การประยุกต์ใช้การเคลือบด้วยแสงยูวีในยานยนต์

หลายคนมองว่าเทคโนโลยี UV เป็นเทคโนโลยี “ใหม่เอี่ยม” สำหรับการบ่มสารเคลือบอุตสาหกรรม แม้ว่าเทคโนโลยีนี้อาจเป็นเรื่องใหม่สำหรับหลาย ๆ คนในอุตสาหกรรมการเคลือบอุตสาหกรรมและยานยนต์ แต่เทคโนโลยีนี้ก็มีมานานกว่าสามทศวรรษแล้วในอุตสาหกรรมอื่น ๆ...

หลายคนมองว่าเทคโนโลยี UV เป็นเทคโนโลยี “ที่กำลังมาแรง” สำหรับการบ่มสารเคลือบอุตสาหกรรม แม้ว่าเทคโนโลยีนี้อาจเป็นเรื่องใหม่สำหรับหลาย ๆ คนในอุตสาหกรรมการเคลือบอุตสาหกรรมและยานยนต์ แต่ก็มีมานานกว่าสามทศวรรษแล้วในอุตสาหกรรมอื่น ๆ ผู้คนเดินบนผลิตภัณฑ์พื้นไวนิลเคลือบ UV ทุกวัน และหลายคนก็มีผลิตภัณฑ์เหล่านี้อยู่ในบ้าน เทคโนโลยีการบ่ม UV ยังมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ตัวอย่างเช่น ในกรณีของโทรศัพท์มือถือ เทคโนโลยี UV ถูกนำมาใช้ในการเคลือบตัวเรือนพลาสติก การเคลือบเพื่อปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายใน ชิ้นส่วนที่ติดกาว UV และแม้แต่ในการผลิตหน้าจอสีที่พบในโทรศัพท์บางรุ่น ในทำนองเดียวกัน อุตสาหกรรมใยแก้วนำแสงและ DVD/CD ล้วนใช้สารเคลือบ UV และกาว ซึ่งคงไม่สามารถเกิดขึ้นได้อย่างที่เรารู้จักกันในปัจจุบัน หากเทคโนโลยี UV ไม่ได้ช่วยให้เกิดการพัฒนา

การบ่มด้วยแสงยูวีคืออะไร? พูดง่ายๆ ก็คือ กระบวนการเชื่อมขวาง (บ่ม) สารเคลือบด้วยกระบวนการทางเคมีที่เริ่มต้นและคงอยู่ด้วยพลังงานแสงยูวี สารเคลือบจะเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็งได้ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งนาที แม้จะมีความแตกต่างพื้นฐานในวัตถุดิบบางชนิดและฟังก์ชันการทำงานของเรซินที่ใช้เคลือบ แต่ผู้ใช้สารเคลือบจะเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ได้

อุปกรณ์การใช้งานทั่วไป เช่น ปืนพ่นละอองอากาศ, HVLP, ระฆังหมุน, การเคลือบแบบไหล, การเคลือบแบบลูกกลิ้ง และอุปกรณ์อื่นๆ จะใช้การเคลือบด้วยรังสี UV อย่างไรก็ตาม แทนที่จะต้องเข้าเตาอบความร้อนหลังจากการเคลือบและการใช้ตัวทำละลายแบบแฟลช การเคลือบจะถูกทำให้แข็งตัวด้วยพลังงาน UV ที่สร้างขึ้นโดยระบบหลอด UV ซึ่งจัดวางในลักษณะที่ให้แสงสว่างแก่การเคลือบด้วยพลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นต่อการแข็งตัว

บริษัทและอุตสาหกรรมที่ใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะของเทคโนโลยี UV ได้ส่งมอบคุณค่าอันพิเศษด้วยการมอบประสิทธิภาพการผลิตที่เหนือกว่าและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่เหนือกว่าพร้อมกับการปรับปรุงผลกำไร

การใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะของ UV

คุณสมบัติหลักที่สามารถใช้ประโยชน์ได้คืออะไร? ประการแรก ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การบ่มนั้นรวดเร็วมากและสามารถทำได้ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งช่วยให้การบ่มวัสดุพิมพ์ที่ไวต่อความร้อนมีประสิทธิภาพ และสามารถบ่มสารเคลือบทุกชนิดได้อย่างรวดเร็ว การบ่มด้วยแสงยูวีเป็นกุญแจสำคัญสู่ผลผลิต หากข้อจำกัด (คอขวด) ในกระบวนการของคุณคือระยะเวลาการบ่มที่ยาวนาน นอกจากนี้ ความเร็วนี้ยังช่วยให้กระบวนการใช้พื้นที่น้อยลงมาก เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว สารเคลือบทั่วไปที่ต้องอบ 30 นาทีด้วยความเร็วสายการผลิต 15 ฟุตต่อนาที ต้องใช้สายพานลำเลียงในเตาอบ 450 ฟุต ในขณะที่สารเคลือบที่บ่มด้วยแสงยูวีอาจต้องใช้สายพานลำเลียงเพียง 25 ฟุต (หรือน้อยกว่า)

ปฏิกิริยาการเชื่อมขวางด้วยรังสียูวี (UV cross-linking reaction) ส่งผลให้สารเคลือบมีความทนทานทางกายภาพที่เหนือกว่าอย่างมาก แม้ว่าสารเคลือบสามารถผลิตให้แข็งสำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น พื้นได้ แต่ก็สามารถทำให้มีความยืดหยุ่นสูงได้เช่นกัน สารเคลือบทั้งสองประเภท ทั้งแบบแข็งและแบบยืดหยุ่น ถูกนำมาใช้ในงานยานยนต์

คุณสมบัติเหล่านี้เป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาและการแพร่หลายอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยี UV สำหรับการเคลือบยานยนต์ แน่นอนว่าการอบด้วยแสงยูวีสำหรับการเคลือบอุตสาหกรรมมีความท้าทายหลายประการ สิ่งสำคัญอันดับแรกที่เจ้าของกระบวนการให้ความสำคัญคือความสามารถในการให้พลังงาน UV ครอบคลุมทุกส่วนของชิ้นส่วนที่ซับซ้อน พื้นผิวทั้งหมดของสารเคลือบต้องได้รับพลังงาน UV ขั้นต่ำที่จำเป็นต่อการอบเคลือบ ซึ่งจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ชิ้นส่วนอย่างละเอียด การจัดเรียงชิ้นส่วน และการจัดเรียงหลอดไฟเพื่อกำจัดพื้นที่เงา อย่างไรก็ตาม มีการพัฒนาที่สำคัญในด้านหลอดไฟ วัตถุดิบ และผลิตภัณฑ์สูตรสำเร็จที่สามารถเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ได้เกือบทั้งหมด

ระบบไฟส่องสว่างด้านหน้ายานยนต์

การใช้งานเฉพาะด้านยานยนต์ที่รังสี UV ได้กลายเป็นเทคโนโลยีมาตรฐาน คืออุตสาหกรรมไฟส่องสว่างด้านหน้ายานยนต์ ซึ่งมีการใช้สารเคลือบป้องกันรังสี UV มานานกว่า 15 ปี และปัจจุบันครองส่วนแบ่งตลาดถึง 80% ไฟหน้าประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสองส่วนที่ต้องเคลือบ ได้แก่ เลนส์โพลีคาร์บอเนตและตัวครอบแผ่นสะท้อนแสง เลนส์ต้องการสารเคลือบที่แข็งและป้องกันรอยขีดข่วนสูง เพื่อปกป้องโพลีคาร์บอเนตจากสภาพอากาศและการใช้งานที่หนักหน่วง ตัวครอบแผ่นสะท้อนแสงมีสารเคลือบ UV (ไพรเมอร์) ที่ช่วยปิดผนึกพื้นผิวและให้พื้นผิวที่เรียบเนียนเป็นพิเศษสำหรับการเคลือบผิวโลหะ ปัจจุบันตลาดสารเคลือบ UV ของตัวครอบแผ่นสะท้อนแสงส่วนใหญ่ผ่านกระบวนการบ่มด้วยรังสี UV 100% เหตุผลหลักของการนำมาใช้คือประสิทธิภาพการผลิตที่เพิ่มขึ้น กระบวนการผลิตขนาดเล็ก และคุณสมบัติการเคลือบที่เหนือกว่า

