在塑料的制造和加工中，整體流程原理現(xiàn)在變得重要了。Balda和Singulus兩公司聯(lián)手，針對(duì)注塑、塑料件涂裝與噴漆，開發(fā)出了一套串聯(lián)式系統(tǒng)。此加工中心于2007年5月在位于德國(guó)Bad Oeynhausen的Balda公司開始運(yùn)轉(zhuǎn)。

市場(chǎng)潮涌

    “整體式流程”一詞描述了以流經(jīng)生產(chǎn)系統(tǒng)的單個(gè)產(chǎn)品為基礎(chǔ)、進(jìn)行完美生產(chǎn)的步驟，無需緩沖器或儲(chǔ)存器。所以，一個(gè)部件在生產(chǎn)流程中被連續(xù)地加工，直至被做出來。這種“整體式流程”概念有意思的方面是，它取代了傳統(tǒng)的分批次加工。因?yàn)橐粋€(gè)緊接一個(gè)地加工單個(gè)工件是如此的高效，所以這種生產(chǎn)系統(tǒng)變得非常靈活，以至于除了加工時(shí)間縮短以外，系統(tǒng)也能在數(shù)量較少時(shí)高效運(yùn)行。另外的優(yōu)點(diǎn)包括加工所用占地面積縮小和生產(chǎn)質(zhì)量?jī)?yōu)良。

    對(duì)于Balda公司來講，因?yàn)檫@種系統(tǒng)在處理不同類型產(chǎn)品時(shí)具有多功能性，所以它的靈活性特別吸引人，而當(dāng)談到出自IT或通訊領(lǐng)域的產(chǎn)品時(shí)，這已經(jīng)是想當(dāng)然的了。
技術(shù)動(dòng)態(tài)

    與Balda希望用來盡可能地接近整體式流程理想的前瞻性串聯(lián)工藝相比，當(dāng)前的裝飾性塑料件的生產(chǎn)是基于所謂的分批次加工。在這種方法中，塑料件是在僅負(fù)責(zé)單一生產(chǎn)步驟的各個(gè)部門里、于單獨(dú)的操作中被依次生產(chǎn)出來。

    Balda加工手機(jī)外殼的一個(gè)典型步驟涉及到了注塑、涂裝和噴漆。部件首先在注塑部門被生產(chǎn)出來，隨后被檢驗(yàn)，再為了下一步的運(yùn)輸而被包裝好。具有4腔模具的注塑機(jī)的生產(chǎn)能力約為每小時(shí)1000件。如果需要PVD（“物理蒸鍍”）層來為部件表面賦予金屬感外觀，那么塑料件首先被涂上一層底漆，使表面光滑，并提供必要的粘性。接下來，這些部件被再次真空金屬化處理和涂覆。最后涂層（硬層）是為了實(shí)現(xiàn)良好的耐刮和耐磨性而被涂上的。

    如果沒有做金屬化處理，注塑件要經(jīng)歷多步的涂漆過程。部件被放置于專門的夾具上，用罩子蓋住，弄干凈，再涂上漆。涂上了幾層底漆，最后是一個(gè)保護(hù)層（面層或硬層），確保表面質(zhì)量長(zhǎng)時(shí)間的優(yōu)良。接下來是質(zhì)量控制，是在塑件被再次包裝和輸送到組裝工位之前。標(biāo)準(zhǔn)涂漆生產(chǎn)線的能力約為每小時(shí)10000件。

表面處理的串聯(lián)式工藝概念

    串聯(lián)式工藝把全部的單個(gè)生產(chǎn)步驟組合到一個(gè)集中式生產(chǎn)步驟中。所以部件直接從一個(gè)加工工位流轉(zhuǎn)到下一個(gè)工位。在這種情況下，注塑、涂漆和PVD涂覆被連結(jié)在一起了。

