Massimo V. Malavolti Anver – Vimercate (MB)
Implementazione di un sistema nanotecnologico in un impianto preesistente di verniciatura
per conto terzi
IMPLEMENTATION OF A NANOTECHNOLOGY-BASED SYSTEM WITHIN AN EXISTING CUSTOMER COATING PLANT
L’opinione dell’utilizzatore The user’s opinion
Introduzione
Bruno e Cosimo De Metrio sono i due impren- ditori di Verniciatura De Metrio, azienda spe- cializzata nella verniciatura per conto terzi a polveri di Masate, in provincia di Milano (figg.
1 e 2). L’azienda vanta una lunga tradizione di lavoro, dalle sue origini in Milano nel 1959, passando attraverso i cicli liquidi, poi misti li-
quido-polveri e infine spe- cializzandosi nell’applica- zione delle polveri.
1 - Lo stabilimento di Verniciatura De Metrio di Masate (Milano).
1 – The plant of
Verniciatura De Metrio in Masate (Milan).
2 – Bruno e Cosimo De Metrio (secondo e quarto da sinistra), insieme al gruppo in visita all’azienda, Tiziano Motta (il responsabile del laboratorio tecnologico di Dollmar), Andrea Paganelli e Massimo Brambilla (che oltre ai prodotti Dollmar, fornisce i prodotti di Europolveri).
2 – Bruno and Cosimo De Metrio (second and fourth from the left), together with the group being visiting the company, Tiziano Motta (Dollmar’s technological laboratory manager), Andrea Paganelli and Massimo Brambilla (besides Dollmar’s products, it supplies Europolveri’s products).
Introduction
Bruno and Cosimo De Metrio are the two entre- preneurs of Verniciatura De Metrio, a company that is specialized in customer powder coating and located in Masate, province of Milan (fig. 1 and 2). The company boasts a long work tradi- tion, from its origins in Milan in 1959, passing through liquid cycles, mixed liquid-powder cycles, and then specializing in the application of powder coatings.
It has a modern application plant (fig. 3) that is periodically updated from the technological point of view. This activity complies with a con- tinuous improvement plan concerning quality
Dispone di un moderno impianto d’applica- zione (fig. 3), che periodicamente viene tec- nologicamente aggiornato secondo il piano di miglioramento continuo della qualità e dell’ef- ficienza economica che caratterizza lo svilup- po dell’azienda milanese. Negli ultimi anni gli
4 – La cabina automatica a polveri, a cambio rapido, attrezzata con 6 pistole montate su reciprocatori contrapposti, 2 pistole manuali, piattaforme di pre e post ritocco (Gema).
4 – The automatic powder coating booth, equipped with quick colour-change and 6 guns installed on opposing reciprocators, 2 manual guns, pre- and post-touch-up platforms (Gema).
3 – Vista dell’impianto installato in Verniciatura De Metrio.
3 – View of the plant installed in Verniciatura De Metrio.
and economic efficiency, which characterises the development of the company located in Milan.
During the last few years, basically two planned interventions were performed:
the replacement of the 3 existing booths with a quick colour-change booth (Gema) to obtain
interventi pianificati sono stati essenzialmente due:
la sostituzione delle 3 cabine preesistenti con una cabina a cambio rapido (Gema) alla ricerca della massima flessibilità d’uso della linea con la minimizzazione delle ore/uomo necessarie per il cambio colore (fig. 4)
un complesso intervento che ha riguardato il tunnel di pretrattamento (fig. 5), sia introducen- do un sistema nanotecnologico di ultima gene- razione, prodotto da Dollmar (Dollcoat SA 115), sia e contemporaneamente, aggiungendo 2 fasi al precedente processo, ottenendo anche in que- sto caso una grande flessibilità dei cicli offerti al mercato, un incremento significativo delle resi- stenze per applicazioni critiche, e una più spinta automazione di processo.
