塑料制造和加工的整体流程

亮仔仔

在塑料的制造和加工中，整体流程原理现在变得重要了。Balda和Singulus两公司联手，针对注塑、塑料件涂装与喷漆，开发出了一套串联式系统。此加工中心于2007年5月在位于德国Bad Oeynhausen的Balda公司开始运转。
位于德国Bad Oeynhausen市的Balda公司与位于德国Kahl am Main的Singulus技术公司，已经为塑料产品表面处理开发出了一种新颖的生产线。从注塑机上取下成型件，并转移至该系统中，在这里金属感外观和耐刮涂层被应用，这些是完全自动进行的。这是世界上同类生产步骤中首例完全集成式的。它能经济高效地进行哪怕是最小批量规模的生产。
  b6 d) }2 j9 P$ {0 R. U4 d  F市场潮涌
  D1 p4 \9 ^% w3 f8 c. e$ Y, P“整体式流程”一词描述了以流经生产系统的单个产品为基础、进行完美生产的步骤，无需缓冲器或储存器。所以，一个部件在生产流程中被连续地加工，直至被做出来。这种“整体式流程”概念有意思的方面是，它取代了传统的分批次加工。因为一个紧接一个地加工单个工件是如此的高效，所以这种生产系统变得非常灵活，以至于除了加工时间缩短以外，系统也能在数量较少时高效运行。另外的优点包括加工所用占地面积缩小和生产质量优良。
对于Balda公司来讲，因为这种系统在处理不同类型产品时具有多功能性，所以它的灵活性特别吸引人，而当谈到出自IT或通讯领域的产品时，这已经是想当然的了。而且，对这样一种方法的需求也有望未来在汽车、化妆品和医疗领域中会根深蒂固。利用基于“整体式流程”原理的生产概念，可以有效地缓冲因此产生的生产波动。
手机市场立于开发设计之最前沿，需要有这样的灵活性。在电子、化妆品、家居用品和汽车业等其它领域，也越来越多出现这种情况。但是，这些潮流在移动电信市场是最为明显的，因为近年来手机已经发生了翻天覆地的变化。
手机已经从一种纯粹的功能装备转变成为了设计件，这种趋势在其它市场也有出现，甚至是医疗技术。与之相伴的是顾客需求的实在变化。尽管在初期，产品种类少而数量大的项目是生产惯例，但今天的趋势明显是向数量较少、相应产品种类较多的方向发展。而且，供应商标识与特殊版本的出现也推动着手机的个性化。
+ z  L- n, p2 A技术动态
# v* ~, T, r7 H& {' a" ]与Balda希望用来尽可能地接近整体式流程理想的前瞻性串联工艺相比，当前的装饰性塑料件的生产是基于所谓的分批次加工。在这种方法中，塑料件是在仅负责单一生产步骤的各个部门里、于单独的操作中被依次生产出来。
0 E& H7 l4 W- k. e! Z! H1 DBalda加工手机外壳的一个典型步骤涉及到了注塑、涂装和喷漆。部件首先在注塑部门被生产出来，随后被检验，再为了下一步的运输而被包装好。具有4腔模具的注塑机的生产能力约为每小时1000件。如果需要PVD（“物理蒸镀”）层来为部件表面赋予金属感外观，那么塑料件首先被涂上一层底漆，使表面光滑，并提供必要的粘性。接下来，这些部件被再次真空金属化处理和涂覆。最后涂层（硬层）是为了实现良好的耐刮和耐磨性而被涂上的。
/ m& C' `; \' T$ ^: @; T7 h 如果没有做金属化处理，注塑件要经历多步的涂漆过程。部件被放置于专门的夹具上，用罩子盖住，弄干净，再涂上漆。涂上了几层底漆，最后是一个保护层（面层或硬层），确保表面质量长时间的优良。接下来是质量控制，是在塑件被再次包装和输送到组装工位之前。标准涂漆生产线的能力约为每小时10000件。
4 y) K1 i1 Q: y0 I表面处理的串联式工艺概念
1 m; j6 L- ^1 F  p6 f. W' ]# P& I串联式工艺把全部的单个生产步骤组合到一个集中式生产步骤中。所以部件直接从一个加工工位流转到下一个工位。在这种情况下，注塑、涂漆和PVD涂覆被连结在一起了。
Balda和Singulus两公司为此目的而一起设计系统，包含了针对各自工艺步骤的几种模块。一个附带的输送系统把工作单元一个接一个地连系起来，并在净室环境下把部件由一个加工位送到下一个工位。根据不同目的，不同的模块可以被连结在一起。与分批次加工模式相比，没有部件被缓冲、清洁或检查。所有部件被“串联式”地从一个工位输送到下一个工位，并被加工，直至完成产品。
; m& g3 r- N7 C Balda正在具体考虑如何能控制这些部件通过这个串联式工艺。为达到此目的，将需要各种模块组合。在任何一种情况下，整个工艺开始于塑料件的注塑。根据用途的不同，接下去是各种工位，用于涂底漆、PVD涂覆和硬层、单一硬层、或底漆与耐刮面漆的连续涂抹。
! U: r' d' M% @ 系统规划所有单元
