Endüstriyel Boya – Kaplama Robotları
Giriş
21. yüzyıl modern üretimin dinamik ortamında, çığır açan teknolojik gelişmeler – Endüstri 4.0, yani dijital dönüşüm teknolojilerine paralel olarak- yüksek teknoloji gerektiren otomotiv, uzay ve havacılık ve diğer ağır sanayi sektörlerini yeniden şekillendirmeye,
süreçleri optimize etmeye ve verimliliği artırmaya devam etmektedir.
Bu teknolojik gelişmelerden kuşkusuz en büyük ilgi uyandıran yenilik, sağladığı faydalar açısından robotics olarak da bilinen üretim otomasyonuna endüstriyel robotların entegrasyonu, yani verimli ve stabil çalışacak şekilde robotların otomasyon süreçleri
ile bütünleştirilmesidir.
Bu robotik sistemler, yüzey işleme uygulamalarında benzersiz hassasiyet, hız ve kalite sunarak ürünlerin tamamlanma şeklini değiştirmektedir. Bu makale, endüstriyel boyama ve
kaplama robotlarını tanımlamayı ve imalat sektöründeki önemli rollerini aydınlatmayı amaçlamaktadır.
Kısa Tarihçe
“Robot” kelimesi Çek yazar Karel Čapek 1921’de yazdığı R.U.R.: Rossum’s Universal Robots” adlı oyununda ilk kez geçse de, modern dünyamızda endüstriyel robot sektörünün başlangıcı, 1954 yılında Amerikalı mucit George Devol’un ilk mekanik kol patent evrakını
sunmasına ithaf edilmektedir. (Ki kendisi Robotik alanın Büyükbabası olarak bilinmektedir.)
Ancak insanlar robotları eski çağlardan beri hayal etmişler, hatta çeşitli medeniyetler farklı amaçlarla kullanmışlardır (örn. su ve şarabı karıştırıp dökebilen bir hizmetçi heykeli). 1970’lerden başlayarak bu yana ise, robotik boyama & kaplama teknolojisi global endüstride erken örnekleri bilinmesine karşın , ilk kayda değer örnek 1985 senesinde General Motors firmasının Michigan fabrikasında üretimde kullanılmaya başlandığı tarihte belirtilmektedir.
Bu ilk boyama/kaplama robotlarını Hidrolik prensiplere göre çalışmakta ve günümüzdeki elektronik/ dijital versiyonlarına göre güvenlik ve kalite standartları olarak düşük seviyede
faydalar sunmaktaydı (2).
Robotların Kullanıldığı Sektörler ve Uygulayabildikleri Boyalar & Kaplama Tipleri
Boyama / kaplama robotları günümüzde manuel yani elle-yapılan boyama & kaplama uygulamalarına göre birçok avantajları sunması nedeniyle, imalat ve otomobil endüstrilerinde yaygın olarak benimsenmiştir.
Robotların kullanımda olduğu sektörlerden bazıları:
• Otomotiv,
• Cam,
• Uzay-havacılık,
• Savunma,
• Akıllı telefonlar,
• Demiryolu,
• Gemi tersaneleri,
• Ofis ekipmanları,
• Beyaz eşya,
• Diğer yüksek hacimli veya yüksek kaliteli imalat sektörleri.
Çeşitli Endüstriyel Boya & Kaplama Tipleri
Yukarıda bahsedilen sektörlerde çok çeşitli boyama ve kaplama tipleri kullanan boyama/kaplama robotları mevcuttur. Bunlar:
• Termal Sprey Kaplama Robotları,
• Elektrostatik / Toz Boya Kaplama Robotları,
• Otomotiv Boya / Vernik/ Sealer Uygulama Robotları,
• Boru Boyaları / Kaplamaları Uygulama Robotları,
• Saha Derz Kaplamaları Uygulama Robotlarıdır.
Bu boyalar / kaplamalar da ayrıca şu sınıflarda olabilir:
• Anti-korozyon / Pas önleyici,
• Anti -bakteriyel / Bakteri önleyici,
• Anti-fingerprint / Parmak izi önleyici,
• Anti-fog / Çiğlenmeyi önleyen,
• Su-itici (özellikle cam için),
• Ses-absorbe-eden,
• Vibrasyon-absorbe eden.
Endüstriyel Faydaları ve Avantajları
Bu sektörlerin boyama & kaplama tercih etme sebepleri olarak gösterilebilecek faydaları ve avantajlardan bazıları şunlardır:
Boya / Kaplama Homojenliği: Robotlar sabit bir hızda bir kişiden çok daha iyi hareket edebilir ve böylece eşit bir boya / kaplama filmi sağlamaktadırlar.