Gli interventi
«Il nostro impianto di verniciatura – inizia Cosimo De Metrio – installato nei primi anni del 2000, è una tipica linea per la verniciatura per conto terzi a polveri. Inizialmente, era sta- to previsto un tunnel di pretrattamento d’ac- ciaio inox a 3 stadi (fosfosgrassaggio, seguito da 2 lavaggi con acqua di rete e demineraliz- zata con un sistema a scambio ionico), forno d’asciugatura a U, 3 cabine in linea (1 piccola per eventuali preritocchi o lavori con polvere a 5 – Il tunnel di
pretrattamento, dopo le modifiche.
5 – Pre-treatment tunnel, after being modified.
the maximum flexibility of use of the line by re- ducing hours/man to the minimum for colour changing operations (fig. 4)
a complex intervention that concerned the pre-treatment tunnel (fig. 5), both by introdu- cing a last generation nanotechnology-based plant manufactured by Dollmar (Dollcoat SA 115) and simultaneously adding 2 steps to the previous process. Again, cycle great flexibility was obtained and offered to the market, as well as considerable increase in resistances for critical applications and boosted process automation.
The interventions
«Our coating plant – Cosimo De Metrio began – was installed during the first years of 2000 and is a typical line for customer powder coating.
Initially, we provided for a 3-step (phospho- degreasing, followed by 2 washings with mains and demineralised water with ion exchange system) pre-treatment stainless steel tunnel, a U-shaped drying oven, 3 in-line booths (1 small booth for possible small pre-touch-ups or works with disposable powder; 2 moveable booths out of the line for colour-change operations). A PLC manages the line and all utilities.
The first intervention in chronological order ai- med at offering the market with a service that is suitably flexible in terms of colours and types of
perdere; 2 traslabili fuori linea, per le operazio- ni di cambio colore). La linea e tutte le utenze, gestite con PLC.
Il primo intervento in ordine di tempo è sta- to finalizzato ad offrire al mercato un servizio adeguatamente flessibile in termini di colori e tipologia di prodotti applicati. Già tendenza ti- pica di tutto l’ultimo decennio, le serie corte e il servizio espresso hanno avuto un momento di svolta in corrispondenza con la crisi che ha investito il nostro sistema economico a partire dalla fine del 2008. Abbiamo dunque elimina- to le 3 cabine precedenti e installato 1 nuova cabina a cambio rapido e ad alta automazio- ne, cosa che ci ha consentito di mantenere una grande flessibilità della linea e, in cambio, libe- rare il personale addetto al cambio colore (fig.
6). Oggi, bastano 2 persone e pochi minuti per passare da un colore all’altro, minimizzando tra l’altro le perdite di colore e le occasioni di contaminazione (che, con il sistema delle due cabine traslabili, costituiva un problema ag- giunto)».
6 – Un’altra vista della cabina. In primo piano, il centro colore.
6 – Another view of the booth. In the foreground, the colour centre.
applied products. Short series and express servi- ce were already typical trends during the last ten years; however, they recorded a turning point at the time of the recession that has involved our economic system since the end of the year 2008.
So, we removed the 3 previous booths and in- stalled 1 new highly-automated, quick colour- change booth, which allowed us to keep the line highly flexible and, on the other hand, release the personnel in charge of colour change (fig. 6).
Today, 2 people and few minutes are necessary to change from one colour to another, also mini- mizing colour losses and contamination chances (with the two moveable booths, it was an addi- tional problem)».
«The last intervention we performed – Cosimo De Metrio went on – concerns the pre-treatment plant and chemical components. The interven- tion was initially conceived to improve the fea- tures of outdoor resistance for some products we have specialized in over time, in particular the components of refrigeration systems that are in-
«L’ultimo intervento effettuato – riprende Cosimo De Metrio – riguarda la chimica e l’im- pianto di pretrattamento. L’intervento è stato inizialmente pensato per migliorare le caratteri- stiche di resistenza all’esterno di alcune produ- zioni sulle quali ci siamo nel tempo specializzati, in particolare componenti di sistemi di refrige- razione esposti all’esterno, e, in generale, per migliorare l’omogeneità di tutto il nostro proces- so, a un livello qualitativo più alto rispetto allo standard tipico del mercato della verniciatura per conto terzi.
