par Michael Kelly, Allied PhotoChemical, et David Hagood, Finishing Technology Solutions
Imaginez pouvoir éliminer presque tous les COV (composés organiques volatils) dans le processus de fabrication des tuyaux et tubes, ce qui équivaut à 10 000 livres de COV par an. Imaginez également produire à des vitesses plus rapides avec un débit plus élevé et un coût par pièce/pied linéaire réduit.
Les processus de fabrication durables sont essentiels pour parvenir à une fabrication plus efficace et optimisée sur le marché nord-américain. La durabilité peut être mesurée de différentes manières :
Réduction des COV
Moins de consommation d'énergie
Main d’œuvre optimisée
Production manufacturière plus rapide (plus avec moins)
Utilisation plus efficace du capital
De plus, de nombreuses combinaisons de ce qui précède
Récemment, un important fabricant de tubes a mis en œuvre une nouvelle stratégie pour ses opérations de revêtement. Les précédentes plates-formes de revêtement préférées du fabricant étaient à base d'eau, riches en COV et également inflammables. La plate-forme de revêtement durable qui a été mise en œuvre était une technologie de revêtement ultraviolet (UV) 100 % solide. Dans cet article, le problème initial du client, le processus de revêtement UV, les améliorations globales du processus, les économies de coûts et la réduction des COV sont résumés.
Opérations de revêtement dans la fabrication de tubes
Le fabricant utilisait un processus de revêtement à base d'eau qui laissait des dégâts, comme le montrent les images 1a et 1b. Non seulement le processus entraînait un gaspillage de matériaux de revêtement, mais il créait également un risque dans l'atelier qui augmentait l'exposition aux COV et le risque d'incendie. De plus, le client souhaitait des performances de revêtement améliorées par rapport à l'opération actuelle de revêtement à base d'eau.
Même si de nombreux experts du secteur comparent directement les revêtements à base d’eau aux revêtements UV, cette comparaison n’est pas réaliste et peut être trompeuse. Le revêtement UV proprement dit est un sous-ensemble du processus de revêtement UV.
Figure 1. Processus d'engagement du projet
Les UV sont un processus
L'UV est un procédé qui offre des avantages environnementaux significatifs, des améliorations globales du processus, des performances de produit améliorées et, oui, des économies de revêtement par pied linéaire. Afin de mettre en œuvre avec succès un projet de revêtements UV, les UV doivent être considérés comme un processus composé de trois composants principaux : 1) le client, 2) l'intégrateur d'équipement d'application et de durcissement UV et 3) le partenaire technologique de revêtements.
Ces trois éléments sont essentiels à la planification et à la mise en œuvre réussies d’un système de revêtement UV. Jetons donc un coup d'œil au processus global d'engagement du projet (Figure 1). Dans la plupart des cas, cet effort est dirigé par le partenaire technologique de revêtement UV.
La clé de la réussite de tout projet réside dans des étapes d'engagement clairement définies, avec une flexibilité intégrée et la capacité de s'adapter à différents types de clients et à leurs applications. Ces sept étapes d'engagement constituent la base d'un engagement de projet réussi avec le client : 1) discussion globale du processus ; 2) Discussion sur le retour sur investissement ; 3) spécifications du produit ; 4) spécification globale du processus ; 5) des échantillons d'essais ; 6) RFQ/spécification globale du projet ; et 7) une communication continue.
Ces étapes d’engagement peuvent être suivies en série, certaines peuvent se dérouler en même temps ou être interchangées, mais elles doivent toutes être complétées. Cette flexibilité intégrée offre les plus grandes chances de succès aux participants. Dans certains cas, il peut être préférable de faire appel à un expert en processus UV comme ressource possédant une expérience industrielle précieuse dans toutes les formes de technologie de revêtement, mais surtout, une solide expérience en processus UV. Cet expert peut naviguer dans toutes les questions et agir comme une ressource neutre pour évaluer correctement et équitablement les technologies de revêtement.
Étape 1. Discussion globale sur le processus
C'est là que sont échangées les premières informations concernant le processus actuel du client, avec une définition claire de la configuration actuelle et des points positifs/négatifs clairement définis. Dans de nombreux cas, un accord mutuel de non-divulgation (NDA) devrait être en place. Ensuite, des objectifs d’amélioration des processus clairement définis doivent être identifiés. Ceux-ci peuvent inclure :
Durabilité – réduction des COV
Réduction et optimisation du travail
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 mesures spécifiques sont définies sur la base de ces améliorations de processus identifiées.
Étape 2. Discussion sur le retour sur investissement (ROI)
Il est important de comprendre le retour sur investissement du projet dès les premières étapes. Même s’il n’est pas nécessaire que le niveau de détail soit celui requis pour l’approbation du projet, le client doit avoir une idée claire des coûts actuels. Ceux-ci doivent inclure le coût par produit, par pied linéaire, etc. ; les coûts énergétiques ; les coûts de propriété intellectuelle (PI) ; coûts de qualité ; coûts d'opérateur/maintenance ; les coûts de durabilité ; et le coût du capital. (Pour accéder aux calculateurs de retour sur investissement, voir la fin de cet article.)
