Najczęstsze wyzwania w branży systemów dozowania

Prawie 900 inżynierów i kierowników zakładów z różnych gałęzi przemysłu w Stanach Zjednoczonych zastanawia się, jak stawić czoła wyzwaniom, które niosą za sobą niektóre metody dozowania. Czy te problemy da się rozwiązać i poprawić tym samym kontrolę procesów produkcyjnych? Odpowiedź można znaleźć poniżej.

Techniki dozowania klejów, żywic epoksydowych, smarów, silikonów, olejów, uszczelniaczy i wielu innych płynów montażowych mogą być bardzo różne – od metod ręcznych, takich jak wyciskanie preparatu z tubki, nakładanie go patyczkiem lub wtłaczanie strzykawką, po wykorzystanie półautomatycznych robotów dozujących.

Każda metoda dozowania wiąże się z określonymi wyzwaniami, ponieważ producenci starają się zwiększyć stopień zaawansowania procesów dozowania płynów, aby spełnić wymagania dotyczące jakości, wydajności objętościowej i opłacalności.

Po przeanalizowaniu wyników serii szczegółowych badań, przeprowadzonych w ciągu pięciu lat przez Nordson EFD i skoncentrowanych przede wszystkim na dozowaniu płynów w procesach montażowych, udało się zidentyfikować szereg najczęściej pojawiających się trudności w tej dziedzinie. Firma, która od dawna odgrywa kluczową rolę w projektowaniu i produkcji precyzyjnych systemów dozowania płynów do procesów montażu stacjonarnego i zautomatyzowanych linii montażowych, dzieli się kluczowymi spostrzeżeniami dotyczącymi rozwiązywania tych problemów i poprawy kontroli procesów. 

Metodologia

Sponsorowane przez Nordson EFD i przeprowadzone przez Clear Seas Research, pięcioletnie badania rynku wykonano w trzech oddzielnych etapach, od 2014 do 2018 r.  Grupom respondentów podobnej wielkości, z podobnych rejonów geograficznych kraju i branż, postawiono w zasadzie identyczne pytania, a następnie zestawiono wyniki z trzech badań, aby uzyskać dane dotyczące trendów.

W ankiecie uczestniczyło 890 osób z firm produkcyjnych na terenie całych Stanów Zjednoczonych.  Wybrano tych, którzy decydują o tym, jakie płyny montażowe i urządzenia dozujące są wykorzystywane w procesach produkcyjnym ich firmy.

Problemy przedstawiane najczęściej

Na podstawie danych uzyskanych od respondentów z 2018 r, określono najtrudniejsze wyzwania, z którymi musi się zmierzyć branża systemów dozowania:

• Powtarzalność odmierzanej dawki 
• Wysoka dokładność dozowania
• Konserwacja urządzeń
• Konieczność szybszej produkcji
• Marnotrawstwo płynów
• Szkolenie operatorów
• Konieczność przeróbek, odrzuty

To wyzwanie wydaje się być bardziej powszechne, w przypadku używania wyciskanych tubek i strzykawek medycznych do dozowania płynów montażowych podczas produkcji w małych seriach. 44% respondentów z 2018 roku stwierdziło, że największym problemem przy stosowaniu tych metod było uzyskanie wysokiego stopnia powtarzalności. Nie jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę, że powtarzalność procesu prawdopodobnie w bardzo dużym stopniu zależy od operatora.

Jednak uzyskanie bardzo dobrej powtarzalności staje się coraz mniejszym wyzwaniem, ponieważ producenci używają już bardziej wyrafinowanych urządzeń dozujących płyny montażowe w procesach.

Należy wziąć pod uwagę, że 37% respondentów stwierdziło, że uzyskanie wysokiego stopnia powtarzalności staje się problemem podczas używania stacjonarnych dozowników pneumatycznych. Problem ten przedstawiało również 32% respondentów, używających systemów z zaworami pneumatycznymi i tylko 26% respondentów używających systemów dozowania wyporowego.

Poprawa stopnia zaawansowania sprzętu dozującego może pomóc producentom w uzyskaniu lepszej powtarzalności, podobnie jak przestrzeganie innych prostych zasad, takich jak wyeliminowanie obecności powietrza w używanym płynie montażowym. Pęcherzyki powietrza w płynie są bez wątpienia jednym z głównych czynników powodujących brak odpowiedniej konsystencji nakładanych warstw materiału. 

