Par Michael Kelly, Allied PhotoChemical, et David Hagood, Finishing Technology Solutions
Imaginez pouvoir éliminer la quasi-totalité des COV (composés organiques volatils) du processus de fabrication des tuyaux et tubes, ce qui représente des dizaines de milliers de kilos de COV par an. Imaginez également produire plus rapidement, avec un rendement accru et un coût par pièce/mètre linéaire inférieur.
Des procédés de fabrication durables sont essentiels pour une production plus efficace et optimisée sur le marché nord-américain. La durabilité peut être mesurée de différentes manières :
réduction des COV
Consommation d'énergie réduite
Main-d'œuvre optimisée
Production manufacturière plus rapide (plus avec moins)
Utilisation plus efficace du capital
De plus, de nombreuses combinaisons des éléments ci-dessus
Récemment, un important fabricant de tubes a mis en œuvre une nouvelle stratégie pour ses opérations de revêtement. Auparavant, il utilisait principalement des procédés de revêtement à base d'eau, riches en COV et inflammables. La nouvelle plateforme de revêtement durable mise en place est une technologie de revêtement ultraviolet (UV) 100 % solide. Cet article résume la problématique initiale du client, le procédé de revêtement UV, les améliorations globales apportées au procédé, les économies réalisées et la réduction des COV.
Opérations de revêtement dans la fabrication de tubes
Le fabricant utilisait un procédé de revêtement à base d'eau qui engendrait des déchets, comme le montrent les images 1a et 1b. Ce procédé entraînait non seulement un gaspillage de revêtement, mais aussi un risque pour la santé de l'atelier, augmentant l'exposition aux COV et les risques d'incendie. De plus, le client souhaitait un revêtement plus performant que celui utilisé avec le procédé à base d'eau actuel.
Bien que de nombreux experts du secteur comparent directement les revêtements à base d'eau aux revêtements UV, cette comparaison n'est pas pertinente et peut induire en erreur. Le revêtement UV proprement dit n'est qu'une étape du processus de revêtement UV.
Figure 1. Processus d'engagement du projet
Les UV sont un procédé
Le procédé UV offre des avantages environnementaux considérables, une amélioration globale des processus, une performance produit accrue et, surtout, des économies au mètre linéaire de revêtement. Pour mener à bien un projet de revêtement UV, il est essentiel de considérer ce procédé comme un processus à trois composantes principales : 1) le client, 2) l’intégrateur des équipements d’application et de polymérisation UV et 3) le partenaire technologique en matière de revêtements.
Ces trois éléments sont essentiels à la réussite de la planification et de la mise en œuvre d'un système de revêtement UV. Examinons donc le processus global d'implication dans le projet (Figure 1). Dans la plupart des cas, cette démarche est menée par le partenaire technologique en charge du revêtement UV.
La clé de la réussite de tout projet réside dans la définition claire des étapes d'engagement, intégrant une flexibilité et une capacité d'adaptation aux différents types de clients et à leurs applications. Ces sept étapes constituent le fondement d'une collaboration fructueuse avec le client : 1) discussion sur le processus global ; 2) discussion sur le retour sur investissement ; 3) spécifications du produit ; 4) spécifications du processus global ; 5) essais d'échantillons ; 6) demande de devis / spécifications du projet ; et 7) communication continue.
Ces étapes de collaboration peuvent être suivies successivement, certaines simultanément ou interverties, mais toutes doivent être menées à terme. Cette flexibilité intégrée maximise les chances de succès des participants. Dans certains cas, il peut être judicieux de faire appel à un expert en procédés UV. Fort d'une solide expérience dans tous les types de technologies de revêtement, et plus particulièrement dans les procédés UV, cet expert saura appréhender l'ensemble des problématiques et apporter un regard extérieur et impartial pour évaluer les technologies de revêtement avec justesse et objectivité.