Étape 3. Discussion sur les spécifications du produit
Comme pour tout produit fabriqué aujourd’hui, les spécifications de base du produit sont définies lors des discussions initiales du projet. En ce qui concerne les applications de revêtement, ces spécifications de produits ont évolué au fil du temps pour répondre aux besoins de production et ne sont généralement pas satisfaites avec le processus de revêtement actuel du client. Nous appelons cela « aujourd’hui contre demain ». Il s'agit d'un exercice d'équilibre entre la compréhension des spécifications actuelles du produit (qui peuvent ne pas être satisfaites avec le revêtement actuel) et la définition des besoins futurs qui sont réalistes (ce qui est toujours un exercice d'équilibre).
Étape 4. Spécifications globales du processus
Figure 2. Améliorations du processus disponibles lors du passage d'un processus de revêtement à base d'eau à un processus de revêtement UV
Le client doit pleinement comprendre et définir le processus actuel, ainsi que les aspects positifs et négatifs des pratiques existantes. Il est important que l'intégrateur de systèmes UV comprenne, afin que les choses qui fonctionnent bien et celles qui ne fonctionnent pas puissent être prises en compte dans la conception du nouveau système UV. C'est là que le procédé UV offre des avantages significatifs qui peuvent inclure une vitesse de revêtement accrue, une réduction de l'espace au sol et des réductions de température et d'humidité (voir Figure 2). Une visite conjointe de l'usine de fabrication du client est fortement recommandée et fournit un excellent cadre pour comprendre les besoins et les exigences du client.
Étape 5. Démonstration et essais
Les installations du fournisseur de revêtements doivent également être visitées par le client et l'intégrateur de systèmes UV pour permettre à chacun de participer à une simulation du processus de revêtement UV du client. Pendant cette période, de nombreuses nouvelles idées et suggestions feront surface au fur et à mesure que les activités suivantes auront lieu :
Simulation, échantillons et tests
Benchmark en testant des produits de revêtement concurrents
Examiner les meilleures pratiques
Revoir les procédures de certification qualité
Rencontrez les intégrateurs UV
Élaborer un plan d’action détaillé pour l’avenir
Étape 6. Demande de prix / Spécification globale du projet
Le document de demande de prix du client doit inclure toutes les informations et exigences pertinentes pour la nouvelle opération de revêtement UV, telles que définies dans les discussions sur le processus. Le document doit intégrer les meilleures pratiques identifiées par l'entreprise de technologie de revêtement UV, qui pourraient inclure le chauffage du revêtement via un système thermique à chemise d'eau jusqu'à la pointe du pistolet ; chauffage et agitation du fourre-tout ; et des échelles pour mesurer la consommation de revêtement.
Étape 7. Communication continue
Les moyens de communication entre le client, l'intégrateur UV et l'entreprise de revêtements UV sont essentiels et doivent être encouragés. La technologie d’aujourd’hui rend très pratique la planification et la participation à des appels réguliers de type Zoom/conférence. Il ne devrait y avoir aucune surprise lors de l’installation de l’équipement ou du système UV.
Résultats réalisés par le fabricant de tuyaux
Un aspect essentiel à prendre en compte dans tout projet de revêtement UV est la réduction globale des coûts. Dans ce cas, le fabricant a réalisé des économies dans plusieurs domaines, notamment les coûts énergétiques, les coûts de main d’œuvre et les consommables de revêtement.
Coûts énergétiques – Chauffage UV alimenté par micro-ondes ou chauffage par induction
Dans les systèmes de revêtements à base d'eau typiques, il est nécessaire de chauffer le tube avant ou après induction. Les radiateurs à induction sont coûteux, consomment beaucoup d’énergie et peuvent poser d’importants problèmes de maintenance. De plus, la solution à base d'eau nécessitait 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 en utilisant 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 également ses coûts énergétiques de plus de 71 000 $ par an.
Figure 3. Illustration des économies annuelles sur les coûts d'électricité
Les économies liées à cette consommation d’énergie réduite ont été estimées sur la base d’un coût de l’électricité estimé à 14,33 cents/kWh. La réduction de 100 kw/heure de consommation d'énergie, calculée sur deux quarts de travail pendant 50 semaines par année (cinq jours par semaine, 20 heures par quart de travail), se traduit par une économie de 71 650 $ comme l'illustre la figure 3.
Réduction des coûts de main d’œuvre – Opérateurs et maintenance
Alors que les entités manufacturières continuent d’évaluer leurs coûts de main-d’œuvre, le processus UV offre des économies uniques en termes d’heures de travail des opérateurs et de maintenance. Avec les revêtements à base d'eau, le revêtement humide peut se solidifier en aval sur les équipements de manutention, qui doivent éventuellement être retirés.