    Balda和Singulus兩公司為此目的而一起設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含了針對(duì)各自工藝步驟的幾種模塊。一個(gè)附帶的輸送系統(tǒng)把工作單元一個(gè)接一個(gè)地連系起來，并在凈室環(huán)境下把部件由一個(gè)加工位送到下一個(gè)工位。根據(jù)不同目的，不同的模塊可以被連結(jié)在一起。與分批次加工模式相比，沒有部件被緩沖、清潔或檢查。所有部件被“串聯(lián)式”地從一個(gè)工位輸送到下一個(gè)工位，并被加工，直至完成產(chǎn)品。

    Balda正在具體考慮如何能控制這些部件通過這個(gè)串聯(lián)式工藝。為達(dá)到此目的，將需要各種模塊組合。在任何一種情況下，整個(gè)工藝開始于塑料件的注塑。根據(jù)用途的不同，接下去是各種工位，用于涂底漆、PVD涂覆和硬層、單一硬層、或底漆與耐刮面漆的連續(xù)涂抹。

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系統(tǒng)規(guī)劃所有單元

    在開發(fā)階段，兩個(gè)合作伙伴受益于Singulus公司在光學(xué)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存媒介（光盤）涂裝方面的經(jīng)驗(yàn)。該公司依靠自有的Singulus 3DS，已經(jīng)擁有了用于全自動(dòng)金屬化處理三維塑料件表面的系統(tǒng)。為了還能對(duì)塑件進(jìn)行裝飾，從2006年中以來，Balda和Singulus開發(fā)出了一個(gè)適當(dāng)?shù)耐科釂卧ㄐ吞?hào)：Singulus 3DL）。憑藉涂漆方面的經(jīng)驗(yàn)，Balda貢獻(xiàn)出它在工藝線路彈性化方面的專業(yè)知識(shí)，這在它自己公司里已經(jīng)多年被用于組裝操作中。Singulus為串聯(lián)式工藝概念貢獻(xiàn)出必需的得到充分發(fā)展的自動(dòng)化解決方案，其基礎(chǔ)原理在光盤生產(chǎn)中已被證明是有效的。

    從最初的概念提出到最終的系列生產(chǎn)系統(tǒng)，來自兩間公司、由技術(shù)專家組成的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)都規(guī)劃和執(zhí)行了所有的開發(fā)步驟。雙方都步調(diào)一致地追求著整體式流程理念。以10秒以內(nèi)的周期時(shí)間，一個(gè)部件被涂漆和涂覆。然而，為了滿足生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)下的高期望，項(xiàng)目組不得不弄出了一些特別的解決方案。
 
    為了加速工藝步驟和實(shí)現(xiàn)不粘附噴涂物的回收，應(yīng)用了不含溶劑的UV固化油漆。噴出來但又越過成型件的漆料可以立即在噴漆房?jī)?nèi)被收集、過濾、并被部分返回到工藝中。為了以最佳方式對(duì)所有可能的形狀進(jìn)行處理，噴漆模塊被裝備上兩個(gè)獨(dú)立作業(yè)的噴槍。而且，噴房里的塑件可以旋轉(zhuǎn)360度。被噴漆的產(chǎn)品也在同樣的噴漆模塊中經(jīng)歷UV固化。與油漆接觸的那部分噴房可以與余下的組件完全分開，目的是在生產(chǎn)過程中迅速換漆。

    塑件在Singulus 3DS模塊中獲得金屬似的表面質(zhì)量。在這里，可以用各種金屬對(duì)塑件進(jìn)行涂覆，例如不銹鋼、鉻、鋁或硅。通過應(yīng)用特殊的對(duì)象，也有可能出現(xiàn)不傳導(dǎo)真空金屬化處理(NCVM)，它在手機(jī)市場(chǎng)中變得越來越重要了。所用的陰極濺鍍技術(shù)應(yīng)用了陰極汽化。