แม้ว่าสารเคลือบที่ใช้จะผ่านการอบด้วยแสงยูวี แต่ก็มีตัวทำละลายอยู่ด้วย อย่างไรก็ตาม ส่วนที่พ่นเกินส่วนใหญ่จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ และนำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการ ทำให้มีประสิทธิภาพการถ่ายโอนเกือบ 100% การพัฒนาในอนาคตมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มปริมาณของแข็งให้ถึง 100% และไม่จำเป็นต้องใช้สารออกซิไดเซอร์

ชิ้นส่วนพลาสติกภายนอก

หนึ่งในการใช้งานที่ไม่ค่อยเป็นที่รู้จักคือการใช้สารเคลือบใสชนิดบ่มด้วยรังสียูวี (UV Curable Clearcoat) บนชิ้นงานขึ้นรูปด้านข้างตัวถังแบบขึ้นรูปที่มีสี ในขั้นต้น สารเคลือบนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อลดการเกิดสีเหลืองจากการสัมผัสภายนอกของชิ้นงานขึ้นรูปด้านข้างตัวถังไวนิล สารเคลือบนี้ต้องมีความแข็งแรงและยืดหยุ่นสูงเพื่อรักษาการยึดเกาะโดยไม่แตกร้าวจากวัตถุที่กระทบกับชิ้นงาน ปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดการใช้สารเคลือบยูวีในงานนี้คือความเร็วในการบ่ม (ใช้พื้นที่กระบวนการน้อย) และคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่เหนือกว่า

แผงตัวถัง SMC

แผ่นขึ้นรูป (SMC) เป็นวัสดุคอมโพสิตที่ถูกนำมาใช้แทนเหล็กมานานกว่า 30 ปี SMC ประกอบด้วยเรซินโพลีเอสเตอร์ผสมใยแก้วที่หล่อเป็นแผ่น จากนั้นแผ่นเหล่านี้จะถูกนำไปวางในแม่พิมพ์อัดและขึ้นรูปเป็นแผงตัวถัง SMC เป็นตัวเลือกที่สามารถเลือกใช้ได้เนื่องจากช่วยลดต้นทุนการผลิตสำหรับการผลิตจำนวนน้อย ลดน้ำหนัก ทนทานต่อรอยบุบและการกัดกร่อน และให้อิสระแก่ช่างออกแบบมากขึ้น อย่างไรก็ตาม หนึ่งในความท้าทายในการใช้ SMC คือการตกแต่งชิ้นส่วนในโรงงานประกอบ SMC เป็นวัสดุพื้นผิวที่มีรูพรุน เมื่อแผงตัวถังซึ่งปัจจุบันติดตั้งอยู่ในรถยนต์ เข้าเตาอบสีเคลือบใส อาจเกิดข้อบกพร่องของสีที่เรียกว่า "porosity pop" ซึ่งจะต้องซ่อมแซมเฉพาะจุด หรือหากมี "porosity pop" มากพอ ก็สามารถทำสีตัวถังใหม่ทั้งหมดได้

