Dozowanie płynów montażowych w procesach zautomatyzowanych.
Wiele linii automatycznych wykonuje zadania, w czasie których pożądane jest naniesienie płynu lub pasty, które w danym procesie spełniają ważne zadania usprawniające jego funkcjonowanie.
W dużym uproszczeniu można je nazwać płynami montażowymi. Najczęściej są to:
• kleje i uszczelniacze
• uszczelki płynne (nazywane FIPG – Formed In Place Gasket)
• smary i oleje
• topniki i pasty lutownicze
• żele
• aktywatory
• tusze znakujące
• farby i lakiery.
…
Rozmaitość tych mediów powoduje u niewtajemniczonych zawrót głowy, gdyż samych klejów jest ponad 500 tysięcy rodzajów, a nic nie wskazuje, by ich liczba malała.
Wiele płynów montażowych jest chemicznie aktywnych, niektóre nie są obojętne dla organizmu, nie należy się więc dziwić, że współczesne procesy produkcyjne dążą do ograniczenia lub wręcz eliminacji kontaktu operatora z nimi. Niestety, płyny te niejednokrotnie są „mało przyjazne” dla układów automatycznych. Rozmazują się, pryskają, kapią, powodują zatykanie doprowadzających je przewodów. Dochodzi wtedy do tego, że operator, zamiast spokojnie obserwować pracujące automaty, musi przerywać ich pracę, tracąc czas na czyszczenie urządzeń, a w najgorszym wypadku również produkowanych detali. Niejednokrotnie trzeba wprowadzić dodatkowe operacje czyszczenia, obniżające wydajność linii i podwyższające koszty procesu.
Wtedy okazuje się, że specjalizująca się w dozowaniu firma może dokonać ekonomicznych i technologicznych „cudów”, choć rzecz nie jest łatwa i wymaga sporo doświadczenia. Na przeszkodzie stoi bowiem reologia płynów nieniutonowskich, dziedzina nie do końca poznana. Niektóre płyny, chociaż opisane takimi samymi liczbami w karcie technicznej, zachowują się zdecydowanie odmiennie, gdy dochodzi do ich nakładania.
W procesach zautomatyzowanych najczęściej spotykanymi typami operacji związanych z płynami montażowymi są: smarowanie, klejenie, znakowanie, zalewanie uszczelnianie, lutowanie.
Smarowanie
Oleje zwykle sprawiają kłopoty przy dozowaniu. Najczęściej należy je stosować w ilości „wystarczającej, ale z umiarem”. Jednak w praktyce oznacza to zaolejoną podłogę, cały obszar wokół, a niejednokrotnie ukrywanie śliskich podłóg i toksycznego powietrza przed inspektorami PIP.
Nakładanie oleju da się jednak precyzyjnie kontrolować. Zwłaszcza tych o niskiej lepkości, „rzadkich”. Problemem w tym wypadku są najczęściej opary i kapiące rurki. Naprzeciw wychodzi technologia LVLP (Low Volume Low Pressure), oferowana przez amerykańską firmę EFD Inc. Opatentowane zawory potrafią natrysnąć wolne od mgły dawki dokładnie w miejsce, w którym mają się znaleźć. Szczególną rolę odgrywają precyzyjne zawory w procesach nanoszenia oleju przy prasowaniu, zagniataniu, formowaniu złączek. EFD Inc. deklaruje możliwość nanoszenia sprayem dawek o pojemności ułamków mikrolitra.
Smary wydają się być łatwiejszym materiałem, jednak w niektórych sytuacjach nałożenie ich jest trudną operacją. Niejednokrotnie ciągną się, a zawartość powietrza, nawet niewielka, staje się koszmarem zwłaszcza wtedy, gdy dawki są małe. W wypadku wyciekania pomocne są zawory z tzw. suck-back-effect, zasysające lekko wyciskany smar, podczas gdy dochodzi do oderwania końcówki dozującej od miejsca dozowania. Ciekawostką jest, że w nowoczesnych konstrukcjach dochodzi do dozowania smaru w nietypowych dotąd miejscach, jak elementy z tworzyw sztucznych, bądź bardzo niecodzienne miejsca w urządzeniach elektrycznych.