Uygulama Hassasiyeti: Robotik boyama kolu büyük bir doğrulukla hareket eder. Robotun konumu, seferinde, bir insan ressamdan çok daha kesin ve tekrarlanabilir olmaktadır.
Zor Ulaşılan Yerlerin Boyanabilmesi ve Kaplanabilmesi: Ulaşılması zor alanlara daha kolay ulaşabildikleri için, karmaşık nesnelerde boyama/ kaplama uygulamaları özenle yapabilmek için mükemmeldir. Otomotivde ve uçak parçalarının bazılarında olduğu gibi elle boyanması zor olabilecek çok eğimli yüzeyleri boyamak için son derece kullanışlıdırlar.
Uygulama Hızı: Manuel yani sadece elle yapılan boyama/ kaplama uygulamalarında çok daha hızlı (30 kat daha hızlı) olabilmektedir (1).
Çevre Dostu: Gerekli iş güvenliği ve çevre önlemleri alınarak kurulan bu robotik sistemler, hem çalışanları hem de çevreyi çeşitli zararlı kimyasallar (HAPs gibi) ve gazlardan (VOC, NOX gibi) korumaktadırlar.
Maliyet Kazancı: İlk bakışta, yalnızca robot ve yardımcı sistemler değerlendirilirse, satın alma maliyetleri aldatıcı bir şekilde yüksek görünebilir. Ancak hem yukarıda bahsedilen teknik ve idari avantajlar hem de verimliliğin artıp atık olan boya / kaplama miktarlarının azalması çok da uzun olmayan bir vadede ilk yatırım maliyetini karşılayacaktır.
Bu konuda yapılan sayısız çalışmalar olmak ile birlikte, IERA ödüllü ABB Pixelpaint teknolojisi çalışmasını inceleyerek hem maliyet hem de diğer avantajları sayısal bilgiler ile desteklenmiş olarak bulabilirsiniz.
Diğer İşler için Ekstra Zaman Sağlaması: Yüzeyleri elle boyamak, genellikle aynı pozisyonda
uzun süre ayakta durmayı ve tekrarlayan hareketler yapmayı gerektiren zahmetli bir süreçtir. Bununla birlikte, bir boyama robotu, insanlara daha eğlenceli buldukları görevlere odaklanmaları için daha fazla zaman verebilir.
Bir Endüstriyel Boya & Kaplama Robotu Nasıl Çalışır ? Temel Parçaları / Bileşenleri
Bir endüstriyel boyama ve kaplama robotunun en temel bileşenleri şunlardır:
Manipülatör: Bu, robotun ana gövdesidir; bağlantılardan, eklemlerden ve diğer yapısal elemanlardan oluşur.
Son Efektör: Uç efektör, bir robot manipülatörünün sonundaki cihazdır; çevre ile etkileşim için tasarlanmıştır. Bu araç, gerekli göreve göre programlanan uygulamayı gerçekleştirmek için kullanılır.
Aktüatörler: Çalıştırıcılar, manipülatörün kası gibidir. Robot kontrolörü kullanılarak kontrol edilirler. Depolanan enerjiyi harekete dönüştürürler. Sensör, Kontrolör, İşlemci, Yazılım ve Boyama Cihazı ve Boyanacak Parça : Sensörler, robotun iç durumu hakkında bilgi toplamak veya dış ortamla iletişim kurmak için kullanılır. Robota entegre edilen sensörler, robotun yapılandırmasını belirleyen kontrolöre her eklem veya bağlantı hakkında bilgi gönderir.
– Robotun kontrolörü hareketi kontrol eder. Verilerini bilgisayardan alır; aktüatörlerin hareketini ve hareketin koordinatlarını duyusal geri bildirim bilgileriyle kontrol edin.
– İşlemci, robotun beynidir. Robot eklemlerinin hareketlerini hesaplar, istenen konum ve hızlara ulaşmak için her bir eklemin ne kadar ve ne kadar hızlı hareket etmesi gerektiğini belirler ve denetleyici ile sensörlerin koordineli hareketlerini denetler. İşlemci, diğer bilgisayarlar gibi çalışan ancak tek bir işleme adanmış bir bilgisayardır. Bir işletim sistemi,
programlar, monitörler gerektirir ve bir bilgisayar işlemcisi yeteneğine sahiptir.
Püskürtme tabancası. Otomatik boya tabancaları, özellikle boyama ve kaplama işlemlerinin otomasyonunda belirleyici rol oynamaktadır. Seri üretim için, düşük duruş ve bakım süreleri, verimlilik ve en yüksek kalite özellikle önemlidir. Ek olarak, geniş nozul yelpazesi bireysel özelleştirme ve ölçeklendirme sağlar.
