El artículo presenta cómo se ha generado un marcado aumento en la calidad, la eficiencia y la flexibilidad de las pinturas para el sector automotriz.
por Doris Schulz*
Las variadas exigencias de los clientes, los requisitos de calidad cada vez más estrictos, los ciclos de vida cada vez más cortos de los modelos, el aumento en el uso de tecnologías de diseño livianas, el avance de la digitalización y de la interconexión de procesos de fabricación: todas ellas son tendencias que mantienen ocupada a la industria automotriz (incluyendo la pintura de vehículos) y a sus proveedores. Las compañías del sector de la tecnología de pintura industrial están trabajando en desarrollar soluciones innovadoras para todas las aplicaciones imaginables que les permitan estar a la altura de los desafíos que plantean estas tendencias.
Tradicionalmente se espera que la pintura de los automóviles tenga una apariencia atractiva y que brinde una protección ideal al exterior metálico. Sin embargo, las demandas han cambiado radicalmente. Por ejemplo, se exige una individualización cada vez mayor, tanto para el exterior como para el interior de los automóviles, una exigencia que al final ha dado lugar a un lote de fabricación de una sola unidad. Es cada vez más frecuente que las carrocerías y los componentes de los vehículos se produzcan empleando combinaciones de materiales que contribuyen a reducir el peso del vehículo y, por lo tanto, generan un menor consumo de combustible.
Las tendencias del uso compartido de automóviles, la electromovilidad y la conducción autónoma, así como el avance de la digitalización y la interconexión de los procesos de producción, también están dando lugar a nuevas tareas y requerimientos en el campo de la tecnología de pinturas. Factores como el aumento de la cuota del primer lote y la mejora de la disponibilidad del sistema, así como de la eficiencia energética y de los materiales, juegan un papel importante en la implementación de estas tareas en los mercados globales. Las empresas de la industria de la pintura están trabajando para mejorar las soluciones existentes y desarrollar otras nuevas, en todas las etapas del proceso, con el fin de alcanzar estos objetivos.
Ajuste del pretratamiento
Los diseños compuestos, específicamente, el uso de plásticos de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP, por sus siglas en inglés), en combinación con componentes metálicos, sigue siendo todo un desafío. Por un lado, se requieren numerosos pasos intermedios, como el lijado y la aplicación de masilla, para producir una superficie de clase A. Por otro lado, es necesario evitar la corrosión electroquímica en los bordes de los componentes CFRP, la cual puede ocurrir después del procesamiento si las fibras de carbono sueltas entran en contacto con los componentes metálicos. Actualmente se están desarrollando distintos proyectos que abordan estos problemas, con el objetivo, entre otros, de desarrollar un proceso para el adecuado sellado de los bordes.
En el caso de materiales livianos sensibles a la temperatura, como plásticos y compuestos, las altas temperaturas del horno, que oscilan entre 100 y 200 C después del recubrimiento catódico por inmersión, también pueden ser problemáticas. Los proveedores de pinturas están trabajando para solucionar este problema, para lo cual basta con tener temperaturas del horno considerablemente más bajas. Sin embargo, también se debe garantizar que otras etapas del proceso, tales como el curado de adhesivos, selladores y aleaciones que se endurecen por horneado, también se puedan realizar de forma confiable a estas temperaturas. La inspección de calidad del recubrimiento catódico por inmersión, un proceso que requiere mucho tiempo y que todavía se realiza con métodos destructivos, se puede reducir o reemplazar por completo con la ayuda de simulaciones adecuadas.
El tradicional sistema de lavado a presión con secador de agua retenida aguas abajo está siendo reemplazado cada vez más por tecnologías alternativas como el chorro de nieve con CO2, procesos de plasma y técnicas de limpieza con vapor para el pretratamiento de componentes hechos de plástico y CFRP. Además de una considerable reducción de los costos, del espacio requerido y del consumo energético, otra razón para adoptar esta tendencia es la posibilidad de integrar y controlar fácilmente estas alternativas en un entorno de fabricación interconectado.