Klejenie
Proces klejenia trudno ująć w kilku akapitach, choć po obejrzeniu reklam w telewizji można odnieść wrażenie, że nie ma nic łatwiejszego niż przykleić coś do czegoś. W technologii montażu klejenie jest jednak bardzo wrażliwą technologią. Niewiele osób zdaje sobie np. sprawę, że komponenty stosowane do klejenia nie powinny zawierać silikonu, który stanowi znakomity środek antyadhezyjny (tylko nieliczne procesy klejenia są realizowane za pomocą klejów silikonowych).
W operacjach montażowych za pomocą klejenia królują kleje cyjanoakrylowe (w branży nazywane CA, a w reklamach „klejami sekundowymi”). Profesjonalne kleje CA stosowane w przemyśle rzadko można znaleźć w sklepie, gdyż najczęściej są podawane z opakowań 500 gramowych, za pomocą specjalnych zaworów lub specjalnie skonstruowanych aplikatorów, podobnych w kształcie do strzykawek. Niejednokrotnie stosowane są specjalne końcówki wykładane PTFE, który zapobiega zaklejaniu się małych otworów wylotowych.
Klejenie jest bardziej skomplikowane, gdy zachodzi potrzeba zastosowania klejów dwuskładnikowych. Zmieszanie i precyzyjne nałożenie niewielkiej ilości kleju staje się sztuką, w której tylko wyspecjalizowane firmy potrafią sprostać wymaganiu: nanieś – złóż – gotowe.
W procesie klejenia kluczowym zagadnieniem jest eliminacja operacji czyszczenia po klejeniu. Operacja niepożądana tym bardziej, że kleje znakomicie zwilżają łączone powierzchnie i łatwo doprowadzić do ich zabrudzenia. Dlatego precyzja w klejeniu jest bardzo pożądana przez klientów, którzy opanowali sztukę obliczania kosztów operacyjnych i posiadają tzw. „świadomość kosztową”.
Należy podkreślić, że jedynie zautomatyzowane procesy pozwalają na osiągnięcie całkowitej powtarzalności klejenia. Zwykle klej nakładany jest w postaci kropek, linii lub specjalnie zdefiniowanych kształtów. Oczywiście dotyczy to klejenia konstrukcyjnego, a nie np. nakładania kleju sprayem lub wałkami w procesach laminowania. Oznacza to, że nie tylko miejsce, ale również ilość kleju w danym miejscu jest dokładnie określona. Pozycjonowanie dawki, a później klejonego elementu jest podstawą osiągnięcia efektu technicznego, jak i ekonomicznego. Kleje konstrukcyjne stosowane w elektronice lub mechanice są niejednokrotnie bardzo kosztowne. Ich wartość stanowi czasem istotny składnik kosztu materiałowego. Dlatego precyzja nakładania ma również wymiar gospodarności.
Znakowanie
Znakowanie jest operacją bardzo rozpowszechnioną w procesach automatycznych. Służy np. do rozróżnienia elementów właściwych lub niewłaściwych, ale także do wykańczania elementów ozdobnych. Nanoszone bywają tusze, specjalne farby i wysokiej klasy lakiery. Nie chodzi tu o typowe operacje lakiernicze, lecz właśnie o precyzyjne znakowanie, jak np. wykonywanie emblematów. Często w tego rodzaju operacjach stosowane są roboty trój-, a nawet sześcioosiowe.
Zalewanie (potting, encapsulation)
Angielskie terminy lub ich bezpośrednie spolszczenia są dziś obecne w obszarze, gdzie należy zabezpieczyć delikatną zawartość przed szkodliwym działaniem zewnętrznych czynników, jak wilgoć, wysokie lub niskie temperatury, wibracje i udary. Jak znakomicie chronią zalewy można się przekonać, gdy się przypomni, że tzw. „czarne skrzynki” w samolotach są zalewane żelami silikonowymi, a przez to wytrzymują nawet zderzenia z ziemią podczas katastrof lotniczych.
Zalewanie jest coraz częściej stosowaną operacją, gdyż podzespoły elektroniczne i elektryczne stają się coraz mniejsze. Ich ochrona urasta więc do rangi poważnego zadania, realizowanego przez coraz bardziej złożone układy MMD (Meter Mix Dispensing). Urządzenia MMD bywają wyposażane w systemy próżniowego odpowietrzania żywic (powietrze ma mniejszą rezystancję niż żywica), ich podgrzewania (dotarcie do małych szczelin w urządzeniu) i dokładnego dozowania (gospodarowanie materiałami).
