中国储能网讯:在储能行业,喷涂工艺因其能够改善产品外观和提供一定防护性能而被广泛应用。
"全机身喷涂"似乎成为了产品设计的标配。
同时,喷涂工艺的滥用也变得非常普遍。
多数工程师存在:
1.“喷涂=防腐+美观”的简单化思维。
2.将防腐设计简化为涂层厚度。
3.忽视了材料基础性能和场景适用。
4.懒于了解其他替代工艺。
然而,喷涂工艺存在诸多弊端,尤其是在成本、设计、制造工艺和可靠性等方面。
01
被低估的隐性成本:喷涂背后的财务黑洞
某储能企业做过对比分析:对标准储能柜壳体实施全喷涂工艺后,单台成本激增31%。
这背后是多重成本叠加:
1.原材料成本高
在相同要求下,油漆的原材料成本比喷粉更高。
油漆:以聚氨酯油漆为例,油漆固含量40%,成本费用50元,喷涂6平方米,约8元/平方米。底漆约7元/平方米,至少两次喷涂,合计成本约15元/平方米。
喷粉:以环氧粉末为例,喷涂厚度约60um,不含溶剂,100%固体。粉末涂料成本费用20元/kg,1kg可喷涂8平方米,成本约2.5元/平方米。粉末需要固化,加热成本约1元/平方米,大型工件加热成本约3元/平方米,合计喷粉成本约5.5元/平方米
2.材料浪费陷阱
30%的漆料损耗在喷枪与空气之间,精密结构件甚至需要3次以上补喷。
喷涂油漆的时候为了膜厚均匀,喷枪要超出零件喷涂区域以外1-3个枪位,如下图,每个喷油区域都有上下左右空间上的浪费,机器喷涂,速度和送油速度控制的会好一些,如果是手动喷涂,浪费就更大了。
平均60%以上的油漆都到零件外面去了
油漆喷涂工艺
油漆损耗多少与零件的长宽比,是否有异形状(圆弧,缺口,凹凸等)有很大关系,具体参考下表数据
喷涂损耗与零件大小的关系
2.良率杀手
涂层气泡、橘皮,麻点等问题导致至少15%的不良率,一些高质量要求的产品不良率远远高于这个值,而返工成本是原始工艺的3倍,这些成本都要转嫁到客户身上。
喷涂对于空气湿度,温度,灰尘含量等要求都比较高,一般喷涂厂家不愿意花钱来购置专用设备,改善环境,再加上喷涂工人的不可控(想想喷涂工人整天处在那种喷涂环境下,很难保证一致性的),不良率高是必然的。
油漆的喷涂膜厚一般比较薄,遮瑕能力很弱,所以底材和油漆的缺陷会很明显的显现,造成良率的下降。
设备沉没成本
VOC处理系统+无尘车间建设费用超500万/千平米,年维护费占比12%
时间成本倍增
现在很多零件制造厂因为环保问题,把喷涂工序外包了,这无疑会加长客户的供应链条。
油漆需要多次喷涂,等到底层油漆干了之后才能进行下一层油漆的施工,中间的自然固化,烘干和冷却都需要很长的时间。
一般外发喷油基本都需要3-7天的交付周期。
02
设计困局:当涂层成为技术创新的枷锁
说到外观件,你是不是第一时间就想到喷涂,大多数工程师已经形成了惯性思维,认为喷涂是一种通用的解决方案,可以快速实现产品的外观和防护要求。
但对于油漆的颜色,膜厚,选型,防腐性能和相关的测试要求等关键信息没有深入了解,觉得图纸上增加要求,供应商会搞定的,结果不合理的要求导致零件喷涂成本远超原材料成本。
这种对喷涂的设计依赖使得他们在设计时优先考虑喷涂,而忽略了其他更合适的工艺。
比如阳极氧化,电镀,钝化,达克罗,静电粉末,免喷涂塑胶材料等都能实现很好的外观和防护功能,主要还是看零件本身的需求是什么。
比如工商业储能柜内使用,在IP55的情况下,普通电镀完全足够;当然更省事的方法是直接用镀锌板,如果内外有截止交换,用覆铝锌板代替喷涂也是个不错的办法。
户外使用的话,用静电粉末效果会更好,成本低,防护能力强,且表面硬度比油漆好。
很多时候不合适的喷涂不止浪费了成本,还影响了功能,比如散热器翅片如果喷涂了油漆,喷涂不均匀不说,还会降低散热性能;有电磁屏蔽要求的零件如果全喷,就无法起到屏蔽作用。
散热器
在储能行业摸爬滚打多年,对于喷涂,总结就一句话:
非必要不喷涂。
能不用就不用,非要用就少用、局部用,不要全用。
在这方面,特斯拉Powerwall3这个产品做的可谓是典范。
03
工艺雷区:90%喷涂厂做不到喷涂要求
一个完整的喷涂工艺要经历:前处理,预处理,喷底漆,喷面漆,固化,烘干等步骤。
很多厂家对于前处理的标准是不清楚的,比如前处理要达到什么程度,用什么办法检验(感兴趣的可以学习GB/T 8923.2-2008和GB/T 18570.3-2005两个标准)。
甚至很多国产品牌汽车开了两三年油漆就出现鼓包锈穿的,很可能都是前处理没有做好,又没有有效的检验措施去发现异常导致的,而前处理又是很容易被忽视的一个环节。
汽车油漆鼓包
其他过程要求如温湿度控制(25℃±2℃、湿度50%±5%的环境),百万级的无尘车间,这些也都少有厂家能真正做得到。
04
可靠性:路遥知马力日久见质量
一匹马好不好,要看它能跑多远,一种工艺/设计好不好,要能经得起时间的考验。
可靠性是产品质量的最终体现,也是用户购买后最关心的指标。
油漆在户外使用一年后出现褪色这几乎是不争的事实,漆中的树脂等成分会受到外界因素(紫外线、湿度或化学腐蚀)的影响,导致化学变化或物理变化逐渐粉化或变色。
而在前期设计的时候因为成本因素或制造过程中的喷涂不均匀,漆膜偏薄的地方,因湿气或盐雾渗透会形成气泡,进一步引发基材锈蚀。例如在潮湿环境中,涂层若存在微孔或附着力差,水汽侵入就会导致金属基材生锈。
油漆鼓包经常会出现在边缘的位置,因为喷涂的时候边缘很容易漆枪停留时间不够或者喷射范围的问题导致漆膜偏薄,而且边缘位置因为油漆的封闭性很差,水汽更容易进入。
油漆鼓包
04
总结
以上我们从成本,设计,工艺和可靠性几个方面都分析了喷涂的问题,当然喷涂也有它的优势,比如船舶,集装箱这种大型产品或者重工防腐行业,油漆的使用还是很合适的。
油漆在10-20年前可能是实现防护和外观很好的措施,随着技术的改良和新工艺的不断迭代,有了更好的替代方案,希望大家能通过更多的了解油漆,这样才能在合适的地方去应用。同时也多要你到其他工艺,以免出现不必要的成本浪费和质量事故。