เมื่อสามปีก่อน เพื่อขจัดข้อบกพร่องนี้ BASF Coatings ได้วางจำหน่ายผลิตภัณฑ์เคลือบพื้นผิวแบบไฮบริด UV/thermal เหตุผลในการใช้วิธีการบ่มแบบไฮบริดคือเพื่อให้สีที่พ่นออกมาแห้งบนพื้นผิวที่ไม่สำคัญ ขั้นตอนสำคัญในการกำจัด "รูพรุนที่แตก" คือการสัมผัสกับพลังงาน UV ซึ่งจะช่วยเพิ่มความหนาแน่นของการเชื่อมขวางของสารเคลือบที่สัมผัสกับพื้นผิวที่สำคัญอย่างมีนัยสำคัญ หากสารเคลือบไม่ได้รับพลังงาน UV ขั้นต่ำ สารเคลือบก็ยังคงผ่านข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพอื่นๆ ทั้งหมด

การใช้เทคโนโลยีบ่มคู่ในกรณีนี้มอบคุณสมบัติการเคลือบแบบใหม่ด้วยการใช้การบ่มด้วยแสงยูวี พร้อมกับให้ค่าความปลอดภัยสำหรับการเคลือบในงานที่มีมูลค่าสูง การใช้งานนี้ไม่เพียงแต่แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีแสงยูวีสามารถให้คุณสมบัติการเคลือบที่เป็นเอกลักษณ์เท่านั้น แต่ยังแสดงให้เห็นว่าระบบการเคลือบที่บ่มด้วยแสงยูวีนั้นสามารถใช้งานได้จริงกับชิ้นส่วนยานยนต์ที่มีมูลค่าสูง ปริมาณมาก ขนาดใหญ่ และซับซ้อน การเคลือบนี้ถูกนำไปใช้กับแผงตัวถังรถยนต์ประมาณหนึ่งล้านแผง

เคลียร์โค้ท OEM

อาจกล่าวได้ว่ากลุ่มตลาดเทคโนโลยี UV ที่โดดเด่นที่สุด คือ สารเคลือบภายนอกตัวถังรถยนต์ Class A บริษัทฟอร์ด มอเตอร์ ได้จัดแสดงเทคโนโลยี UV บนรถต้นแบบ Concept U ในงาน North American International Auto Show ปี พ.ศ. 2546 เทคโนโลยีการเคลือบที่สาธิตคือสารเคลือบใสบ่มด้วยรังสี UV ซึ่งคิดค้นสูตรและจัดหาโดย Akzo Nobel Coatings สารเคลือบนี้ถูกนำไปใช้และบ่มบนแผงตัวถังแต่ละชิ้นที่ทำจากวัสดุหลากหลายชนิด

ในงาน Surcar การประชุมระดับโลกด้านการเคลือบสีรถยนต์ชั้นนำ ซึ่งจัดขึ้นทุกสองปีในประเทศฝรั่งเศส ทั้ง DuPont Performance Coatings และ BASF ได้นำเสนอเทคโนโลยีการบ่มด้วยแสงยูวีสำหรับสีเคลือบใสยานยนต์ในปี พ.ศ. 2544 และ 2546 ปัจจัยขับเคลื่อนของการพัฒนานี้คือการปรับปรุงความพึงพอใจของลูกค้าในด้านสี นั่นคือ ความทนทานต่อรอยขีดข่วนและรอยขูดขีด ทั้งสองบริษัทได้พัฒนาสารเคลือบแบบไฮบริดบ่ม (UV และความร้อน) วัตถุประสงค์ของการใช้เทคโนโลยีไฮบริดคือการลดความซับซ้อนของระบบการบ่มด้วยแสงยูวี ในขณะเดียวกันก็บรรลุคุณสมบัติประสิทธิภาพตามเป้าหมาย

ทั้งดูปองท์และ BASF ได้ติดตั้งสายนำร่องที่โรงงานของตน สายการผลิตของดูปองท์ในเมืองวุพเพอร์ทาลมีความสามารถในการอบสีแบบฟูลบอดี้ได้ บริษัทเคลือบสีไม่เพียงแต่ต้องแสดงประสิทธิภาพการเคลือบที่ดีเท่านั้น แต่ยังต้องสาธิตวิธีการอบสีด้วย อีกหนึ่งข้อดีของการอบด้วยแสงยูวี/ความร้อนที่ดูปองท์กล่าวถึงคือ ความยาวของส่วนเคลือบใสของสายการผลิตสุดท้ายสามารถลดลงได้ถึง 50% เพียงแค่ลดความยาวของเตาอบความร้อน

