un secondo asse cartesiano di
movimento (= asse di sollevamento, Y). Inoltre, vi è la possibilità di
regolare la distanza di verniciatura
(= asse di applicazione, Z). Questa
1
disposizione degli assi permette a
LabPainter di realizzare programmi
di movimento complessi anche negli spazi più angusti.
L’attuale programma di verniciatura viene avviato dall’utente tramite un’interfaccia PC su un pannello di controllo separato, al di fuori della cabina di verniciatura. Ogni programma di rivestimento può comprendere fino a 30 passaggi di
spruzzatura, con tempi di flash-off liberamente selezionabili. L’operatore può selezionare i programmi preconfigurati di
movimento per ogni passaggio di spruzzatura, e può quindi
utilizzare tutti i tipi di verniciatura mostrati in figura 2 (1-6).
© Lactec
reproducible application conditions on a laboratory scale.
This enables paint manufacturers and paint users to check
the painting materials produced or used under constant
application conditions. Alongside paint development,
this is also particularly relevant to batches of paint being
released into the production process.
1
LabPainter linear axes.
Assi lineari di LabPainter.
international PAINT&COATING magazine - JULY/AUGUST 2013 - N. 22
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Laboratory Scale Reproducible Painting
2
Schematic overview of the
types of painting carried
out by the LabPainter.
Schema dei tipi di
verniciatura effettuata
da LabPainter.
The “Static
spray pattern”
and “Dynamic
spray pattern”
(Figs 2.1 and
2.2) types
of painting
are used in
particular for
monitoring the
function of the
atomiser and
the design of
the painting
paths as well as
the evaluation
© Lactec
of the atomising
behaviour of the
painting materials.
The “Rectangular” is a frequently used type of painting,
whereby an even paint layer is applied to the panel
with constant application parameters (Fig. 2.3).
This type of painting is used for testing a multitude of
different characteristics such as colour tone, levelling,
film stability, gloss level, cloudiness (uneven colour
gradient), flop (alignment of the flakes in a special
effect paint), and many others.
The influence of the paint layer thickness is checked
with the development of wedges on the test panel.
The layer thickness can be achieved through the
variation of different parameters:
- Variation of the speed (fig. 2.4a)
(low speed = large layer thickness)
- Variation of the number of passes (Fig. 2.4b)
(many passes over the top of one another = large
layer thickness)
- Variation of the quantity of paint applied (Fig. 2.4c)
(large quantity of paint applied = large layer
thickness)
Furthermore, sawtooth patterns with arbitrary
tracking and paint strokes can be applied to the test
panel (Fig. 2.5). By combining several spraying passes,
unconventional motion sequences can also be realised,
as shown in figure 2.6.
Depending on the equipment on the machine, the
substrate on the LabPainter can be swivelled (Fig. 2.7).
This also enables double wedge panels, cross-painting
etc. to be implemented through the combination of the
painting types mentioned.
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Inoltre, questi tipi
possono essere
combinati tra loro in sequenze di
processo.
Le tipologie di
verniciatura come lo “schema di
spruzzatura statica” e lo “schema di spruzzatura dinamica”
(figure 2.1 e 2.2)
sono utilizzati in
particolare per
monitorare la
2
funzione dell’atomizzatore e il
design dei percorsi di verniciatura, nonché per valutare il comportamento di atomizzazione dei materiali di verniciatura.
La verniciatura “rettangolare”, nella quale si applica uno
strato di vernice uniforme al pannello con parametri di applicazione costanti (figura 2.3), viene usata di frequente.
Questo tipo di verniciatura è utilizzata per testare una moltitudine di caratteristiche diverse, tra le quali tonalità del
colore, distensione, stabilità del film, livello di brillantezza,
cloudiness (gradiente del colore non uniforme), flop (allineamento delle scaglie in una vernice a effetto speciale) e
molte altre.
Lo spessore dello strato di vernice si controlla con lo sviluppo di accumuli sul pannello di prova. Tale spessore può essere raggiunto attraverso la variazione di diversi parametri:
- Variazione della velocità (fig. 2.4a)
(bassa velocità = maggiore spessore dello strato)
-Variazione del numero di passaggi (fig. 2.4b)
(molti passaggi uno sopra l’altro = maggiore spessore dello
strato)
- Variazione della quantità di vernice applicata (fig. 2.4c)
(grande quantità di vernice applicata = maggiore spessore
dello strato)
Inoltre, si possono applicare schemi a zig zag con percorsi
arbitrari sul pannello di prova (fig. 2.5). Combinando diversi passaggi di spruzzatura, si possono realizzare anche sequenze di movimento non convenzionali, come illustrato
in figura 2.6. In base all’equipaggiamento della macchina,
su LabPainter si può orientare il substrato (fig. 2.7). Questo permette di ottenere pannelli con accumuli doppi, verniciature incrociate ecc., attraverso la combinazione dei diversi tipi di verniciatura menzionati.
INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE
Cambio colore 2K
Conventional pumps in various different sizes and
volumetric metering devices are utilised for the paint feed.
Both atomiser interfaces on the LabPainter are supplied
with up to three colours via a colour changer. For the 2K
LabPainter a newly developed linear colour changer is used
(Fig. 3).
2K systems represent the highest requirements for the
rinsing of lines and valves. The linear colour changer
can be rinsed out with only minor pressure loss due to
the optimised cross-sectional geometry. This is achieved
primarily through the use of compact needle valves,
which are constructed without valve cages, in contrast
to conventional valves. The optimised cross-sectional
geometry also has a direct influence
on the quantity of rinsing medium
used. As with the 1K LabPainter,
the 2K LabPainter also has two
rinsing medium tanks and a dump
container.
In order to increase the application
versatility of the 2K LabPainter,
the paint supply has an optional
2K mixing tube, which can be
integrated. This enables the 1K
atomiser to be operated with 2K
paints without having to pre-mix
the 2K paint before filling into the
paint supply. Furthermore the 2K
functionality of 2K atomisers can of
course be utilised. Here the mixing
tube is generally inside the atomiser.
The base material and hardener
are fed in the correct mix ratio from the LabPainter to the
atomiser via the colour changer.
Per l’alimentazione della vernice si utilizzano pompe convenzionali, di varie dimensioni, e dispositivi di misura volumetrici. Entrambe le interfacce dell’atomizzatore sul
LabPainter sono alimentate con un massimo di tre colori
tramite un cambio colore. Per il LabPainter 2K, viene utilizzato un cambio colore lineare di nuova concezione (Fig. 3).
I sistemi 2K pongono requisiti più elevati per il risciacquo
delle linee e delle valvole. Il cambio colore lineare può essere risciacquato con solo una minima perdita di pressione
grazie alla geometria ottimizzata della sezione trasversale.
Questo avviene principalmente attraverso l’uso di valvole di dosatura ad ago compatte, che rispetto alle valvole
tradizionali sono prive di gabbia. La geometria ottimizzata della sezione trasversale ha anche un’influenza diretta sulla quantità dell’agente di lavaggio. Come il
LabPainter 1K, anche il LabPainter 2K
ha due serbatoi per l’agente di lavaggio e un contenitore per lo scarico.
Per aumentare la versatilità di applicazione di LabPainter 2K, l’alimentazione della vernice può integrare un
tubo di miscelazione 2K opzionale.
Questo consente all’atomizzatore 1K
di operare con vernici 2K senza doverle pre-miscelare prima che vengano
inserite nell’alimentatore della vernice. Inoltre, si può utilizzare la funzionalità 2K degli atomizzatori bicomponenti. Qui il tubo di miscelazione si trova
3
generalmente all’interno dell’atomizzatore. Il materiale base e il catalizzatore sono alimentati con il rapporto di miscelazione corretto dal
LabPainter all’atomizzatore tramite il cambio colore.
Visualisation display and system control
Schermo di visualizzazione e sistema di controllo
Many parts of the user interface, or visualisation display,
correspond to the familiar user interface from the 1K system.
The 2K functionality of the LabPainter can be controlled via
the additional visualisation screens and valve schematics.
All system-specific parameters relevant to the painting
process are stored in the painting program. These can be
modified by the operator and can be stored in a storage
directory for various different applications. Upon starting a
painting program the system checks permanently whether
the painting parameters set are within the corresponding
tolerance windows. If this is not the case then the operator is
informed via messages on the visualisation display.
Molti elementi dell’interfaccia utente (o schermo di visualizzazione) corrispondono alla già familiare interfaccia dei sistemi 1K. La funzionalità 2K di LabPainter può essere controllata attraverso i display e i diagrammi delle valvole. Tutti i
parametri specifici del sistema importanti per il processo di
rivestimento, sono memorizzati nel programma di verniciatura. L’operatore può modificarli e salvarli in una directory
per diverse applicazioni. Prima di iniziare un programma di
verniciatura, il sistema controlla sempre se i parametri di
verniciatura impostati sono nei limiti di tolleranza corrispondenti. Se non è così, informa l’operatore attraverso dei messaggi sullo schermo.
© Lactec
2K colour changer
3
2K linear colour changer
on the LabPainter.