Procesos de pintura de gran eficiencia
La pintura sin relleno no es completamente nueva, pero sigue teniendo gran relevancia. La función que tiene la capa de relleno se logra generalmente por medio de un sistema de pintura a base de agua para este concepto integrado. Dependiendo de la apariencia, del tono y de los niveles de calidad que se pueden lograr con el proceso sin relleno, el proceso convencional con relleno, capa base y capa transparente es la alternativa más eficiente para aplicaciones en fresco (húmedo sobre húmedo) sin secado intermedio.
Hablando de apariencia, la tendencia actual se dirige a un mayor policromatismo y a una pintura más individualizada. El objetivo es poder pintar sin enmascarar y reducir significativamente el tiempo y el esfuerzo requeridos. La pintura sin enmascarado ya se ha implementado en la industria de la aviación para revestir las aletas de la cola de los aviones, a lo que se ha sumado la decoración sin ningún exceso de rociado, gracias al uso de gotas individuales. La película en aerosol es otro método que se puede aplicar con un borde muy afilado y que basta con retirar luego de un tiempo.
Un nuevo sistema transportador que desplaza las carrocerías por el taller de pintura sin emplear patines de acero permite reducir los costos de energía, ya que no es necesario calentar ni enfriar los patines. Además, este sistema hace más flexible el proceso de pintura porque la velocidad se puede adaptar al respectivo paso del proceso. De esta manera, es posible organizar y optimizar con mayor flexibilidad los tiempos de los ciclos, así como el rendimiento.
Las piezas decorativas y funcionales para el interior del vehículo y las molduras, como las molduras de los parales que están alrededor de la carrocería, generalmente se fabrican mediante moldeo por inyección de plástico. Las superficies de estos componentes deben cumplir requisitos muy específicos en cuanto a las características ópticas y hápticas, así como a la durabilidad. Estos requisitos se pueden satisfacer con la ayuda de soluciones avanzadas basadas en el proceso de revestimiento por cortina RIM (moldeo por inyección reactiva). Los dos componentes de pintura se inyectan en el molde durante el proceso de reforma o de decoración en molde. Si se agrega color como tercer componente, los cabezales mezcladores de 3 componentes permiten inyectarlo directamente en la pieza, y los cambios de color son tan rápidos y sencillos como con la pintura en aerosol. Por lo tanto, los componentes revestidos se pueden fabricar por medio de un proceso único.
En el caso de la pintura en aerosol convencional de piezas de plástico para el interior del vehículo, los sistemas de una sola capa reducen el número de pasos del proceso, lo cual genera un mayor rendimiento y ahorro de tiempo y una reducción del consumo de materiales. Los sistemas de pintura de reciente desarrollo también se pueden emplear para la protección de decoraciones en madera fina. Por lo tanto, el recubrimiento superior puede hacerse en aproximadamente 3 horas, ya sea mediante un proceso manual o automático de pintura por pulverización. En contraste con los sistemas que se utilizaban antes, esto representa un ahorro de tiempo de 5 horas, lo que genera un considerable aumento de la productividad.
Tecnología de aplicación de mejor eficiencia
En lo que respecta a la aplicación, el objetivo es implementar procesos que permitan el recubrimiento, eliminando, o reduciendo de forma significativa, el exceso de rociado. Hasta que las soluciones de este tipo estén realmente disponibles en el mercado, se da la mayor prioridad al aumento de la eficiencia en la aplicación de la pintura. Las empresas utilizan diversas posibilidades de optimización para lograr este fin, por ejemplo, la modificación de las unidades de control de aire y de las campanas giratorias, así como la capacidad de ajuste del chorro de pulverización.