Bir robot, ancak bir boyama / kaplama cihazının entegrasyonu ile bir boyama / kaplama robotu haline gelmektedir. “Boya / Kaplama Robotu”, diğer tüm standart endüstriyel robotlardan iki büyük farkı olan bir robot için kullanılan bir endüstri terimidir:
1) Patlamaya Dayanıklı Kollar: Boyama / kaplama robotları, patlamaya dayanıklı robot kolları ile üretilmiştir, yani yanıcı gazlar oluşturan boyaları / kaplamaları güvenle püskürtebilecekleri şekilde üretilmiştir. Genellikle bu kaplamalar, uygulandığında yangın güvenliği için izlenmesi gereken bir ortam oluşturan solvent bazlı boyalardır. Kaplamalar
genellikle yangını tetikleyebilecek solvent bazlı boyalardır.
Kaplama robotları, uçucu bir ortamda güvenli bir şekilde çalışmalıdır ve fan havası, atomizasyon havası, sıvı akışı ve voltaj gibi püskürtme parametrelerinin tüm yönlerini kontrol edebilir.
2) Kendi-kendine-yeten Boyama / Kaplama Sistemleri: Boyama / kaplama robotları ilk tasarlandığında, tek bir işlevi vardı – uçucu bir ortamda güvenli bir şekilde çalışmak. Kabul ve kullanım genişledikçe boyama robotları, yalnızca patlamaya dayanıklı seçeneklere sahip geleneksel bir robot değil, endüstriyel robotların benzersiz bir alt kümesi haline geldi.
Boyama robotları artık püskürtme parametrelerinin tüm yönlerini kontrol etme yeteneğine
sahiptir. Fan havası, atomizasyon havası, sıvı akışı, voltaj vs. hepsi robot kontrol sistemi tarafından kontrol edilebilmektedir.
Yukarıdaki iki madde, emniyetli ve güvenilir bir uygulama, yani söz konusu istenen yüzeye boyama ve kaplama yapmak için elzemdir! Bir robotun birincil görevi, kaplama cihazını uygun konuma getirmektir. Gerekli hareketler robot kontrolü ile gerçekleştirilir.
Tüm parametreleri ve programları ile kaplama teknolojisi, ayrı bir tabanca kontrol ünitesi tarafından kontrol edilir. Bu nedenle, hareket ve püskürtmeyi senkronize etmek için
kontroller arasında bir arayüz gereklidir.
Boyama / kaplama robotları, boyayı veya kaplamayı ince bir filme dönüştürmek için farklı yöntemler kullanmaktadır. Eşit bir uygulama için bu önemlidir.
Kullanılan en yaygın boya / kaplama uygulama teknolojileri:
Hava Spreyi: Sıvıyı ince damlacıklara ayırmak için kaplamaya bir hava akımı karıştırılır. Boyalar için en yaygın olanıdır.
Ultrasonik Sprey: Bir atomizasyon yüzeyi ultrasonik frekansta titreşir. Kaplama titreşen yüzeye çarpar ve ince bir buğuya dönüşür. Küçük ürünlere izolasyon ve iletken film uygulamak için kullanılır. Diğer kullanımlar arasında parlama önleyici kaplamalar, fotorezist ve özel özelliklere sahip çeşitli kaplamalar bulunur.
Elektrostatik: Kaplama sıvısı, memede binlerce volt statik elektrikle yüklenir. Elektrostatik itme, sıvıyı buğuya dönüştürür. Sis, zıt bir elektrik yükü ile kaplanacak yüzeye çekilir. Bu yöntemle düz olmayan yüzeylere düzgün bir kaplama uygulanabilir. Verimlilik, çok az boya israfı ile oldukça yüksektir.
Bu bileşenlere ilave olarak boyama/kaplama robotları,sprey boyama / kaplama programlarında istenilen uygulama, bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelinden otomatik olarak oluşturulabilir ve daha sonra aşağıdakiler için minimum çabayla değiştirilebilir:
• Püskürtme şeklinin değiştirilmesi,
• Meme çapı,
• Nozuldan parçaya mesafesine,
• Paso sayısı,
• Kat sayısı,
• Giriş / çıkış otomatik olarak CAD modelinin ötesine geçecek şekilde yönetilebilir.
• Parçayı yeniden programlamadan adımlar arasındaki mesafeyi otomatik olarak yönetebilir ve değiştirebilir.
• Eşit adım mesafeleri, püskürtme tutarlılığını garanti eder.
