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Lackiertechnik Trends beim Lackieren von Blechteilen

| Autor/ Redakteur: Doris Schulz / M.A. Frauke Finus

Blechteile erhalten häufig eine funktionelle oder dekorative Beschichtung. Dabei geht der Trend zu automatisierten und digitalisierten Prozessen, einer höheren Produktindividualisierung bei verbesserter Qualität und Wirtschaftlichkeit.

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Um Blechteile optimal für ihre Anwendung auszustatten, erhalten sie eine funktionelle oder dekorative Beschichtung. Die Automatisierung und Digitalisierung der Prozesse liegen auch in der Lackiertechnik im Trend.
Um Blechteile optimal für ihre Anwendung auszustatten, erhalten sie eine funktionelle oder dekorative Beschichtung. Die Automatisierung und Digitalisierung der Prozesse liegen auch in der Lackiertechnik im Trend.
(Bild: Kabe Karl Bubenhofer)

Ob Industrieproduktion, Fahrzeugbau, Haushalts- und Konsumgüter, Energietechnik oder Architektur und Bauwesen, in diesen und vielen weiteren Bereichen kommen aus Stählen und Aluminium hergestellte Fein- und Grobbleche als Funktions- oder Designteile zum Einsatz. Geht es darum, den Produkten eine attraktive Optik und Haptik, ein individuelles Erscheinungsbild, hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische, chemische und physikalische Angriffe sowie spezielle funktionale Eigenschaften zu verleihen, kommt die industrielle Lackiertechnik ins Spiel. Dabei stehen Unternehmen sowohl bei der Nasslackierung als auch Pulverbeschichtung vor der Herausforderung, steigende Ansprüche hinsichtlich Beschichtungsqualität, Ressourceneffizienz, Produktivität und Individualität zu erfüllen. Hinzu kommen immer kleiner werdende Losgrößen bis zur Stückzahl 1, eine zunehmende Farbtonvielfalt und nicht zuletzt der Fachkräftemangel. Dies führt dazu, dass Themen wie Simulation, Automatisierung und Digitalisierung der Beschichtungsprozesse zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Simulation und VR unterstützen die Prozessoptimierung

Entscheidend für Qualität und Effizienz von Lackierprozessen ist ein optimales Zusammenspiel der unterschiedlichen anlagentechnischen Komponenten und des Lackmaterials. Neu- und Weiterentwicklungen im Bereich der Simulation und Virtual Reality (VR) ermöglichen heute, alle Schritte des Lackierprozesses virtuell abzubilden. So können beispielsweise Ein- und Auslaufverhalten in der Vorbehandlung, die Applikation der Blechkomponenten mit pneumatischen, elektrostatischen, Airless- und Hochrotationssystemen, die Luftströmung in der Kabine, Filmbildung, Schichtdicke, Overspray, Lösemittelausbreitung sowie Trocknung im Modell dargestellt werden. Durch den Einsatz der richtigen Simulationsinstrumente rechnet sich das Verfahren auch für kleinere Unternehmen, um Lackierprozesse effizient auszulegen beziehungsweise vorhandene Anlagen zu optimieren.

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Unabhängig davon, ob Blechbauteile nasslackiert oder pulverbeschichtet werden, geht der Trend auch bei kleineren und mittleren Unternehmen zur automatisierten Lackierung. Das Spektrum und die Abmessungen der zu beschichtenden Teile sowie Anforderungen sind dabei Kriterien, die zu beachten sind.

Automatik-Lackierkabinen werden je nach geplanter Applikation mit Hubgeräten oder Roboter ausgestattet. Einen Beitrag zum effizienten Arbeiten leistet hier ein dynamischer Kontur-Laserscanner. Das System erkennt selbst sehr komplizierte Objektgeometrien und bringt jede Pistole in die richtige Position, um die Blechkomponenten hochwertig zu beschichten. Der Laserscanner erfasst die Objektumrisse dabei genau. In Kombination mit der dazugehörigen Hauptsteuerung mit 3D Software, wird die Objektform automatisch übersetzt, die Beschichtungsparameter entsprechend angepasst und die Pistolenachsen individuell positioniert.