Istnieje wiele sposobów na to, aby uwięzione powietrze nie niszczyło konsystencji zastosowanego preparatu:

• Umieszczenie zbiorniczków strzykawek w wirówce, w celu usunięcia powietrza z płynu przed dozowaniem 

• Wybór odpowiednich, wysokiej jakości komponentów zaprojektowanych do usuwania powietrza podczas dozowania
• Postępowanie zgodnie z wytycznymi dotyczącymi rozmrażania zamrożonych płynów montażowych, aby zapobiec powstawaniu pustych przestrzeni w płynie na skutek jego zamrożenia i rozmrożenia

Wysoka dokładność dozowania

Być może nie jest zaskakujące, że problemy z utrzymaniem odpowiedniej dokładności dozowania płynów zgłosiło więcej respondentów używających wyciskanych tubek i strzykawek medycznych, niż tych, którzy korzystali z dozowników pneumatycznych - odpowiednio 41% w porównaniu do 35% respondentów z 2018 r.

Dokładność dozowania wzrasta, gdy używane są systemy z zaworami pneumatycznymi, takimi jak membranowe i iglicowe zawory dozujące. Precyzja wzrasta, ponieważ producenci używają zaawansowanych systemów dozowania bezkontaktowego, takich jak elektropneumatyczne i piezoelektryczne zawory strumieniowe. Te najnowsze osiągnięcia eliminują konieczność wyboru między szybkością a dokładnością podczas dozowania płynów montażowych.

Udoskonalone oprogramowanie umożliwia korzystanie z funkcji takich jak MultiShot™, która daje możliwość operatorowi odpowiednie zaprogramowanie dyspensera, aby nałożyć wiele dokładnych warstw materiału poprzez jedno naciśnięcie pedału nożnego. Ta funkcja może również pomóc przyspieszyć produkcję. 

Na uzyskanie wysokiej dokładności, może mieć również wpływ powietrze znajdujące się w płynach montażowych. Usunięcie wszystkich pęcherzyków powietrza z płynu, za pomocą systemu zaworów lub tłoków cylindrów strzykawkowych, jest kluczowe dla uzyskania spójnego i dokładnego dozowania.

Konserwacja urządzeń

Konserwacja urządzeń wydaje się być problemem producentów na całym świecie, niezależnie od metody dozowania, lecz oczywiście nie dotyczy to tych, którzy do nakładania płynów montażowych używają bawełnianych lub drewnianych patyczków, wyciskanych tubek i strzykawek medycznych. 

W zależności od metody dozowania płynu, rozkład odpowiedzi jest następujący:

• 46% respondentów z 2017 r. i 45% z 2018 r. oceniło to jako największe wyzwanie podczas korzystania z dozowników wyporowych
• 39% respondentów z 2017 r. i 33% z 2018 r. korzystających z systemów z zaworami pneumatycznymi potwierdziło, że jest to problemem
• 35% respondentów z 2018 r. oceniło konserwację urządzeń jako wyzwanie w przypadku stosowania systemów pneumatycznych zaworów zaworów dozowania bezkontaktowego

Chociaż interesujące jest to, że więcej respondentów oceniło jako problematyczne w konserwacji dozowniki wyporowe, w porównaniu z zaworami pneumatycznymi i systemami zaworów strumieniowych, to jednak nie powinno tu być zaskoczenia. Dozowniki wyporowe, takie jak pompy wolumetryczne, mają na ogół bardziej skomplikowane podzespoły, których demontaż i czyszczenie wymaga więcej czasu. Natomiast zaletą systemów wyporowych jest to, że zapewniają ciągłe, powtarzalne dozowanie, niezależnie od lepkości płynu lub zmian tej lepkości w czasie. W przypadku wielu różnych rodzajów zastosowań, plusy przeważają nad minusami wynikającymi z dłuższego czasu czyszczenia.

Najnowsze osiągnięcia w technologii dozowania, w tym zawory pneumatyczne i piezoelektryczne zawory strumieniowe, dzięki innowacyjnej konstrukcji skracają czas konserwacji. Zintegrowane z konstrukcją zaworu szybkozłączki umożliwiają operatorom szybkie zdemontowanie zbiornika płynu przy jednoczesnym pozostawieniu zaworu zamontowanego w zautomatyzowanych systemach. Brak konieczności demontażu zaworu w celu jego oczyszczenia i oddania do eksploatacji, pozwala zaoszczędzić dużo czasu poświęcanego na konserwację. W rzeczywistości, jeśli producent dysponuje więcej niż jednym korpusem cieczowym, jego podmiana może odbyć się w krótkim czasie, minimalizując czas przestoju na serwis do zaledwie kilku minut.

Konieczność szybszej produkcji

Potrzeba szybszej produkcji została określona jako główne wyzwanie przez producentów używających bawełnianych i drewnianych patyczków do nakładania płynów montażowych. 44% respondentów z 2018 roku określiło to jako podstawowy problem przy tej metodzie dozowania. Co zaskakujące, również 43% respondentów korzystających z automatycznych systemów stacjonarnych stwierdziło, że potrzeba szybszej produkcji jest najważniejsza. 

