Vollautomatisierte Anlage zur dekorativen Oberflächenbeschichtung

Alles aus einer Hand

Mit der Herstellung von Produktionsanlagen für optische Datenträger - von der CD über die DVD bis zur Blu-Ray-Disc - ist die Firma Singulus Technologies groß geworden. Das dabei gewonnene Know-how hat das Unternehmen in immer neue Branchen übertragen können: Halbleiterindustrie, Solartechnik, Medizintechnik, Automotive und andere Bereiche, in denen Vakuum-Dünnschichttechnik und Beschichtungen gefragt sind. Bei der Automatisierungstechnik setzt Singulus auf Lösungen von Mitsubishi Electric. In den neusten Anlagen für dekorative Beschichtung arbeiten jetzt auch Sechsachsroboter des gleichen Herstellers.

Hochwertige dekorative Beschichtungen von Teilen aus Kunststoff, Metall, Keramik oder Glas sind in vielen Anwendungen gefragt. Typische Beispiele sind Verpackungen für Kosmetika, wie Lippenstifte oder Mascara. Da es in der Regel um hohe Stückzahlen geht, müssen Anlagen, die solche dekorativen Beschichtungen aufbringen, einen entsprechend hohen Durchsatz haben. Außerdem soll der Personalaufwand möglichst gering sein, die Anlagen müssen also vollautomatisch arbeiten.

Mit den Anlagen der Serie Decoline II bietet Singulus eine solche Lösung an, die alle Prozessschritte der Beschichtung in einem Inline-Verfahren vollautomatisch erledigt. Dies beginnt mit der Beladung von Substratträgern mit auf Linearachsen montierten Greifern. Diese setzen die Substrate auf spezielle Substratträger ab, die je nach Größe bis zu 18 Bauteile fassen. Anschließend werden die Oberflächen unter deionisierter Atmosphäre mit Rotationsdüsen gereinigt, um eventuell vorhandene Staubteilchen zu entfernen. Bevor die erste Lackschicht aufgebracht wird, sorgt eine Beflammung dafür, dass die Oberfläche optimal vorbereitet ist. Die Grundierung, die in der nächsten Station aufgebracht wird, besteht aus einem UV-härtenden Lack. Nachdem der Lack ausgehärtet ist, gelangen die Substratträger über eine Schleuße in das Herzstück der Anlage – den Polycoater. Dort wird unter Vakuum die Oberfläche der Substrate mit einem Metall oder einer Metalllegierung beschichtet.

Als Verfahren dient die Kathodenzerstäubung im Vakuum (Sputterdeposition), bei der eine Plasmaentladung Atome aus einem Target herausschlägt, die sich dann auf der Oberfläche des Werkstücks niederschlagen. Auf diese Weise entsteht eine hauchdünne und sehr homogene Metalloberfläche. Nach dem Sputtern verlässt der Substratträger die Vakuumkammer über eine zweite Schleuße. Und es erfolgt die zweite UV-Lackierung. Hierbei können auch farbige Lacke verwendet werden; Die Gestaltungsmöglichkeiten sind dadurch extrem vielfältig.

 Die modular aufgebaute Decoline II erledigt alle Schritte der Oberflächenbeschichtung vollautomatisch.
Die modular aufgebaute Decoline II erledigt alle Schritte der Oberflächenbeschichtung vollautomatisch.Bild: Singulus Technologies AG

Automatisierungskonzept aus einem Guss

Die Anlagen der Serie Decoline II sind modular aufgebaut und laufen ohne Bedienereingriff vollautomatisch. „Bei der Bedienung unserer Anlagen machen wir es dem Anwender generell so einfach wie möglich“, sagt Kilian Kruse, der als Director of Surface Refinement Coatings bei Singulus für diese Anlagen zuständig ist.

Als Hauptlieferant für die Automatisierungstechnik hat sich Singulus schon Ende der 1990er Jahre für Mitsubishi Electric entschieden. Das umfangreiche Portfolio leistungsfähiger Steuerungen und Antriebstechnik zusammen mit einem hervorragenden technischen Support hatten damals den Ausschlag gegeben. So kommt auch bei der Decoline II eine SPS aus der Serie Melsec iQ-R zum Einsatz, die für die Steuerung von Maschinen und Anlagen mit Servoantriebstechnik konzipiert ist. „Jedes Modul der Anlage ist mit einem separaten I/O-Knoten ausgestattet, die untereinander über Profinet kommunizieren“, erläutert Kruse. Auch die Servomotoren und die entsprechenden Servoverstärker, kommen von Mitsubishi Electric. In der ersten Version waren die Lackieranlagen mit statischen Achsen realisiert. Die Bauteile rotieren dabei auf den Spindelwagen und bewegen sich vertikal an den Sprühköpfen vorbei. „Eine qualitativ hochwertige Lackierung ist mit dieser Konfiguration natürlich nur bei zylindrischen Teilen möglich“, nennt Kilian Kruse eine Einschränkung: „Uns hat sich die zentrale Frage gestellt: Wie kann man dreidimensionale Strukturen optimal lackieren?“

Bild: Singulus Technologies AG

Roboter lackieren schnell und perfekt

Die Lackierung von komplex geformten Bauteilen lässt sich am besten mit Industrierobotern umsetzen. Lackierroboter, wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie verwendet werden, ahmen dabei die Bewegung eines menschlichen Arms nach, um ein qualitativ hochwertiges Ergebnis zu erzielen. „Da wir bisher sämtliche Automatisierungstechnik von Mitsubishi Electric bezogen haben und damit auch sehr zufrieden waren“, so Kilian Kruse, „lag es für uns auf der Hand, auch die Roboter von diesem Lieferanten zu beziehen.“

Mitsubishi Electric bietet u.a. vertikale Knickarmroboter aus der Serie RV-FR an, die mit einer Reichweite von rund einem m und einer Maximallast von 7 Kilogramm perfekt für die Aufgabe geeignet sind. Die fehlende Atex-Zertifizierung für Zone 1 und 2, die für eine Lackieranlage zwingend notwendig ist, wurde aufgrund der hohen Flexibilität des technischen Supports von Mitsubishi Electric in die Wege geleitet. Da die Roboterkinematik die technischen Voraussetzungen für eine Atex-Zertifizierung bereits erfüllte, konnte die Zertifizierung innerhalb kurzer Zeit abgeschlossen werden.

 Dekorative Beschichtungen 
mit hochwertiger Anmutung 
sind in vielen Bereichen gefragt.
Dekorative Beschichtungen mit hochwertiger Anmutung sind in vielen Bereichen gefragt.Bild: Singulus Technologies AG

Rezepturverwaltung ermöglicht kurze Rüstzeiten

Nachdem der passende Sechsachs-Roboter zur Verfügung stand, konnte das Team von Singulus die Programmierung der Automatisierungstechnik in Angriff nehmen. Ein großer Vorteil zeigte sich dabei sehr schnell, wie Kilian Kruse berichtet: „Unsere Spezialisten waren mit der Programmierung von Steuerungs- und Antriebstechnik von Mitsubishi vertraut. Da wir umfassende Unterstützung vom technischen Support erhalten haben, machte auch die Programmierung der Roboter keine großen Schwierigkeiten.“ Insbesondere die Schnittstellen zwischen Steuerungs- und Antriebstechnik auf der einen und Roboter auf der anderen Seite sind sehr komfortabel.

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Mitsubishi Electric Europe B.V.

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