Gracias a su flexibilidad, los atomizadores para pinturas a base de agua se pueden usar para pintar diversos componentes de plástico, así como para zonas combinadas en la parte interior y exterior del vehículo. El tamaño compacto hace fácil el acceso, incluso en áreas geométricamente complejas. Además de esto, los nuevos atomizadores se distinguen por una tecnología robusta de alto voltaje y por generar una contaminación mínima, lo que reduce los costos de limpieza. En lo que respecta a la limpieza de los sistemas de aplicación de pintura, una nueva tecnología de enjuague libre de compuestos orgánicos volátiles (COV) permite hacer cambios rápidos de color y del sistema de pintura, y, por lo tanto, aumenta la flexibilidad y la productividad del proceso de pintura.
Existe una marcada tendencia hacia sistemas de depuración en seco para eliminar el exceso de rociado. De esta manera, el aire en la cabina de aplicación pintura se puede hacer recircular. Además, la deshumidificación del aire requerida para los sistemas de depuración húmeda se elimina y se puede ahorrar la energía que se consume con este propósito.
Tecnología innovadora de secado
Las nuevas secadoras también permiten ahorrar cantidades considerables de energía y espacio en el proceso de pintura de la carrocería del automóvil.
Por ejemplo, se creó un horno en el cual se integraron el quemador y los ventiladores a los paneles laterales del túnel secador, lo cual no solo permite ahorrar espacio, sino que también reduce la pérdida de flujo. La temperatura y el flujo de aire se pueden adaptar a diversos tipos y áreas de la carrocería con el uso de boquillas giratorias. En el caso de los vehículos eléctricos, por ejemplo, esto garantiza que el panel del umbral, que tiene materiales de mayor grosor, se caliente hasta la temperatura requerida, en la misma medida que las áreas en las que se utilizan sustratos con materiales de un grosor mínimo. Una característica adicional de la nueva secadora es que su funcionamiento depende de la carga, lo cual también contribuye de forma clara a la reducción de los costos operativos.
La inspección de la película de revestimiento en carrocerías de automóviles, que todavía suelen realizar visualmente los empleados de producción, es fuente de fatiga y, por lo tanto, de errores. Nuevas soluciones, por ejemplo, basadas en túneles de luz, equipados con tecnología LED para el ahorro energético, en los que las carrocerías se iluminan de forma homogénea, y en gran medida sin deslumbramiento, permiten estaciones de trabajo ergonómicas y una menor tasa de errores. Al mismo tiempo, los datos obtenidos en la inspección pueden obtenerse y transferirse al control de producción de forma automática.
Taller de pintura 4.0 y aprendizaje automático
Un MES (sistema de ejecución de la manufactura) de alto rendimiento que supervise y controle la producción es la clave para una fabricación eficiente. La integración de los datos obtenidos por los sensores de las diversas áreas del taller de pintura permite configurar el proceso de manera más efectiva.
Si los datos esenciales sobre el estado del sistema, los procesos y los productos son analizados y vinculados entre sí, los sistemas también se pueden volver inteligentes y autorregulables mediante algoritmos basados en el conocimiento. Las soluciones correspondientes ya están disponibles para varias funciones dentro del taller de pintura, por ejemplo, la gestión del aire para secadoras de pintura y mantenimiento preventivo.
Y la celda de pintura de programación automática para revestir lotes de producción de una sola unidad ya no es ficción. Fue desarrollada durante un proyecto de investigación y permite realizar un proceso automático de pintura en cinco pasos: en primer lugar, el objeto que se va a pintar se somete a un escaneo tridimensional y se crea una simulación dinámica de fluidos con base en los datos escaneados. Se determinan las trayectorias de las gotas de pintura y las cantidades ideales de pintura y aire para el espesor deseado de las capas. Como tercer paso, el sistema concibe la mejor trayectoria posible del robot para el proceso de pintura a partir de estos datos. A continuación, ocurre el proceso efectivo de pintura, después de lo cual se lleva a cabo la inspección de calidad, el quinto paso, mediante el uso de la tecnología de terahercios.
* Doris Schulz es periodista y representa a la organización de la feria PaintExpo – Feria líder internacional en el sector de las técnicas de lacado industrial, cuya última edición se realizó del 17 al 20 de abril de 2018 en Messe Karlsruhe – Alemania. www.paintexpo.com
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