Den zunehmenden Trend zur Roboterbeschichtung beantworten die Lackiertechnik- und Roboterhersteller mit speziell für die Beschichtungsindustrie konzipierten Mehrachsrobotern sowie so genannten Roboter-Lackierzellen. Die erforderliche Applikationstechnik für den Auftrag von lösemittel- oder wasserbasierten Ein- und Mehrkomponentenlacken beziehungsweise Pulverlacken wird an das jeweilige Kundenprojekt angepasst. Dabei ermöglichen neue Pistolensteuerungen eine sehr präzise Applikation. Auf sämtliche Lackierparameter kann einfach zugegriffen und diese hochgenau eingestellt werden. Daraus resultieren eine hohe Wiederholgenauigkeit sowie konstante Lackierergebnisse. Ein weiteres Plus der neuen Pistolensteuerungen ist die Möglichkeit des Datenaustauschs mit übergeordneten Steuerungssystemen.

Für die Programmierung der Bewegungsabläufe des Roboters sind zahlreiche Programme verfügbar, die ein manuelles Teachen ermöglichen. Eine effizientere Alternative zum klassischen Teachen stellt die Offline-Programmierung dar. Die entsprechenden Software-Tools ermöglichen die Programmerstellung von Bewegungsablauf und Sprühbahnen für jede zu lackierende Blechkomponente am PC-Arbeitsplatz, teilweise kann vor dem Überspielen des Programms auch noch eine Simulation durchgeführt werden. Dies bedeutet allerdings nicht, dass auf den Lackierfachmann komplett verzichtet werden kann, um den Lackierprozess optimal zu gestalten.

Automatisierung – mehr als ein Roboter für die Applikation

Neue Entwicklungen ermöglichen es darüber hinaus, die Prozessparameter bei der Lackapplikation wie beispielsweise Lackmenge, Temperatur, Prozesslüfte bis hin zu Sprühstrahlausbildung genau zu überwachen, zu protokollieren und auszuwerten. Diese Lösungen lassen sich auch an ein MES-System des Anlagenbetreibers anbinden.

Die Automatisierung beschränkt sich jedoch nicht alleine auf Bewegungsabläufe und Lackapplikation. Weitere Themen sind dabei Lackaufbereitung-, transport und -dosierung sowie Farbwechsel. Auch hier stehen neue Entwicklungen für automatisierte Prozesse zur Verfügung, die zu einer Optimierung der Qualität und Ressourceneffizienz beitragen.

Kontinuierliche, prozessintegrierte Qualitätskontrolle

Systeme für eine automatisierte und prozessintegrierte Qualitätskontrolle der beschichteten Oberfläche stehen ebenfalls zur Verfügung. Die Tetrahertz-Technik beispielsweise ermöglicht, Schichtdickenmessungen zerstörungsfrei und berührungslos auf nassen und gehärteten Lackschichten durchzuführen. Die Tetrahertz-Strahlung ist dabei in der Lage, Mehrschichtaufbauten zu betrachten und Werte für die einzelnen Schichtdicken auszugeben. Mit der Deflektometrie lassen sich Lackierfehler wie Krater, Kocher, Agglomerate und Schmutzeinschlüsse auf der beschichteten Oberfläche berührungslos sichtbar machen. Beide Messverfahren können inline eingesetzt werden. Dies eröffnet bei einer Abweichung die Möglichkeit, erforderliche Reparaturen umgehend durchzuführen.

Einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität und Kosten der Beschichtung hat die Konstruktion der Blechteile. Ein Augenmerk sollte daher insbesondere auf Hinterschneidungen, Aufdopplungen, enge Spalten, Nuten, kleine Übergangsradien an Hohlkehlen, Bohrungen und dergleichen liegen. Darüber hinaus kann bereits eine geringe Verrundung der Kanten von Blechteilen dazu beitragen, die Qualität in diesen Bereichen zu verbessern. Denn im Vergleich zu unbearbeiteten haftet an leicht gerundeten Kanten mehr Lackmaterial.

Die Reinigung metallischer Substrate wie Stahl, verzinktem Stahl und Aluminium erfolgt in nasschemischen Verfahren mit auf den Werkstoff und die Verschmutzung abgestimmten Medien. Für eine Feinreinigung bieten sich je nach zu entfernender Verunreinigung auch trockene Verfahren wie das CO2-Schneestrahlen sowie die Plasma- und Laserreinigung an. Bei der Vorbehandlung metallischer Substrate verstärkt sich der Trend zu multimetallfähigen, nanokeramischen Systemen. Diese Alternativen zur klassischen Eisen- und Zinkphosphatierung bieten verfahrenstechnische, ökonomische und ökologische Vorteile. Der erzielbare Korrosionsschutz ist mit dem einer Zinkphosphatierung vergleichbar oder übertrifft diesen sogar.

Ansatzpunkte für eine Qualitätsverbesserung bei gleichzeitiger Optimierung des Ressourcenverbrauchs ergeben sich entlang der Prozesskette.

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