L’occasione di un in- contro con i tecnici della Dollmar, Tiziano Motta (responsabile della ricerca e sviluppo) e il loro collaboratore impiantistico Andrea Paganelli, ci ha convin- to di poter effettuare un intervento partico- larmente interessante, in grado di contribui- re a ampliare la nostra offerta e distinguere il nostro processo rispet- to a quanto disponibile sul mercato».
8 – Quasi impercettibile alla vista, lo spazio saturato dalla nube della soluzione nanotecnologica di Dollmar (Dollcoat SA 115), nebulizzata dalle doppie rampe speciali del sistema Soft-Rain.
Non sono state effettuate modifiche strutturali al tunnel: sono state compattate le rampe preesistenti, aggiunta una fase di lavaggio osmotizzato con il metodo della nebulizzazione, la fase di “conversione”
nanotecnologica e, infine, un circuito controcorrente di bilanciamento dei bagni preesistenti.
8 – Almost imperceptible to the sight, the space saturated by the mist of the nanotechnology-based solution by Dollmar (Dollcoat SA 115), which is sprayed by the double special ramps of the Soft-Rain system. The tunnel was not subject to structural modification:
the existing ramps were made compact, a cleaning step with osmotic water spraying method was added, the nanotechnology-based
“conversion” step and, finally, a backflow circuit to balance the existing baths.
7 – Le macchine che gestiscono il nuovo processo.
Quella più a sinistra gestisce la fase nanotecnologica, segue la vasca preesistente del secondo lavaggio, la macchina che gestisce la nebulizzazione dell’acqua osmotizzata prodotta dalla macchina posta in sequenza, quindi la vasca del primo lavaggio, il sistema di gestione del circuito controcorrente e la vasca del fosfosgrassaggio (Dollphos SC183), in testa al tunnel d’acciaio inox.
7 – Machines that manage the new process. The machine on the far left manages the nanotechnology- based step, it is followed by the existing second washing tank, the machine that manages the spraying of osmotic water produced by the machine that is installed in sequence, and then the first cleaning tank, the system that manages the backflow circuit and the phospho-degreasing tank (Dollphos SC183), in the front of the stainless-steel tunnel.
stalled outdoors and, in general, to improve the homogeneity of our entire process, at a higher quality level compared with the typical standard of the customer coating market.
On the occasion of a meeting with Dollmar en- gineers, Tiziano Motta (research & development manager) and their plant engineering collabora- tor Andrea Paganelli, they convinced us that we could perform a particularly interesting inter- vention, capable of helping us enlarging our of- fer and differentiate our process compared with the available products on the market».
Il pretrattamento nanotecnologico
«Il cuore dell’intervento, dal punto di vista chimi- co, è l’introduzione del prodotto nanotecnologico (Dollcoat SA115). Abbiamo scelto di non elimina- re il primo bagno di fosfosgrassaggio (Dollphos SC183), e di utilizzare il prodotto nanotecnologi- co come passivazione. In questo modo, abbiamo mantenuto la più alta flessibilità, potendo fornire un “pacchetto” protettivo standard, oppure un
“sistema” anticorrosivo ad alta caratterizzazione, offrendo una gamma completa sia dal punto di vista delle prestazioni che dal punto di vista dei costi.
Per sfruttare al massimo le prestazioni del pro- dotto, abbiamo inserito il sistema d’applicazione per nebulizzazione (Soft-Rain), che, tra l’altro, permette di evitare l’installazione della vasca e il sistema di ricircolo (fig. 7). I consumi di prodotto polverizzato che non bagna la superficie dei pezzi è poco significativo e il prodotto applicato è sem- pre fresco (la stessa macchina prepara il prodotto nel momento dell’uso).
Per collocare le (2) rampe di nebulizzazione,
10 – La macchina che gestisce la rampa finale di lavaggio osmotizzato polverizzato, secondo il principio del Soft-Rain:
si tratta di saturare una sezione del tunnel (le dimensioni in lunghezza sono calcolate in base alle superfici dei pezzi in transito e alla loro velocità, per garantire il tempo di contatto ottimale) con il prodotto - in questo caso, acqua osmotizzata – finemente nebulizzata mediante ugelli speciali. Il liquido così nebulizzato si comporta come se fosse un gas, bagnando completamente le superfici, anche nelle zone d’ombra e interne.
