CuringOnlineSensor

Problemstellung

Die Forderungen an Qualität und Durchsatz von Druck- und Lackieranlagen wachsen rasant. Daraus resultieren hohe Prozessgeschwindigkeiten, die nur noch kurze Bestrahlungszeiten von wenigen Sekunden für die Trocknung (Vernetzung) von Farben bzw. Lacke erlauben. Andererseits muss, abhängig von der Anwendung, ein Trocknungsgrad zwischen 60 % und 90 % sichergestellt werden.
Ein gravierendes Problem ist die nur mit hohem Aufwand kontrollierbare Durchhärtung von Farben und Lacken. Aktuell erfolgt die Überwachung der Trocknung bzw. Vernetzung von Farben und Lacken in industriellen Druck- und Lackierprozessen durch regelmäßige manuelle Entnahme von Proben direkt aus dem Produktionsprozess und anschließende Analyse im Labor. Um manuelle Kontrollen und Produktionsausschuss auf ein vertretbares Minimum zu reduzieren, werden aktuell Prozessparameter, wie z. B. der Energieeintrag um bis zu 30 % erhöht und die Gesamtanlage bzw. der Prozess entsprechend überdimensioniert. Nur so kann die geforderte Oberflächen- und Tiefentrocknung ohne Zwischenkontrolle sichergestellt werden.
Vom Markt werden jedoch Verfahren bzw. Sensoren gefordert, die relevante Qualitätskriterien und Produktmerkmale bereits im Fertigungsprozess kontinuierlich erfassen, überwachen und bei Bedarf einer übergeordneten Steuerung für die Korrektur bzw. Prozessoptimierung aussagekräftige Daten zur Verfügung stellen.

Projektziele

Deshalb ist das Ziel des Projektes CuringOnlineSensor die Entwicklung, der Aufbau sowie die anschließende industrielle Erprobung eines neuen, laserbasierten Transflexionsverfahrens, das weltweit erstmals eine kontinuierliche quantitative Messung der Vernetzung von UV- und thermisch härtenden Farben, Lacken, Klebstoffen und Silikonen direkt im industriellen Fertigungsprozess durchführt und damit erstmals eine Online-Kontrolle und direkte Steuerung bzw. Regelung von vernetzungsrelevanten Parameter im Produktionsprozess ermöglicht.

Vorgehensweise

Die messtechnischen und optischen Eigenschaften von Farb-, Lack- und Silikonsystemen werden auf verschiedenen Substraten in Wechselwirkung mit dem Transflexions-Messverfahren untersucht. Darauf aufbauend folgt die Entwicklung von Hard- und Software für den Sensor sowie die Miniaturisierung des Sensorsystems. Die Messdaten in Druck- bzw. Lackier-Testanlagen werden in die Anlagensteuerungen zurückgeführt und die Steuerung als eingebettetes Software-System aufgebaut.
Im nächsten Schritt wird der Curing-Online-Sensor in Laboranlagen erprobt sowie die Ergebnisse mit Simulationsrechnungen verglichen. Außerdem wird untersucht, wie Umgebungseinflüsse kompensiert werden können. Abschließend wird die Funktionsfähigkeit des Curing-Online-Sensors am Beispiel von aktuell nicht bzw. nur unbefriedigend gelösten Problemstellungen aus dem Druck-, Automotive-, Lebensmittelverpackungs- und Medizinbereich nachgewiesen.

Ergebnisse

Die angestrebten Ergebnisse und Innovationen des Verbundprojektes sind:
- Realisierung des weltweit ersten, für die Online-Messung der Vernetzung von UV-Lacken und Farben in industriellen Anwendungen geeigneten Sensorsystems.
- Erweiterung der vorhandenen Grundlagen zur Detektion der Vernetzung von UV-Farb- bzw. Lacksystemen mit unterschiedlichen Pigmentierungen, Farben, Füllgraden, usw.
- Erweiterung des Transflexionsverfahrens für Farb- und Lacksysteme in Kombination mit industrierelevanten Trägersubstraten, wie Metalle, Bleche, Folien, Kunststoffe, Stoffe, Papier, Keramik, usw.
- Übertragun
g der Erkenntnisse zur Messung des Vernetzungsgrades auf weitere, insbesondere thermisch härtende Farb- und Lacksysteme.
- Erweiterung des Anwendungsbereichs des Curing-Online-Sensor-Systems zur Online-Messung der Vernetzung von Lack- bzw. Farbschichten für industriell relevante Schichtstärken von 1 µm bis 1.000 µm.
- Bereitstellung von quantitativen Informationen zu relevanten Farb- bzw. Lackeigenschaften, wie Oberflächenhärte, Kratzfestigkeit, Abriebfestigkeit chemische Beständigkeit, Haftung am Substrat, usw., aus dem Transflexionssignal bzw. zusätzlichen Sensor-Messsignalen.

Anwendungspotenzial

Die Ergebnisverwertung soll breit in industriellen Anwendungen erfolgen. Im ersten Schritt ist die Vermarktung des Curing-Online-Sensors in den Branchen Automotive, Druck-, Lebensmittelverpackungs- und Medizintechnik vorgesehen. Hier verfügen die Projektpartner über einen erstklassigen internationalen Marktzugang sowie Referenzen aus dem Projekt. Aus der Nachrüstung von in diesen Branchen bereits installierten Anlagen erschließt sich ein Potenzial von weltweit 50.000 Sensoren. Zusätzlich werden jährlich 350 bis 500 Neuanlagen installiert. Im zweiten Schritt ist die Ausdehnung der Vermarktung z. B. auf die Beschichtung von Holz, Konsumgütern, Haushaltsgeräte, usw. geplant.