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闭路循环式粉末管理及“柔性”喷粉工艺

  瑞士瑞赛高廷仕公司(RamseierKoatings)的DDF数字化高密度粉末输送装置(简称DDF粉泵)，代表了目前世界上最先进的第二代HDLV粉末输送技术。这项技术在2001年登记了专利，通过多年优化改良后已在欧美的静电喷粉设备上得到广泛应用。
    DDF粉泵技术是世界著名的德国宝马汽车制造有限公司(BMW)于2000年投入大量资金委托瑞赛高廷仕进行研发的成果。这是因为宝马公司对传统喷粉设备感到非常不满意，特别是在粉末的输送稳定性、输送量及涂层均匀性等方面都无法达到宝马汽车的质量要求。总结下来，这些问题全都可以追索到传统输送系统中的〝文丘里粉泵〞上！自从第一套DDF粉泵应用在德国宝马公司之后，随后而取得的宝贵应用经验使瑞赛高廷仕进一步把这革命性的技术推广至整个粉末涂装市场上。在整个DDF粉泵技术的研究发展过程中瑞赛高廷仕同时开发了一套全新的PMC(PowderManagementCenter)闭路循环式粉末管理中心。PMC系统已基本上淘汰了传统的粉末供粉回收中心。PMC系统包括了新粉供应装置、供粉筒、DDF粉泵、超声波粉筛及控制柜(见图2a,2b,2c及2d)。
    通过数字化控制技术，DDF粉泵可以准确稳定地提供〝高粉末密度、低空气含量〞的供粉状态，简称HDLV状态(HighPowderDensity,LowAirVolume)。由于DDF粉泵可以长期在HDLV状态下准确及稳定地以更少的空气量及更慢的速度输送等量的粉末，因此静电粉末喷涂技术中的更高境界〝柔性〞喷涂工艺(SoftSpray)第一次可以得到实现(图3)。
    SoftSpray〝柔性〞喷涂工艺是静电喷粉设备研发者一直追求的最理想喷涂状态。在这状态下，喷枪是以最大的雾化浓度及最慢的喷出速度对工件进行静电喷涂。在这状态下粉末涂料可以达到最高效率的充电境界。数十年来由于文丘里粉泵只可提供低粉末浓度、高空气含量的供粉状态，因此这种高效率的〝柔性〞喷涂工艺只可等到DDF粉泵的发明后才可实现。
    DDF粉泵及SoftSpray柔性喷粉工艺近年在欧、美的实际应用经验和优越性如下：
    1)长期稳定供粉
    DDF粉泵可以在10m输送距离内，长期准确及稳定地在HDLV状态下以50~300gm/min的输送量供粉。长期稳定的粉未输送对批量生产时涂层的质量稳定性和成本控制有着不可分割的关系。
    2)更高的上粉效率
    由于DDF粉泵在〝同等重量〞的粉末输出情况下，其输送速度约只有原来用文丘里粉泵时的¼。因此粉末粿粒在静电喷涂时可以有约4倍更多的充电机会和更充份的带电能力。同时因为静电喷涂时粉末的前冲速度较慢，因此也提高了对工件的环抱效应减少了喷逸的粉末涂料。
    3)更高的粉末涂料利用率
    由于粉末的第一次上粉率得到提高，减少了粉末在回收系统中的循环次数；另外由于粉管内输送速度的大幅下降，因此粉末的粒径基本上受损轻微。同时由于采用了PMC闭路循环式的粉末管理设计，大量减少了粉末的损耗和浪费。这些因素都使粉末中的微粉量降低及减少了排放到过滤装置的废粉量。因此粉末利用率可以大幅提升，最高可达20%。
    4)更稳定的涂层外观质量
    PMC粉末管理系统中的新粉及回收粉末都是会通过一套超声波粉筛来保证涂层的最终质量。由于PMC的供粉筒只有3~4kg的粉末容量，因此新粉和回收粉的混合比例可以得到最佳的控制及不会产生分离作用。另外由于DDF粉泵所用的粉管直径只有5.5mm因此粉末在粉管内也不会有分离状态的出现。这个系统对干混合型金属粉的喷涂有着最大的效益，基本上涂层外观的纹路能够保证有很高的稳定性。
    5)简易的粉管维护
    由于DDF粉泵的输送速度只有4m/sec.，因此不会产生文丘里泵系统中常见的粉管结块及污染的问题。换色时只需吹进压缩空气便可保证DDF粉泵及粉管能够快速清理干淨。
6)更佳的角位渗透性
    由于DDF粉泵的粉末输送速度只有文丘里粉泵的⅓~¼，因此在喷涂死角位时SoftSpray〝柔性〞喷涂工艺明显地避免了严重的气流反弹问题及能更好地使粉末涂料渗透进死角位置。
    7)节省能源
    在输送同等重量的粉末时DDF粉泵只需1~2cfm的压缩空气量，相对文丘里粉泵的3~5cfm。
    8)快速换色
    由于采用了PMC闭路循环式的粉末设计及数字化的DDF粉泵控制技术，因此在更换颜色时操作人员可以把DDF粉泵反向运转，把粉管内的粉末涂料退回到PMC的供粉筒内。然后粉管及DDF粉泵等便可进行自动清理。粉筒内的粉末涂料也可方便地排回到塑料袋内。这不但减少了粉末的浪费而且整个清理过程只需约5分钟。
    9)更低的易损件使用成本
    由于较慢的粉末输送速度，因此DDF粉泵内基本上没有易损件，供粉管基本上也不会磨损。另外喷枪内的易损件也会因较慢的粉末输送速度，而大幅下降。
    PMC闭路式粉末管理中心

粉末涂料

    PMC闭路式粉末供应回收装置
    DDF数字化高密度粉末输送装置(简称DDF粉泵)的工作原理
    在这十年中瑞士瑞赛高廷仕公司的DDF粉泵技术现已从第一代的Membrane(薄膜式)发展到了更可靠稳定的第二代活塞式粉泵装置。
    DDF技术的核心是基于一套(两组)活塞式粉泵装置。在这个装置中瑞赛高廷仕利用活塞的原理，使其中一组活塞在往返的运动中产生真空、以便从粉桶吸取粉末至活塞装置内的传送腔；同时利用另一组活塞粉泵装置把之前已吸取的粉末从传送腔中输送到喷枪上。这个吸取及输送工作分别在这两组活塞中交叉地进行。
    两组活塞粉泵装置交替工作，粉末便会稳定地从粉箱吸取及输送给喷枪。通过数字化控制两组活塞的往返速度，便可得到所需的精准出粉量。在吸取及输送粉末过程中粉末和空气的比例是在一个被称为HDLV(HighPowderDensity,LowAirVolume)，〝高粉末密度、低空气含量〞的状态下进行。所以输送所需的粉管直径只需5.5mm。在输送同等粉量时粉管内的粉末/空气速度只需4m/min，而相对的文丘里泵内的输送速度是在10~15m/min。
    DDF粉泵原理图

DDF粉泵
    DDF粉泵及组合控制柜

    整个PMC闭路循环式粉末管理中心