10 – Machine that manages the final ramp for the sprayed osmotic water cleaning, according to the Soft-Rain principle:
a section of the tunnel (the dimensions in length are calculated according to the surfaces of the items that are passing and their speed, to assure the optimal contact time) is saturated with the product, in this case, demineralized water, finely sprayed by means of special nozzles. The sprayed liquid behaves as a gas and completely soaks the surfaces, also internally and in shadow areas.
9 – All’interno del tunnel si intravede una delle rampe di nebulizzazione dell’acqua osmotizzata del risciacquo finale. In primo piano, le rampe di nebulizzazione del prodotto nanotecnologico, spente per permettere di scattare la foto.
9 – Inside the tunnel, you can glimpse one of the ramps that spray the osmotic water within the final rinsing step.
In the foreground, the ramps that spray the nanotechnology-based product; the ramps are off to allow taking the picture.
The nanotechnology-based pre- treatment.
«From the chemical point of view, the core of the intervention is the introduction of a nanotechno- logy-based product (Dollcoat SA115). We deci- ded not to remove the first phospho-degreasing bath (Dollphos SC183) and use the nanotechno- logy-based product as passivation. This way, we maintained the highest flexibility, and could supply a standard protective “packet”, or rather a corrosion-resistant customised “system”, thus offering a complete range both from performan- ce and cost points of view.
To make the most of product performances, we installed the spray application system (Soft-Rain) that, among other things, allows preventing the installation of the tank and the recirculation sy- stem (fig. 7). The consumption of sprayed pro- duct that does is not applied the surface of the items is extremely low and the applied product is always brand new (the same machine prepa- res the product at the time of use).
To install the (2) spraying ramps, we extended the tunnel fairing of about 1 m; this intervention
abbiamo allungato la carenatura del tunnel di cir- ca 1 m, intervento permesso dal lay-out originario dell’impianto, che non ha avuto ripercussioni sulle lunghezze massime dei pezzi trattabili (fig. 8)».
«Per ottenere superfici adeguate all’impiego ottima- le del prodotto nanotecnologico – interviene Tiziano Motta – era tuttavia necessario pensare di migliorare le fasi di risciacquo prima della sua applicazione, e comunque, avere un processo complessivo compo- sto da fasi stabili, gestite con un intervallo stretto dei parametri (pH, conducibilità, temperature, concen- trazioni) in modo il più possibile automatico».
«Abbiamo preso in considerazione diverse ipote- si alternative – riprende Cosimo De Metrio - ma i tecnici di Dollmar ci hanno prospettato una soluzio- ne originale, capace di migliorare in modo stabile anche le prestazioni della fase di fosfosgrassaggio:
l’inserimento di una rampa di nebulizzazione d’ac- qua osmotizzata finale, prima delle rampe di nebu- lizzazione del prodotto nanotecnologico (figg. 9 e 10), servita da un piccolo sistema d’osmosi inversa ad alta efficienza (70/30), per una produzione di cir- ca 180-200 l/ora (fig. 11). Una piccola modifica alle rampe di spruzzatura già installate, in tutte le 3 fa- si preesistenti (sono state compattate) ha permesso di ridurre i trascinamenti e d’installare la rampa di
12 – La centralina di gestione della pompa dosatrice del fosfosgrassaggio e del controcorrente. Elabora i dati provenienti da pHmetro e dalle sonde di livello e comanda la pompa dosatrice e quella di rimando.
12 – Control unit that manages the metering pump of the phospho-degreasing step and of the backflow.
It processes the data coming from the pH-meter and level probes, and controls the metering and recycling pumps.
11 – L’osmosi inversa, ad alta efficienza.
11 – High-performance reverse osmosis.
was possible thanks to the original lay-out of the plant, which had no repercussions on the maximum length of the items that can be treated (fig. 8)».
