实现清晰边界和膜厚控制的喷涂方案

如今，几乎每个工业领域需要喷涂的工件数量和多样性都在不断增长。为了能够比以前更高效地喷涂这些不同的组件，杜尔开发了一种全新喷涂技术，可用于大面积或简单图案喷涂，并确保边界清晰，不会产生油漆过喷。这款创新型EcoPaintJet喷涂设备（见图1）今年荣获德国“DeutscherInnovationspreis”创新奖，可方便集成用于一般工业。涂料公司Adler已开发出适用于这种新喷涂技术的油漆。

图 1. EcoPaintJet 喷涂装置提高了上漆率并为各公司提供了更多的产品设计选择

更多喷涂选择

在木材加工、造船、电子设备制造和许多其他工业领域，产品和部件表面都涂有起保护或着色作用的涂层。到目前为止，若想保持边界清晰，必须手动遮蔽或使用薄膜包裹，这就需要花费很大精力，并耗费大量胶带和过喷造成的油漆损失。杜尔开发的无过喷新技术，成功地解决了这两大难题。该装置中包含的新型喷涂应用装置EcoPaintJet，已成功应用于汽车的批量生产。自2019年以来，杜尔开发的这项新技术已经可以在无需遮蔽车身的情况下，实现车顶的双色喷涂。

图 2. EcoPaintJet 使用喷嘴板喷出平行的油漆

EcoPaintJet喷漆应用装置可精准控制涂层，不会产生过喷（见图2）。这既提高了上漆率，也为公司在产品设计和货物运输方面提供了更多选择。例如，可以针对性地使用漆膜来保护装饰表面，而不用胶带膜，随后可再次轻松除去。该项技术还为产品提供了新的功能和设计选择。例如，精准喷涂意味着窗框外部可以喷涂耐侯性涂层，同时内部喷涂装饰性或不同颜色的涂层。此外，家具也可以轻松实现装饰性效果。杜尔公司工业产品副总裁HolgerBeiersdorfer在总结其优点时说到：“无过喷的喷涂设备可以实现清晰边界、快速换色和定制表面设计（见图3）。”

图 3. 精确的喷涂路径使表面喷漆和涂层具有清晰的边界

这种无过喷的喷涂设备中最重要的组件是供漆与清洗和注漆工艺的结合。EcoPaintJet喷涂设备通过三个阀门对此进行控制。喷涂应用组件本身最核心是喷嘴板，根据设计的不同，喷嘴板可喷出数十条平行的油漆喷流。这些喷嘴可以在任何指定时刻激活或停用，以开始或中断喷涂过程。与用到喷枪或高速旋转雾化器的喷涂工艺不同，此过程不需要任何雾化空气。因此，无需像传统工艺一样从喷房空气中费力地过滤掉任何漆雾。

与传统雾化器相比，另一个较大的区别在于，喷幅通过喷涂组件与喷涂路径的角度来调整。这样可以实现30到50mm之间的喷涂路径，也可以通过调整喷嘴板来实现更窄的路径宽度。此外，所需的涂层厚度则通过喷涂组件的速度和涂料的固体份含量来控制。

在处理大型表面时，节省油漆的喷涂技术尤为重要。即使使用无气喷枪或高速旋转雾化器，也会损失高达四分之一的涂料。而回收涂料既费时又耗能，且只对某些类型的涂料有效。而所谓的“倾倒”方法，就是将多余的涂料收集在容器中，避免过喷漆雾，但无法实现快速换色。贴箔或装饰条等其他表面设计通常意味着需要投入大量的人工精力。

杜尔开发的新技术消除了单个方法的所有缺点，使各个工业领域的喷涂作业更快、更经济、更环保。“这使得我们的技术极具吸引力，这在以前的自动化喷涂场景下可能是无法想象的，”HolgerBeiersdorfer说，“这暗示了其他应用的可能性。”

奥地利涂料制造商Adler正在与杜尔共同推广这项新的喷涂技术，并且提出了无色和彩色涂层解决方案，除了通常的涂料要求外，这些解决方案都是根据这项技术的特点量身定做的。Adler首席技术官AlbertRossler博士对这种新的喷涂技术很是认可，他说：“对于这种极具发展前景的喷涂技术，我们开发了创新、环保的水性涂料产品，它们不仅能让材料（不仅仅是钣金材料）具有更好的耐久性，视觉上也更具个性。”