產(chǎn)出率最大的工藝

    串聯(lián)式加工最為明顯的優(yōu)點(diǎn)是塑件的集中化生產(chǎn)和加工： 通過在系統(tǒng)概念中避免出現(xiàn)非生產(chǎn)性時(shí)間、在步驟之間消除質(zhì)量控制、以及將運(yùn)輸降低到最小，生產(chǎn)的成本效益以一種可持續(xù)的方式被提升。而且，因?yàn)樗泄に嚥襟E在凈室條件下發(fā)生，產(chǎn)品的清潔也就不必要了。

    在初期啟動(dòng)時(shí)，Balda和Singulus盡力將生產(chǎn)的整體不良率限制到當(dāng)前所用分批生產(chǎn)方法不良率的兩成。在噴漆不良率經(jīng)常為10%-20%的前提之下，也可能實(shí)現(xiàn)顯著的成本節(jié)省。

    一種集合工藝的監(jiān)控系統(tǒng)將生產(chǎn)單元的可用性保持在很高水準(zhǔn)。內(nèi)部監(jiān)控與優(yōu)化回路持續(xù)地調(diào)節(jié)工藝，適應(yīng)質(zhì)量需求。工藝成本低部分源于串聯(lián)生產(chǎn)下的存貨可以減少到幾乎為零。因?yàn)楦鱾€(gè)工藝步驟之間的直接聯(lián)系即刻揭示出所有的依從性和影響因素，所以可以不用與現(xiàn)有生產(chǎn)進(jìn)行比較就迅速鑒定新產(chǎn)品。由此，可以比傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法快得多地完成產(chǎn)品變換。

    這種新型系統(tǒng)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力從開發(fā)最開始時(shí)就處于聚光燈之下。只有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)和消除中間手動(dòng)操作，才會(huì)實(shí)現(xiàn)比以前所實(shí)現(xiàn)的更低不良率。這種優(yōu)點(diǎn)對(duì)于在歐洲的生產(chǎn)是極為適用的，也就是在一個(gè)工資相對(duì)較高、工作時(shí)間短、相應(yīng)自動(dòng)化程度高的地方。

可能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    串聯(lián)式生產(chǎn)系統(tǒng)在2007年5月投入了生產(chǎn)，能提供三種不同類型的裝飾。

    硬層。這種涂層為L(zhǎng)CD面板蓋等透明件提供了高度的耐刮能力。

    金屬化處理的表面。真空金屬化處理層是隨后的硬質(zhì)涂覆，提供保護(hù)作用。在這種方式中，也可能處理透明件，目的是形成半透明鏡面效果。而且，NCVM層也可被涂敷到手機(jī)殼上。盡管這些涂層具有金屬的外觀，但它們不會(huì)影響天線的性能。這種金屬化處理被用于GSM和UMTS手機(jī)以及DECT無線對(duì)講機(jī)上。

    高光表面。上色的底漆層之后是一層用于長(zhǎng)期保護(hù)的高光硬質(zhì)覆層。應(yīng)用這種技術(shù)是要在手機(jī)殼上實(shí)現(xiàn)“鋼琴黑”效果，產(chǎn)生從高品質(zhì)鋼琴可發(fā)現(xiàn)的光亮油漆外觀。

    為了充分利用這種靈活性，必須用組合件來組建系統(tǒng)。根據(jù)特別要求，可以組合起系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)單元。這為將來開辟了新希望，是利用傳統(tǒng)方法不能實(shí)現(xiàn)或者只能艱難實(shí)現(xiàn)的。這可以包括位于生產(chǎn)單元之間的激光器，在表面（如開關(guān)的白天/晚上設(shè)計(jì)和汽車內(nèi)部旋鈕）上產(chǎn)生個(gè)性化的文字、符號(hào)或圖形，或者包括可能的印刷過程，例如軟布印刷、絲網(wǎng)印刷或數(shù)碼印刷，適合于和系統(tǒng)結(jié)合起來。