Étape 1. Discussion générale sur le processus
C’est à ce stade que sont échangées les premières informations concernant le processus actuel du client, avec une définition claire de l’organisation actuelle et une identification précise des points forts et des points faibles. Dans de nombreux cas, un accord de confidentialité mutuel (NDA) est nécessaire. Ensuite, des objectifs d’amélioration du processus clairement définis doivent être identifiés. Ceux-ci peuvent inclure :
Durabilité – Réduction des COV
Réduction et optimisation de la main-d'œuvre
Qualité améliorée
Vitesse de ligne accrue
Réduction de la surface au sol
Examen des coûts énergétiques
Maintenabilité du système de revêtement – pièces de rechange, etc.
Ensuite, des indicateurs spécifiques sont définis en fonction de ces améliorations de processus identifiées.
Étape 2. Analyse du retour sur investissement (RSI)
Il est important de comprendre le retour sur investissement (RSI) du projet dès les premières étapes. Bien que le niveau de détail ne doive pas être celui requis pour l'approbation du projet, le client doit disposer d'un aperçu clair des coûts actuels. Ceux-ci doivent inclure le coût par produit, par mètre linéaire, etc. ; les coûts énergétiques ; les coûts liés à la propriété intellectuelle ; les coûts liés à la qualité ; les coûts d'exploitation et de maintenance ; les coûts liés au développement durable ; et le coût du capital. (Pour accéder aux calculateurs de RSI, veuillez consulter la fin de cet article.)
Étape 3. Discussion sur les spécifications du produit
Comme pour tout produit fabriqué aujourd'hui, les spécifications de base sont définies lors des discussions initiales du projet. Concernant les applications de revêtement, ces spécifications ont évolué au fil du temps pour répondre aux besoins de production et ne sont généralement plus satisfaites par le procédé de revêtement actuel du client. C'est ce que nous appelons « l'actuel contre l'avenir ». Il s'agit de trouver un équilibre entre la compréhension des spécifications actuelles du produit (qui peuvent ne plus être respectées par le revêtement actuel) et la définition de besoins futurs réalistes (ce qui constitue toujours un exercice d'équilibre).
Étape 4. Spécifications générales du processus
Figure 2. Améliorations de procédé possibles lors du passage d'un procédé de revêtement à base d'eau à un procédé de revêtement UV
Le client doit parfaitement comprendre et définir le processus actuel, ainsi que les avantages et les inconvénients des pratiques existantes. Il est important que l'intégrateur de systèmes UV comprenne ces éléments afin de prendre en compte les points forts et les points faibles lors de la conception du nouveau système UV. C'est là que le procédé UV offre des avantages significatifs, tels qu'une vitesse de revêtement accrue, une surface au sol réduite et une diminution des exigences en matière de température et d'humidité (voir figure 2). Une visite conjointe du site de production du client est fortement recommandée et constitue un excellent moyen de cerner ses besoins et exigences.
Étape 5. Démonstration et essais
Le client et l'intégrateur de systèmes UV devraient également visiter l'usine du fournisseur de revêtements afin de permettre à tous de participer à une simulation du processus de revêtement UV du client. Cette visite permettra de faire émerger de nombreuses idées et suggestions, notamment grâce aux activités suivantes :
Simulation, échantillons et essais
Évaluer en testant les produits de revêtement concurrents
Examiner les meilleures pratiques
Procédures de certification de la qualité de l'examen
Rencontrez les intégrateurs UV
Élaborer un plan d'action détaillé pour la suite
Étape 6. Demande de prix / Spécifications générales du projet
Le document de demande de prix du client doit inclure toutes les informations et exigences pertinentes relatives à la nouvelle opération de revêtement UV, telles que définies lors des discussions sur le procédé. Ce document doit intégrer les meilleures pratiques identifiées par le fournisseur de technologie de revêtement UV, notamment le chauffage du revêtement par un système de chauffe à eau jusqu'à la pointe du pistolet, le chauffage et l'agitation des conteneurs, ainsi que l'utilisation de balances pour mesurer la consommation de revêtement.