Dzisiejsze urządzenia MMD są najczęściej wyposażane w mieszacze statyczne, w których wieloskładnikowe zalewy ulegają zmieszaniu bez udziału jakichkolwiek elementów ruchomych. Struga płynu jest wielokrotnie rozdzielana i obracana, co owocuje wykładniczą liczbą operacji (24-elementowy mikser rozdziela strugę teoretycznie 16 777 216 razy!).
Mieszacze statyczne są stosowane przede wszystkim ze względu na ich znaczenie ekologiczne. Maszyny nie wymagają kosztownych i szkodliwych układów płukania rozpuszczalnikami, a mikser może być wyrzucony jako odpad komunalny, przy czym jego wartość jest znikoma w porównaniu z kosztami produkowanych części.
Głowice mieszające statycznie są standardowo budowane w wykonaniu „suck-back”, więc kapanie praktycznie nie występuje. Maszyny występują w szerokiej gamie, od małych, stolikowych, prostych w budowie do złożonych układów automatycznych, wyposażonych w stabilizację termiczną żywic, mieszanie w zbiornikach, cyrkulację produktu i wiele innych „elementów wyposażenia dodatkowego”.
Uszczelnianie
Uszczelnianie jest operacją tak powszechnie spotykaną, że w literaturze anglojęzycznej posiada osobny termin: FIPG (Formed In Place Gasketing). Polski termin „płynna uszczelka” nie uwzględnia sposobu nałożenia. A profesjonaliści muszą rozróżnić dwa rodzaje uszczelnień: uszczelka zamykana na mokro – gdy montaż następuje natychmiast po nałożeniu uszczelki, oraz uszczelka zamykana na sucho – gdy uszczelka poddana jest najpierw nałożeniu, następnie polimeryzuje i dopiero w osobnej operacji element z naniesioną uszczelką jest montowany.
Uszczelki zamykane na sucho stawiają wysokie wymagania projektantom i wykonawcom systemów dozowania. Niejednokrotnie operacja nanoszenia uszczelki jest wydzielona jako osobny proces. Mimo pozornego utrudnienia, oznacza to zwykle znaczny spadek kosztów montażu z jednoczesnym podwyższeniem jakości. Dotyczy to zwłaszcza uszczelek piankowych (FIPFG), które oprócz własności uszczelniających mają możliwości tłumienia wibracji i eliminują mostki termiczne. Taki system uszczelniania wymaga dość znacznych inwestycji i przy małych seriach zwykle korzysta się z outsorcingu. Uszczelki zamykane na sucho znakomicie skracają i ułatwiają proces montażu automatycznego.
Lutowanie
Dozowania płynów montażowych dotyczy także lutowania za pomocą past lutowniczych oraz nanoszenia topników w czasie lutowania, i to zarówno w procesie lutowania twardego jak i miękkiego. W każdej z tych operacji są stosowane pasty lutownicze i topniki podawane ze zbiorników, aplikatorów („strzykawek”), nabojów (kartridży) i podobnych opakowań handlowych lub technologicznych. Do aplikacji tego typu stosuje się zarówno standardowe zawory do lepkich płynów, jak i specjalne zawory do past lutowniczych. Te ostatnie charakteryzują się niecodziennie spotykaną konstrukcją – są bowiem wyposażone w miniaturowy ślimak, który jest sterowany elektrycznie. Taka konstrukcja zapobiega miażdżeniu miękkich cząstek proszku metalowego.
Podsumowanie
Bez względu na rodzaj operacji montażowej, kluczowym terminem jest powtarzalność. W każdym procesie zautomatyzowanym nawet drobne odchylenia od założonych parametrów prowadzą do powstawania braków, niepożądanych wycieków, uchybień w estetyce wyrobu. Automatyzacja nanoszenia płynów montażowych jest w Polsce dziedziną stosunkowo nową. Niewiele firm miało do czynienia np. z klejeniem na skalę przemysłową. Dowodzi tego obserwacja, że klienci pytający o cenę elementów w pierwszej chwili są zaskoczeni. Jednak szybkie przeliczenie prowadzi do wniosku, że niezawodny system, powtarzalnie dozujący częstokroć drogie płyny montażowe (ceny niektórych smarów i klejów dochodzą do kilkuset euro za kilogram) stanowi mały ułamek kosztów systemu automatycznego, a jeszcze mniejszy wyrobu końcowego.