Les opérateurs de l'usine de fabrication ont consacré un total de 28 heures par semaine à retirer/nettoyer le revêtement à base d'eau de son équipement de manutention en aval.
En plus des économies de coûts (environ 28 heures de travail x 36 $ [coût global] par heure = 1 008,00 $ par semaine ou 50 400 $ par an), les exigences de travail physique pour les opérateurs peuvent être frustrantes, chronophages et carrément dangereuses.
Le client a ciblé le nettoyage du revêtement pour chaque trimestre, avec des coûts de main-d'œuvre de 1 900 $ par trimestre, plus les coûts d'enlèvement du revêtement engagés, pour un total de 2 500 $. Les économies totales par an s'élevaient à 10 000 $.
Économies de revêtement – à base d’eau ou UV
La production de tuyaux sur le site du client était de 12 000 tonnes par mois de tuyaux de 9,625 pouces de diamètre. En résumé, cela équivaut à environ 570 000 pieds linéaires / ~ 12 700 pièces. Le processus d'application de la nouvelle technologie de revêtement UV comprenait des pistolets de pulvérisation à haut volume/basse pression avec une épaisseur cible typique de 1,5 mils. Le durcissement a été réalisé grâce à l’utilisation de lampes à micro-ondes UV Heraeus. Les économies réalisées sur les coûts de revêtement et les coûts de transport/manutention interne sont résumées dans les tableaux 2 et 3.
Tableau 2. Comparaison des coûts de revêtement – revêtements UV et à base d'eau par pied linéaire
Tableau 3. Économies supplémentaires grâce à la réduction des coûts de transport entrant et à la réduction de la manutention des matériaux sur site
De plus, des économies supplémentaires sur les coûts de matériaux et de main d'œuvre et des gains d'efficacité de production peuvent être réalisés.
Les revêtements UV sont récupérables (les revêtements à base d'eau ne le sont pas), permettant une efficacité d'au moins 96 %.
Les opérateurs passent moins de temps à nettoyer et à entretenir l'équipement 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 les vitesses de production de 100 pieds par minute à 150 pieds par minute, soit une augmentation de 50 %.
L'équipement de traitement UV dispose généralement d'un cycle de rinçage intégré, qui est suivi et programmé par heures de production. Cela peut être ajusté en fonction des besoins du client, ce qui réduit la main d'œuvre nécessaire pour le nettoyage du système.
Dans cet exemple, le client a réalisé une économie de coûts de 1 277 400 $ par an.
Réduction des COV
La mise en œuvre de la technologie de revêtement UV a également réduit les COV, comme le montre la figure 4.
Figure 4. Réduction des COV grâce à la mise en œuvre du revêtement UV
Conclusion
La technologie des revêtements UV permet aux fabricants de tuyaux d'éliminer pratiquement les COV dans leurs opérations de revêtement, tout en fournissant également un processus de fabrication durable qui améliore la productivité et les performances globales du produit. Les systèmes de revêtement UV génèrent également d’importantes économies de coûts. Comme indiqué dans cet article, les économies totales du client ont dépassé 1 200 000 $ par an, et ont éliminé plus de 154 000 livres d'émissions de COV.
Pour plus d’informations et pour accéder aux calculateurs de retour sur investissement, visitez www.alliedphotochemical.com/roi-calculators/. Pour des améliorations supplémentaires des processus et un exemple de calculateur de retour sur investissement, visitez www.uvebtechnology.com.
BARRE LATÉRALE
Durabilité du processus de revêtement UV/Avantages environnementaux :
Pas de composés organiques volatils (COV)
Pas de polluants atmosphériques dangereux (PAD)
Ininflammable
Sans solvants, eaux ou charges
Aucun problème de production d’humidité ou de température
Améliorations globales des processus offertes par les revêtements UV :
Vitesses de production rapides allant jusqu'à 800 à 900 pieds par minute, selon la taille du produit
Faible empreinte physique de moins de 35 pieds (longueur linéaire)
Travail en cours minimal
Séchage instantané sans exigence de post-durcissement
Aucun problème de revêtement humide en aval
Aucun ajustement du revêtement pour des problèmes de température ou d'humidité
Aucune manipulation/stockage particulier lors des changements d’équipe, de maintenance ou d’arrêts le week-end
Réduction des coûts de main d’œuvre associés aux opérateurs et à la maintenance
Possibilité de récupérer l'excédent de pulvérisation, de refiltrer et de réintroduire dans le système de revêtement
Performances améliorées des produits grâce aux revêtements UV :
Résultats améliorés des tests d’humidité
Excellents résultats des tests de brouillard salin
Possibilité d'ajuster les attributs et la couleur du revêtement
Couches transparentes, métallisées et couleurs disponibles
Coûts de revêtement par pied linéaire inférieurs, comme le montre le calculateur de retour sur investissement :
Heure de publication : 14 décembre 2023