Étape 7. Communication continue
La communication entre le client, l'intégrateur UV et le fournisseur de revêtements UV est essentielle et doit être encouragée. Grâce aux technologies actuelles, il est très facile de planifier et de participer à des réunions régulières par visioconférence (Zoom, etc.). Ainsi, l'installation du système ou de l'équipement UV se déroulera sans encombre.
Résultats obtenus par le fabricant de tuyaux
Dans tout projet de revêtement UV, la réduction des coûts est un aspect essentiel à prendre en compte. Dans ce cas précis, le fabricant a réalisé des économies sur plusieurs points, notamment les coûts énergétiques, les coûts de main-d'œuvre et les consommables de revêtement.
Coûts énergétiques – Chauffage par micro-ondes UV vs. chauffage par induction
Dans les systèmes de revêtements aqueux classiques, un pré- ou post-chauffage par induction du tube est nécessaire. Les dispositifs de chauffage par induction sont coûteux, énergivores et peuvent engendrer d'importants problèmes de maintenance. De plus, la solution aqueuse a nécessité une consommation d'énergie de 200 kW pour le chauffage par induction, contre 90 kW pour les lampes UV à micro-ondes.
Tableau 1. Économies de coûts supérieures à 100 kW/heure grâce à l'utilisation d'un système UV à micro-ondes à 10 lampes par rapport à un système de chauffage par induction
Comme le montre le tableau 1, le fabricant de tuyaux a réalisé des économies de plus de 100 kW par heure après la mise en œuvre de la technologie de revêtement UV, tout en réduisant ses coûts énergétiques de plus de 71 000 $ par an.
Figure 3. Illustration des économies annuelles sur les coûts d'électricité
Les économies réalisées grâce à cette réduction de la consommation d'énergie ont été estimées sur la base d'un coût de l'électricité estimé à 14,33 cents/kWh. La réduction de la consommation d'énergie de 100 kWh/heure, calculée sur deux équipes pendant 50 semaines par an (cinq jours par semaine, 20 heures par équipe), représente une économie de 71 650 $, comme illustré à la figure 3.
Réduction des coûts de main-d'œuvre – Opérateurs et maintenance
Alors que les entreprises manufacturières continuent d'évaluer leurs coûts de main-d'œuvre, le procédé UV offre des économies considérables en termes d'heures de travail des opérateurs et des techniciens de maintenance. Avec les revêtements à base d'eau, le revêtement humide peut se solidifier en aval sur les équipements de manutention, nécessitant ensuite son élimination.
Les opérateurs de l'usine de fabrication consacraient un total de 28 heures par semaine à enlever/nettoyer le revêtement à base d'eau de ses équipements de manutention de matériaux en aval.
En plus des économies de coûts (estimées à 28 heures de travail x 36 $ [coût total] par heure = 1 008,00 $ par semaine ou 50 400 $ par an), les exigences physiques du travail pour les opérateurs peuvent être frustrantes, chronophages et carrément dangereuses.
Le client prévoyait un nettoyage des revêtements pour chaque trimestre, avec des coûts de main-d'œuvre de 1 900 $ par trimestre, auxquels s'ajoutaient les coûts d'enlèvement des revêtements, pour un total de 2 500 $. Les économies totales annuelles s'élevaient à 10 000 $.
Économies sur les revêtements – Revêtements à base d'eau vs. UV
La production de tubes sur le site du client s'élevait à 12 000 tonnes par mois de tubes de 9,625 pouces de diamètre. Cela représente environ 570 000 pieds linéaires, soit environ 12 700 tubes. Le procédé d'application du nouveau revêtement UV comprenait des pistolets de pulvérisation à haut débit et basse pression, avec une épaisseur cible typique de 1,5 mil. Le durcissement était assuré par des lampes UV micro-ondes Heraeus. Les économies réalisées sur les coûts de revêtement et les coûts de transport et de manutention interne sont résumées dans les tableaux 2 et 3.