ทางด้านวิศวกรรม บริษัท Dürr System GmbH ได้นำเสนอแนวคิดโรงงานประกอบสำหรับการบ่มด้วยแสงยูวี หนึ่งในปัจจัยสำคัญของแนวคิดเหล่านี้คือตำแหน่งของกระบวนการบ่มด้วยแสงยูวีในสายการผลิตขั้นสุดท้าย โซลูชันที่ออกแบบทางวิศวกรรมประกอบด้วยการติดตั้งหลอด UV ไว้ด้านหน้า ภายใน หรือหลังเตาอบความร้อน Dürr เชื่อว่ามีโซลูชันทางวิศวกรรมสำหรับตัวเลือกกระบวนการส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับสูตรปัจจุบันที่อยู่ระหว่างการพัฒนา นอกจากนี้ Fusion UV Systems ยังได้นำเสนอเครื่องมือใหม่ นั่นคือการจำลองกระบวนการบ่มด้วยแสงยูวีด้วยคอมพิวเตอร์สำหรับตัวถังรถยนต์ การพัฒนานี้จัดขึ้นเพื่อสนับสนุนและเร่งการนำเทคโนโลยีการบ่มด้วยแสงยูวีมาใช้ในโรงงานประกอบ

แอปพลิเคชันอื่น ๆ

งานพัฒนายังคงดำเนินต่อไปสำหรับการเคลือบพลาสติกที่ใช้กับภายในรถยนต์ การเคลือบล้ออัลลอยด์และฝาครอบล้อ การเคลือบใสบนชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่ขึ้นรูปด้วยสี และชิ้นส่วนใต้ฝากระโปรง กระบวนการ UV ยังคงได้รับการรับรองว่าเป็นแพลตฟอร์มการบ่มที่มีเสถียรภาพ สิ่งที่เปลี่ยนแปลงอย่างแท้จริงคือการเคลือบ UV กำลังขยายไปสู่ชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนและมีมูลค่าสูงขึ้น ความเสถียรและความสามารถในการใช้งานได้ในระยะยาวของกระบวนการนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการใช้งานระบบไฟส่องสว่างด้านหน้า ซึ่งเริ่มต้นมานานกว่า 20 ปี และปัจจุบันได้กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม

แม้ว่าเทคโนโลยี UV จะมีสิ่งที่บางคนมองว่า "เจ๋ง" แต่สิ่งที่อุตสาหกรรมต้องการทำด้วยเทคโนโลยีนี้คือการมอบโซลูชันที่ดีที่สุดให้กับปัญหาของช่างตกแต่ง ไม่มีใครใช้เทคโนโลยีเพียงเพื่อประโยชน์ของเทคโนโลยี เทคโนโลยีต้องส่งมอบคุณค่า คุณค่าอาจมาในรูปแบบของผลผลิตที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับความเร็วในการบ่ม หรืออาจมาจากคุณสมบัติที่ดีขึ้นหรือคุณสมบัติใหม่ๆ ที่เทคโนโลยีปัจจุบันไม่สามารถทำได้ ซึ่งอาจมาจากคุณภาพที่สูงขึ้นตั้งแต่ครั้งแรก เพราะสารเคลือบจะเปิดรับสิ่งสกปรกได้ในเวลาน้อยลง ซึ่งอาจเป็นวิธีการลดหรือกำจัดสารอินทรีย์ระเหยง่าย (VOC) ในโรงงานของคุณ เทคโนโลยีนี้สามารถมอบคุณค่าได้ อุตสาหกรรม UV และช่างตกแต่งจำเป็นต้องทำงานร่วมกันอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างสรรค์โซลูชันที่ช่วยเพิ่มผลกำไรให้กับช่างตกแต่ง