Często, gdy wymagana jest wyższa przepustowość, zautomatyzowany stacjonarny robot dozujący zwiększa szybkość produkcji, umożliwiając szybsze dozowanie dla całej partii części, w porównaniu do sytuacji, gdy płyn jest dozowany ręcznie na każdą część osobno, za pomocą patyczka lub wyciskanej tubki.

Jednym z powodów, dla których respondenci wskazywali szybszą produkcję jako problem związany z automatycznymi systemami dozowania, może być to, że niektórzy producenci celowo projektują roboty, które poruszają się wolniej i przez to nie wymagają zamknięcia w osłonach bezpieczeństwa. 

Najnowsze stacjonarne roboty dozujące zostały celowo zaprojektowane tak, aby umożliwić skrócenie czasu cyklu dozowania. I dlatego roboty te są wyposażone w napęd ze śrubą kulową zamiast napędu pasowego. Osiągają również najlepszą w swojej klasie powtarzalność pozycjonowania przy ± 0,003 mm.

Marnotrawstwo płynów, szkolenia operatorów i konieczność wprowadzania poprawek

Ostatnie trzy miejsca w rankingu największych wyzwań związanych z dozowaniem płynów montażowych podczas produkcji zajmują następujące kwestie: marnotrawstwo płynów, szkolenia operatorów i konieczność wprowadzania poprawek/odrzuty produkcji. Marnotrawstwo płynów z pewnością może być kosztownym problemem, w zależności od rodzaju płynu użytego w procesie montażu. Jednym ze sposobów zmniejszenia ilości strat płynu jest zastosowanie jednorazowych elementów dozujących, takich jak odpowiednie dla danego płynu cylindry i tłoki w dozownikach strzykawkowych, aby zapobiec pozostawaniu resztek w cylindrze po dozowaniu. Niektóre komponenty są zaprojektowane tak, aby działały jako system zmniejszający ilość odpadów. Może tu również pomóc zastosowanie krótszego przewodu doprowadzającego płyn, pomiędzy zbiornikiem a zaworem dozującym. Przydatne może być również wykorzystanie zaworów dozujących zaprojektowanych z zerową objętością martwą płynu wewnątrz zaworu, co zapewni zużycie całego płynu i zminimalizowanie strat.

Kolejnym wyzwaniem jest szkolenie operatorów. Dotyczy to w szczególności zaawansowanych systemów strumieniowych i robotów stacjonarnych. Jednym ze sposobów wyeliminowania tych trudności jest współpraca z dostawcą sprzętu dozującego, który przed zakupem samodzielnie przetestuje płyn montażowy i jego zastosowanie na danym sprzęcie. Dzięki temu, uzyskamy potwierdzenie, że sprzęt zapewni nam pożądane wyniki, a przy okazji zdobędziemy udokumentowane dane, które będzie można wykorzystać jako wytyczne podczas ustawiania sprzętu i szkolenia operatorów.

Ostatnie aktualizacje oprogramowania, wykorzystywanego do programowania automatycznych systemów dozowania, mogą również znacznie skrócić czas potrzebny na przeszkolenie operatorów. Niektórzy dostawcy sprzętu wiele zainwestowali w opracowanie intuicyjnych interfejsów, aby uprościć konfigurację i programowanie robotów dozujących, i zmniejszyć tym samym wymagania dotyczące szkolenia operatorów.

Na koniec, znaczącym wyzwaniem jest oczywiście konieczność wprowadzania poprawek i odrzuty produkcji. Jednak użycie odpowiedniego sprzętu dozującego może znacznie zminimalizować i te problemy. Im bardziej zaawansowany jest system dozowania, tym prawdopodobieństwo poprawek i odrzutów jest mniejsze. Kluczowa jest współpraca z partnerem, który rozumie niuanse pomiędzy różnymi typami sprzętu dozującego i rodzajem konfiguracji wymaganej dla konkretnego zastosowania.

Najważniejsze wnioski

Optymalizacja procesów dozowania płynów, pozwalająca uzyskać szybszy i sprawniejszy przebieg operacji produkcyjnych, a także wyższy zwrot z inwestycji, jest możliwa dzięki zastosowaniu odpowiedniego sprzętu i współpracy z doświadczonym partnerem, który ma do zaoferowania szeroki zakres rozwiązań. Drobne usprawnienia procesu, takie jak upewnienie się przed dozowaniem, czy płyny montażowe są wolne od pęcherzyków powietrza, mogą również pomóc w optymalizacji procesów dozowania płynów.