«However, to obtain surfaces that are suitable for the optimal use of the nanotechnology-based products – Tiziano Motta explained – it was necessary to impro- ve the rinsing steps before product application and, at any rate, have an overall process including stable steps that are managed with a narrow parameter in- terval (pH, conductibility, temperatures, concentra- tions) in the most automatic way as possible»
«We considered various alternative possibilities – Cosimo De Metrio went on – but Dollmar engi- neers pointed out an original solution, which could permanently improve the performances within the phospho-degreasing process, too. It was the instal- lation of a final demineralized water spraying ramp before the nanotechnology-based product spraying ramps (fig. 9 and 10), served by a small high-perfor- mance reverse-osmosis system (70/30) to manufac- ture about 180-200 l/hour (fig. 11). A small modifi- cation to the already installed spraying ramps in the 3 existing steps (they were made compact) allowed reducing the carryover of materials and the installa- tion of the demineralized water spraying ramp (at 5-6 μS) in the final part of the last cleaning tank.
Furthermore, this “third” cleaning with deminera-
polverizzazione dell’acqua osmotizzata (a 5-6 μS) in corrispondenza della parte finale dell’ultima vasca di lavaggio.
Questo “terzo” lavaggio osmotizzato, inoltre, mi- gliora le condizioni del secondo lavaggio (la vasca, grazie al drenaggio della rampa di nebulizzazione osmotizzata è stata stabilizzata intorno ai 150-180 μS): infatti, per dare la massima stabilità al proces- so, è stato installato un circuito controcorrente, ge- stito in modo completamente automatico mediante pHmetro e sonde di livello, collegate a pompe di rimando (fig. 12), che ha reso altamente omogenee le condizioni dei due lavaggi e del fosfosgrassaggio preesistente. Di fatto, il circuito (che è stato monito- rato per 4 settimane continuate mediante contatore volumetrico d’acqua all’ingresso, e bilanciato in fun- zione dei dati rilevati) consente di non alimentare più i bagni con acqua di rete, gli ugelli di nebulizza- zione sono molto più efficienti di quelli normali di spruzzatura, e consentono di evitare eccessi d’acqua rispetto ai consumi strettamente richiesti dal proces- so. E ottimizziamo anche i consumi energetici e del fosfosgrassante (grazie al controcorrente dal primo risciacquo allo stesso fosfosgrassaggio, che riporta indietro i trascinamenti e il calore latente dei pezzi).
Infine vorrei segnalare che, nonostante l’intervento d’aggiornamento del tunnel e l’aggiunta delle ram- pe di nebulizzazione sia dell'acqua osmotizzata, sia
13 – L’uscita dal tunnel di pretrattamento, in corrispondenza delle rampe di nebulizzazione del prodotto
nanotecnologico della Dollmar (che fornisce tutta la chimica del processo, incluso il fosfosgrassaggio).
13 – The exit of the pre-treatment tunnel, next to the ramps that spray Dollmar’s nanotechnology-based product (it supplies all chemical products for the process, including the phospho-degreasing product).
lized water improves the conditions of the second cleaning (the tank, thanks to the draining of the de- mineralized water spraying ramp, was stabilized at around 150-180 μS): indeed, to make the process highly stable, a backflow circuit was installed. The aforesaid circuit is managed in a completely auto- matic way by means of a pH-meter and level probes, which are connected with recycling pumps (fig. 12).
The conditions of the two cleanings and the existing phospho-degreasing step were made highly homo- geneous. Actually, the circuit (which was monitored for 4 continuous weeks by means of a water volu- metric counter at the inlet, and balanced according to the detected data) allows not to supply the baths with mains water any more; the spraying nozzles are more efficient than normal spraying nozzles, and allow preventing water excess quantities compared with the consumption that is strictly required by the process. In addition, we streamline the consumption of energy and of the phospho-degreasing product (thanks to the backflow from the first rinsing step to the phospho-degreasing step, which takes the carr- yover of materials back, as well as the latent heat of the items). Finally, I would like to mention that, in spite of the intervention to renew the tunnel and the addition of the spraying ramps for demineralized water and for the nanotechnology-based product, the consumption of power kept within the capacities
del prodotto nanotecnologico, i consumi elettrici si sono mantenuti entro le capacità del contratto pre- cedente con il fornitore di elettricità, cosa che valu- tiamo molto positivamente: un eccessivo aumento avrebbe, infatti, comportato l’installazione di una cabina, con i relativi e ben conosciuti problemi».