• Alet oryantasyonları, programı minimum bilek dönüşü için optimize etmek ve robot erişimini en üst düzeye çıkarmak için otomatik olarak yönetilebilir.
Günümüzün yaygın boyama / kaplama robotları, malzeme yüzeylerine olabildiğince esnek bir şekilde ulaşmak için 6 eksenden oluşur. Yedinci bir eksen ile robotun tamamı yere yakın bir doğrusal eksen üzerinde hareket eder. Bu arada, tüm tanınmış robot üreticileri, kaplama endüstrisi için özel olarak geliştirilmiş modeller sunmaktadır. Kullanıcı için bunlar, programlama yöntemleri, kapsama aralıkları ve robot kolunun yük kapasitesi açısından farklılık gösterir.
Yukarıda bahsedildiği gibi, boyama ve kaplama sektörü için özel olarak geliştirilen çok eksenli robotlar, modern yaş, toz/elektrostatik uygulama teknolojisi ile donatılmış olup, robotlar bir kez programlandıktan sonra, sanki bir sihirmiş gibi parçaları verimli bir şekilde
en yüksek kalitede boyayıp kaplayabilmektedirler.
Günümüzde yaygın olarak küresel endüstride kullanılan Boyama ve kaplama robotlarına örnek vermek gerekirse, Fanuc Paint Mate 200iA/ 5L, Fanuc P-50iA, Motoman P8 ve KUKA KR 100HA gibi markalar ve modeller gösterilebilir.
Endüstriyel Boyama & Kaplama Robotları Alanında Son Teknolojik Gelişmeler
Bu alandaki yakın tarihli bir örnek, bir İtalyan şirketi tarafından inşa edilen ve bir robot koluna iki püskürtme tabancası yerleştirebilen otomatik bir boyama ve son işlem makinesidir. Bu kurulum, bir insanın elde edebileceği kapsama oranını iki katına çıkarmaktadır.
Bu sistem aynı zamanda 6 inçten (yaklaşık 15 cm) kısa herhangi bir bileşene boya veya kaplama uygulayabilir. Alternatif olarak makine, orta yoğunlukta suntadan yapılmış dolap kapaklarına yapıştırıcı püskürtebilir ve bunları membran presleri için hazırlayabilir.
Bir parça hakkındaki ayrıntıları püskürtme kabininin içindeki bir robota gönderen bir 3D görsel tarayıcıya sahiptir.
Diğer bir teknolojik yenilik örneği olarak, geleneksel püskürtme valfleri yerine mürekkep püskürtmeli boyama kafalarıyla donatılmış bir çift 6 akslı robot içeren PixelPaint teknolojisi gösterilebilir. Otomotiv boyama otomasyonu ile ilgilenen müşterilere hitap eden bu robotik gösterilebilir.
Otomotiv boyama otomasyonu ile ilgilenen müşterilere hitap eden bu robotik sistem, her bir arabanın maskeleme ve maskesini kaldırma ihtiyacını ortadan kaldırmanın yanı sıra, iki yerine tek geçişte iki tonlu(bi-color) veya özelleştirilmiş bir boya tasarımının uygulanmasına olanak tanımaktadır.
Diğer bir teknolojik gelişme, otomatik boyama çözümü, iki bileşenli boyalar (2C), boya dağıtım sistemleri ve kontrolör için karıştırma ve dozlama teknolojisi dahil olmak üzere en son uygulama teknolojisine sahip altı eksenli robot DÜRR EcoRP 10 R1100 robotik
sisteminden gelmektedir.
Bu sistem ile, krom efektli boyanın kaplama katmanlarının, bazı durumlarda maksimum tekrarlama doğruluğu ile sadece 2 ila 3 μm’lik son derece ince katmanlar halinde eşit şekilde uygulanmasını sağlamaktadır. Bu da, her zaman karıştıran dozajlama sistemi ile mümkün olmaktadır.
Son olarak değinilecek teknolojik gelişme ise, 2020 senesinde Fraunhofer IPA, çok küçük üretim partilerini ve tek parçaları boyamak için kullanılabilen, kendi kendini programlayan bir robot boyama hücresi geliştirmesi . Hücre, boyanacak nesneyi tanımlamak için bir görüş sistemi kullanmakta ve ardından robotu da buna göre boyaması için programlamaktadır.
Endüstri 4.0’ın yaygınlaştığı günümüzde ise, bunların dışında boyama / kaplama robotlarının hem donanımlarında hem de yazılımlarında sürekli gelişmeler olmakta ve bu da verimliği arttırırken kayıp oranlarını azaltmakta, dolayısıyla birim maliyetleri daha da aşağı çekmektedir.