Scambio colore lineare 2K
sul LabPainter.
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Laboratory Scale Reproducible Painting
Safety
Sicurezza
The LabPainter safety devices are compliant with the
relevant standards. Thus the safety of the operator is
realised through key switches for releasing movement
axes and the high voltage, door switches, visual and
acoustic warning signals as well as instructions on
the visualisation display. Furthermore, the LabPainter
complies with the DIN EN 50176 standard and conforms
to the ATEX product directive 94/9/EC. A corresponding CE
declaration will be issue. The prerequisites for fulfilling the
DIN EN 12215 standard are likewise in place.
I dispositivi di sicurezza di LabPainter sono conformi agli
standard più importanti. La sicurezza per l’operatore é ottenuta attraverso interruttori per controllare il movimento
degli assi e l’alta tensione, interruttori per le porte, segnali
di allarme visivi e acustici oltre a istruzioni sullo schermo.
Inoltre, LabPainter è conforme allo standard DIN EN 50176
e alla direttiva di prodotto ATEX 94/9/EC. Sarà emessa anche una dichiarazione di conformità corrispondente CE. Similmente sono presenti anche i prerequisiti per la conformità con lo standard DIN EN 12215.
Painting booth
Cabina di verniciatura
In order to be able to manage reproducible painting
conditions, not only the application process is influential.
The environmental conditions in the painting booth also
have a significant influence on the painting results, such
as the colour tone for example. Alongside air temperature
and humidity the air flow also plays a significant role. For
this reason a painting booth, which enables near-linear
flow conditions in the area of the test panel in the form of
a low-turbulence displacement flow, can also be supplied
with the LabPainter (Ref. Opening Picture). In many areas
the painting booth complies with the requirements on a
clean room booth. This is guaranteed through the flow
guidance as well as suitable supply and extraction air
filters.
In the past the majority of LabPainters were supplied with
the painting booth due to the influence of the flow on the
paint results. Both paint manufacturers and paint users
are using the same, standardised LabPainter painting
booth throughout the world. This enables reproducible
painting with LabPainters at different sites regardless of
time and location.
Al fine di gestire condizioni di verniciatura riproducibili, non
è importante soltanto il processo di applicazione. Anche le
condizioni ambientali nella cabina di verniciatura influenzano significativamente i risultati di verniciatura, ad esempio la tonalità del colore. Insieme a temperatura e umidità, anche il flusso dell’aria riveste un ruolo importante.
Per questo motivo LabPainter può essere fornito con una
cabina di verniciatura che permette condizioni di flusso
quasi lineari nella zona del pannello di prova, grazie a un
flusso di evacuazione a bassa turbolenza (foto di apertura).
Sotto molti aspetti la cabina di verniciatura è conforme ai
requisiti di una camera bianca. Questa caratteristica è garantita dall’orientamento del flusso d’aria, da un’alimentazione adatta e dai filtri di estrazione dell’aria.
In passato, la maggior parte dei LabPainter era fornita insieme alla cabina di verniciatura a causa dell’influenza del flusso dell’aria sui risultati di verniciatura. Sia i produttori di vernice, sia gli utilizzatori in tutto il mondo utilizzano la stessa
cabina di verniciatura standardizzata per LabPainter. Questo
consente una verniciatura riproducibile con LabPainter in siti diversi, indipendentemente dal tempo e dal luogo.
Conclusion
Conclusione
With the LabPainter including painting booth it is possible
to work with flexible, reproducible painting conditions
at different locations throughout the world. Complex 2K
paint formulations can now be checked in near-linear
flow conditions and further developed due to the new 2K
functionality with an optimised colour changer. Personnel
who have already been trained to use the 1K LabPainter
can be quickly familiarised with the 2K LabPainter as the
operating concept is similar.
Con l’aggiunta di una cabina di verniciatura, con LabPainter
è possibile lavorare con condizioni di verniciatura flessibili e riproducibili in diversi luoghi nel mondo. Le complesse
formule 2K ora possono essere controllate in condizioni di
flusso quasi lineare e sviluppate ulteriormente grazie alla
nuova funzionalità 2K con cambio colore ottimizzato. Il personale già formato all’utilizzo di LabPainter 1K si troverà a
proprio agio con LabPainter 2K, poiché a livello operativo
sono molto simili.
Thanks: The authors would like to thank all employees at
LacTec and all cooperating partners who were involved
with the further development of the LabPainter.
Ringraziamenti: gli autori vogliono ringraziare tutti i dipendenti LacTec e tutti i partner coinvolti con il continuo sviluppo di LabPainter.
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12-14 September 2013
Istanbul Expo Center
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