«Un vantaggio aggiunto delle modifiche così appor- tate al processo è di lavorare con un sistema total- mente automatico. Anche in questo caso, sono state minimizzate le ore/lavoro dedicate alla manuten- zione quotidiana dei bagni: il nuovo processo è com- pletamente automatico, richiede un lavoro di super- visione ma non l’intervento manuale continuativo, tipico dei processi tradizionali».
Conclusioni
Con l’introduzione del pretrattamento nanotecnolo- gico, e le modifiche all’intero processo che abbiamo descritto, «possiamo offrire una gamma molto estesa di servizi – concludono Bruno e Cosimo De Metrio - verniciando tutti i possibili supporti metallici (ac- ciaio, acciaio galvanizzato, zincato a caldo), e le le- ghe ferrose e non ferrose (ghisa, zama, per esempio), anche per quelle applicazioni più critiche, dove sono richieste resistenze anticorrosive specifiche (oltre le 1000 ore di resistenza alla nebbia salina, quando ne- cessario, fig. 13).
Per ogni esigenza, abbiamo la possibilità di studiare il miglior bilanciamento tra prestazioni e prezzi. La gestione automatica del pretrattamento consente un significativo risparmio di ore di lavoro, che possia- mo dedicare alla completezza e rapidità del servizio ai clienti. In definitiva, il miglioramento continuo delle prestazioni dei nostri cicli è la strategia scelta per la crescita della nostra azienda (fig. 14), volta da un lato a fidelizzare i clienti già serviti e accompa- gnarli nell’offerta dei loro prodotti a maggiore valo- re aggiunto, dall’altro ad ampliare la nostra offerta commerciale».
Segnare 1 su cartolina informazioni 14 – La crescita
dell’azienda ha convinto Bruno e Cosimo De Metrio della necessità di ampliare gli spazi operativi di Verniciatura De Metrio: nella figura si vede il capannone destinato a magazzino di pezzi e prodotti in ingresso, e alla preparazione delle spedizioni in uscita.
14 – The growth of the company convinced Bruno and Cosimo De Metrio about the need to enlarge the operating areas of Verniciatura De Metrio: the figure shows the shed that is intended to store incoming items and products, as well as to prepare the outgoing shipments.
of the previous contract with the power supply pro- vider. This situation is extremely positive: indeed, an excessive increase would have led to the instal- lation of a booth with the relevant and well-known problems».
«An additional advantage of the modifications ap- plied to the process is the opportunity to work with a fully automatic system. Also in this case, we mini- mized the hours/work dedicated to the daily main- tenance operations for the baths: the new process is completely automatic, it needs supervision, but not a continuous manual intervention, which is typical of traditional processes»
Conclusions
Thanks to the installation of the nanotechnology- based pre-treatment and the modifications to the entire process that was described above, «we can of- fer an extremely wide range of services – Bruno and Cosimo De Metrio concluded – for the coating of all possible metal supports (steel, galvanized and hot- galvanized steel), as well as ferrous and non-ferrous alloys (cast iron, zama alloy, for example), also for the most critical applications, which require specific corrosion resistances (more than 1000 hours of resi- stance in saline mist, when necessary, fig. 13).
We can examine the best balance among perfor- mances and prices for every need. The automatic management of the pre-treatment operation allows considerably saving work hours, which can be dedi- cated to the completeness and the quickness of the service to customers. After all, the strategy that was selected for the growth of our company is based on the continuous improvement in the performances of our cycles (fig. 14): on one side, it aims at buil- ding existing-customer loyalty and supports the cu- stomers in the offer of their products with highest added value, and on the other hand to broaden our commercial offer»
Mark 1 on information card