Sonuç
Yukarıda imalat sanayinde endüstriyel boyama ve kaplama robotları kullanmanın faydalarından bazıları verilmiştir. Gelecekte mevcut otomasyon alanında boyama / kaplama robotlarının kullanımı artacağı iyi bilinen bir endüstriyel ve ticari gerçektir.
Zira, maksimum esneklik, üretkenlik, verimlilik ve mükemmel boyama / kaplama kalitesi gerektiğinde, robotlar kesin bir çözüm sunmaktadır. Robotik boyama / kaplamada en önemli rolü ise, boyama / kaplama ekipmanının güvenilirliği ve verimliliği oynamaya devam edecektir.
Esnek ve otomatik (hatta otonom) bir üretim sistemi, aynı anda artan ürün karmaşıklığı ve daha fazla özelleştirmenin getirdiği zorlukların üstesinden gelmek isteyen birçok üretici için vazgeçilmez bir husustur. Üretimi bir üründen diğerine hızla değiştirebilme yeteneği, bir parti büyüklüğüne ve yarının son derece özelleştirilebilir ürünlerine giden yolda işletmelerin tanımlayıcı bir özelliği olacaktır.
Son olarak; Bir boyama / kaplama robotuna yatırım yapmak, gelecekteki başarının garantisi değildir. İlgili taraflar öncelikle beklentilerini netleştirmeli; hangi süreçlerin veya aşamaların en çok soruna neden olduğunu değerlendirmelidir.
Daha sonra robotik teknolojilerin bu zorlukları çözüp çözemeyeceğini belirleyebilirler.
Robotik boyama / kaplama sistemleri veya boyama/ kaplama robotları, boyama ve kaplama endüstrilerinde devrim yaratan bir teknoloji harikası olduğu aşikardır.
Endüstriyel boyama kaplama robotları, geleneksel manuel boyama / kaplama yöntemlerine
göre birçok avantajı nedeniyle son yıllarda giderek daha popüler hale gelmiştir. Daha verimli, tutarlı ve doğru olmasının yanı sıra , çok çeşitli yüzeyleri daha zamanında boyamak / kaplamak için kullanılabilirler.
Ek olarak, tehlikeli kimyasallara ve dumanlara maruz kalma riskini azaltarak iş yerinde güvenliği artırmaya yardımcı olabilirler. Sonuç olarak, endüstriyel boya kaplama robotları, büyük veya karmaşık nesneleri güvenli ve verimli bir şekilde boyaması gereken işletmeler için değerli bir araçtır. Bu robotlar amansız mükemmeliyetçilerdir ve insanüstü tutarlılık ve iş hacmi ile neredeyse kusursuz boya kaplama uygulamaları yapabilmektedirler.
Robotik boyama kaplama teknolojisi, bir bilim olduğu kadar bir sanattır. Artık sadece hacim ve miktarla ilgili değil; kalite ve tutarlılık yönleri de vardır. Otomotiv başta olmak üzere yukarıda bahsedilen tüm endüstriyel sektörlerindeki üst düzey tedarikçi tabanlarının yanı sıra daha küçük, genel endüstriyel uygulamalar için daha uygun hale gelmeye devam
edecektir.
Referanslar:
• 1) Painting Robots: Benefits, Applications and How to Source Them – Mark FairChild -https://howtorobot.com/expert-insight/painting-robots
• 2) Paint Robot – Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Paint_robot
• 3) Robot Nano Spray Painting – A Review https://iopscience.iop.org/article/ 10.1088/1757-899X/912/3/032044
• 4) Five Amazing Ways Robots Are Disrupting the Painting Industry-By Emily Newton, Editor-in-Chief, Revolutionized Magazine
• 5) How robotics can save a business time and money- Junair –
https://www.junairspraybooths.co.uk/how-robotics-can-save-abusiness-time-and-money/
• 6)Robotic Spray Painting -https://www.arion.asia/robotic-spraypainting/
• 7)Using Robot Application in Powder Coatings for Flexibility, Perfect Coating-https://finishingandcoating.com/index.php/
powder-coat/972-using-robot-application-in-powdercoatings-forflexibility-perfect-coating
• 8) 13 Milestones in the History of Robotics – https://www.aventine.org/robotics/history-ofrobotics
• 9) Types of Robotic Coatings – Robots.com https://www.robots.
com/articles/types-ofrobotic-coatings.
PCS. Tolga Dıraz
Kimya Mühendisi/Proje Yöneticisi
Korozyon, Koruyucu Boyalar ve Kaplamalar Uzmanı