在开发阶段，两个合作伙伴受益于Singulus公司在光学数据储存媒介（光盘）涂装方面的经验。该公司依靠自有的Singulus 3DS，已经拥有了用于全自动金属化处理三维塑料件表面的系统。为了还能对塑件进行装饰，从2006年中以来，Balda和Singulus开发出了一个适当的涂漆单元（型号：Singulus 3DL）。凭藉涂漆方面的经验，Balda贡献出它在工艺线路弹性化方面的专业知识，这在它自己公司里已经多年被用于组装操作中。Singulus为串联式工艺概念贡献出必需的得到充分发展的自动化解决方案，其基础原理在光盘生产中已被证明是有效的。
) B8 U+ D& V6 `* ?( i! K& W从最初的概念提出到最终的系列生产系统，来自两间公司、由技术专家组成的多学科团队都规划和执行了所有的开发步骤。双方都步调一致地追求着整体式流程理念。以10秒以内的周期时间，一个部件被涂漆和涂覆。然而，为了满足生产现实下的高期望，项目组不得不弄出了一些特别的解决方案。
- A  ]# a  M. c/ S+ ~ 为了加速工艺步骤和实现不粘附喷涂物的回收，应用了不含溶剂的UV固化油漆。喷出来但又越过成型件的漆料可以立即在喷漆房内被收集、过滤、并被部分返回到工艺中。为了以最佳方式对所有可能的形状进行处理，喷漆模块被装备上两个独立作业的喷枪。而且，喷房里的塑件可以旋转360度。被喷漆的产品也在同样的喷漆模块中经历UV固化。与油漆接触的那部分喷房可以与余下的组件完全分开，目的是在生产过程中迅速换漆。
( G  f. a. W& L% @  Q, b* J塑件在Singulus 3DS模块中获得金属似的表面质量。在这里，可以用各种金属对塑件进行涂覆，例如不锈钢、铬、铝或硅。通过应用特殊的对象，也有可能出现不传导真空金属化处理(NCVM)，它在手机市场中变得越来越重要了。所用的阴极溅镀技术应用了阴极汽化。
产出率最大的工艺
7 G) n. I  @8 \+ D4 R串联式加工最为明显的优点是塑件的集中化生产和加工： 通过在系统概念中避免出现非生产性时间、在步骤之间消除质量控制、以及将运输降低到最小，生产的成本效益以一种可持续的方式被提升。而且，因为所有工艺步骤在净室条件下发生，产品的清洁也就不必要了。
+ w( q' z* R  z4 T& [7 r在初期启动时，Balda和Singulus尽力将生产的整体不良率限制到当前所用分批生产方法不良率的两成。在喷漆不良率经常为10%-20%的前提之下，也可能实现显著的成本节省。
一种集合工艺的监控系统将生产单元的可用性保持在很高水准。内部监控与优化回路持续地调节工艺，适应质量需求。工艺成本低部分源于串联生产下的存货可以减少到几乎为零。因为各个工艺步骤之间的直接联系即刻揭示出所有的依从性和影响因素，所以可以不用与现有生产进行比较就迅速鉴定新产品。由此，可以比传统的生产方法快得多地完成产品变换。
# ^! @5 f3 e; j这种新型系统技术的竞争力从开发最开始时就处于聚光灯之下。只有实现自动化生产和消除中间手动操作，才会实现比以前所实现的更低不良率。这种优点对于在欧洲的生产是极为适用的，也就是在一个工资相对较高、工作时间短、相应自动化程度高的地方。
9 P( `9 B6 c0 W9 Y5 j$ A/ `可能的系统结构
  J  B/ R3 q: L& _1 k* E% R$ B2 R串联式生产系统在2007年5月投入了生产，能提供三种不同类型的装饰。
/ U9 ^: c0 B& |硬层。这种涂层为LCD面板盖等透明件提供了高度的耐刮能力。
) K4 ~' {% O6 P+ H7 W金属化处理的表面。真空金属化处理层是随后的硬质涂覆，提供保护作用。在这种方式中，也可能处理透明件，目的是形成半透明镜面效果。而且，NCVM层也可被涂敷到手机壳上。尽管这些涂层具有金属的外观，但它们不会影响天线的性能。这种金属化处理被用于GSM和UMTS手机以及DECT无线对讲机上。
+ s) J' l5 g0 k% |/ W高光表面。上色的底漆层之后是一层用于长期保护的高光硬质覆层。应用这种技术是要在手机壳上实现“钢琴黑”效果，产生从高品质钢琴可发现的光亮油漆外观。
  t1 v( I; l0 P1 E为了充分利用这种灵活性，必须用组合件来组建系统。根据特别要求，可以组合起系统的一个或多个生产单元。这为将来开辟了新希望，是利用传统方法不能实现或者只能艰难实现的。这可以包括位于生产单元之间的激光器，在表面（如开关的白天/晚上设计和汽车内部旋钮）上产生个性化的文字、符号或图形，或者包括可能的印刷过程，例如软布印刷、丝网印刷或数码印刷，适合于和系统结合起来。
" k3 E6 V1 A, Z# m3 K/ o7 T9 E顾客关注度高
: S$ ], }# K1 A0 k初期与汽车业、消费类电子产品和化妆品行业顾客的沟通是非常鼓舞人心的。这些潜在顾客认为均一的高品质和低不良率具有重要的价值。
2 ?/ L4 s/ C5 I/ y+ j# O( }7 f5 U( e已经有大量来自各个领域的产品，顾客正针对串联生产方法对它们进行鉴定。相应的，Balda公司在Bad Oeynhausen的生产能力扩展也已经拉开帷幕。
" }# I& J) {2 I5 G' i文章关键词： 塑料、金属加工、汽车