数字化膜厚计算解决方案

除了精准喷涂，漆膜厚度均匀也是影响涂装质量的一个重要因素。到目前为止，在导入新车型时必须进行大量测试，以确保完美的喷涂效果。杜尔现已成功地以虚拟方式计算膜厚，并将该模块集成到现有的喷涂机器人编程软件中（见图4）。借助新开发的模拟软件，汽车制造商可以减少现场的测试次数。DXQ3D.onsite软件可随新的工艺模拟模块一起提供。第一个现场测试版本已投入使用。

图4. 杜尔测试实验室的真实结果整合到模拟程序中

每当涂装车间有新项目时，例如，导入新车型时，许多工艺和参数都需要精确调整，直到车身上任何部位喷涂的油漆都达到要求的膜厚为止。在一切调整妥当之前，车身需通过一个复杂参数化喷涂测试流程。使用杜尔的新型模拟工具，汽车制造商现在可采用虚拟方式模拟和优化这一流程。“现在可以将喷涂测试次数和测试车身的数量减少50％以上，”杜尔系统股份公司应用技术事业部总裁兼首席执行官LarsFriedrich博士解释说，“这使调试更加高效，降低了材料成本，并减少了车身喷涂质量不良的情况。”

模拟喷涂工艺是通往完全数字化涂装车间的诸多重要步骤之一。目标是在确保提供相同高质量产品的同时，通过计算机辅助产品和工艺开发使喷涂过程更具经济效益。甚至在首辆原型车投入生产之前，模拟技术就可以提供帮助。通过特定计算，可以预测可能会出现问题的地方，并在生产之前提出补救措施。就膜厚而言，这还包括难以喷涂到的车身部位，例如，汽车行李厢的连接处。

全新的DXQ3D.onsite模块基于三步概念。第一步包括虚拟计算任意点需要喷涂的油漆量。该软件紧密结合实际情况使用理想化的虚拟喷涂模式来进行模拟。喷幅可以在不同高度和宽度上动态缩放。用户可以“调整”这两个参数，来预估和可视化不同的喷幅宽度和流量百分比对膜厚分布的总体影响。

为了预先在计算机上模拟实际情况，软件模块以电子数据的形式创建了所有关键独立组件的数字孪生。首次模拟时，该工具会自动将上传的文件格式转换为车身的3D数模格式。这将保留所有必要的附加数据，同时删除与喷涂操作无关的数据。这可以减少所需的存储空间以及计算时间，因此该程序也可以直接在生产线喷房的笔记本电脑上使用。在最后一次将所有相关数据合并之后，将生成沿离线编程的机器人路径的虚拟喷幅。它可以累加膜厚，并通过3D特征图显示。这使得团队可以直接查看不同的优化解决方案，加以考虑，并在生产之前进行改进。

软件模拟时未考虑具体的油漆。因此，虚拟优化之后的第二步是在杜尔测试实验室中进行实际测试。测试中使用的是客户选择的油漆材料。在第三步（也是最后一步）中使用测得的值，将模拟中使用的虚拟参数（例如，喷幅宽度和流量百分比）转换为喷涂雾化器的参数。在“转换”过程中，实际结果将整合到模拟程序中。导入特征图后，软件会自动建议雾化器参数。然后使用这组预先优化的参数对车身进行第一次真实的喷涂测试。

该软件模块的计算时间短，因此可以实现几分钟内在传统PC端（而不是大型计算机）上模拟整个车身的膜厚并评估质量。“这使评估膜厚质量变得更为容易，更好地展现涂层质量结果，并优化膜厚不一致的关键区域。”杜尔系统公司应用技术工艺开发负责人FrankHerre在总结这些优点时说道。

工艺模拟可作为每个杜尔喷涂机器人随附的DXQ3D.onsite标准软件的附加模块。DXQ3D.onsite是一种数字通用工具，可通过对工作站所有机器人模拟以进行路径编程，或对应用工艺进行参数设置。