Tableau 2. Comparaison des coûts de revêtement – Revêtements UV vs. revêtements à base d'eau par mètre linéaire
Tableau 3. Économies supplémentaires grâce à la réduction des coûts de transport des matériaux entrants et à la diminution de la manutention sur site.
De plus, des économies supplémentaires sur les coûts des matériaux et de la main-d'œuvre ainsi que des gains d'efficacité de production peuvent être réalisés.
Les revêtements UV sont recyclables (contrairement aux revêtements à base d'eau), ce qui permet une efficacité d'au moins 96 %.
Les opérateurs consacrent moins de temps au nettoyage et à l'entretien du matériel d'application car le revêtement UV ne sèche que s'il est exposé à une énergie UV de haute intensité.
Les vitesses de production sont plus rapides et le client a la possibilité d'augmenter ses vitesses de production de 100 pieds par minute à 150 pieds par minute, soit une augmentation de 50 %.
Les équipements de traitement UV sont généralement dotés d'un cycle de rinçage intégré, dont la fréquence est contrôlée et programmée en fonction des heures de production. Ce cycle peut être ajusté selon les besoins du client, ce qui permet de réduire les besoins en personnel pour le nettoyage du système.
Dans cet exemple, le client a réalisé des économies de 1 277 400 $ par an.
réduction des COV
La mise en œuvre de la technologie de revêtement UV a également permis de réduire les COV, comme le montre la figure 4.
Figure 4. Réduction des COV suite à la mise en œuvre d'un revêtement UV
Conclusion
La technologie de revêtement UV permet aux fabricants de tuyaux d'éliminer quasiment tous les COV de leurs opérations de revêtement, tout en garantissant un processus de fabrication durable qui améliore la productivité et les performances globales des produits. Les systèmes de revêtement UV génèrent également d'importantes économies. Comme indiqué dans cet article, les économies totales du client ont dépassé 1 200 000 $ par an, et plus de 70 tonnes d'émissions de COV ont été éliminées.
Pour plus d'informations et pour accéder aux calculateurs de retour sur investissement, consultez www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Pour des améliorations de processus supplémentaires et un exemple de calculateur de retour sur investissement, consultez www.uvebtechnology.com.
BARRE LATÉRALE
Durabilité et avantages environnementaux du procédé de revêtement UV :
Sans composés organiques volatils (COV)
Absence de polluants atmosphériques dangereux (PAD)
Ininflammable
Sans solvants, eaux ni agents de remplissage
Aucun problème de production lié à l'humidité ou à la température
Améliorations globales des processus offertes par les revêtements UV :
Vitesses de production rapides, de l'ordre de 800 à 900 pieds par minute, selon la taille du produit.
Faible encombrement au sol, inférieur à 35 pieds (longueur linéaire).
Travaux en cours minimaux
Séchage instantané sans post-cuisson
Aucun problème de revêtement humide en aval
Aucun ajustement du revêtement en fonction de la température ou de l'humidité
Aucune manutention/stockage particulier lors des changements d'équipe, des opérations de maintenance ou des arrêts de travail du week-end.
Réduction des coûts de main-d'œuvre liés aux opérateurs et à la maintenance
Capacité à récupérer les brouillards de pulvérisation, à les filtrer à nouveau et à les réintroduire dans le système de revêtement
Amélioration des performances des produits grâce aux revêtements UV :
Résultats améliorés des tests d'humidité
Résultats excellents des tests de brouillard salin
Possibilité d'ajuster les propriétés et la couleur du revêtement
Vernis transparents, métallisés et couleurs disponibles
Des coûts de revêtement inférieurs par mètre linéaire, comme le montre le calculateur de retour sur investissement :
Date de publication : 14 décembre 2023
