对于旋转喷涂的追求(通过流体模拟)
著者：技術開発部 小島 光
通过活用流体模拟技术我们可以了解到
介绍了使用流体模拟技术来实现“R技术的旋转喷涂”和常规的“往复式喷涂”“固定喷枪喷涂”时的发现
追求基于流体模拟技术的旋转喷涂
我司致力于追求“R技术的旋转喷涂”，该技术可在使用少量涂料的同时保持高生产率和高品质，并利用该先进技术提供了多种喷涂机械手系统。 R技术是指泰酷宝（TAKUBO）公司长期以来追求的旋转喷涂技术的总称。这项技术不仅能够旋转喷涂，还具备各种机制来实现对涂料使用量极限的追求。 现在我们正在逐步推进喷涂的数字化转型，开发了一款渐进式教学辅助软件“世旺旎思特”（Swanist），它积极运用流体模拟和人工智能（AI），对涂料和操作过程进行深度分析，从而彻底消除浪费。 本文介绍了我们使用流体模拟技术在“R技术旋转喷涂”和常规“往复式喷涂”以及“固定喷枪喷涂”方面进行可视化和数字化的发现。
1.在喷涂中利用流体模拟技术会展现哪些情况？
喷涂模拟是通过基于运动方程的计算和跟踪每个喷雾粒子从喷枪中喷出来的过程，来观察和分析喷雾粒子如何受气流影响并飞行。此外，由于可以计算出喷出的颗粒数量和工件上涂覆的颗粒数量，所以可以轻松计算出浪费的涂料量。（计算附着率和涂料使用量）
2.通过模拟喷涂了解到的信息
我们的模拟对象包括我们提出的“R技术旋转喷涂方式”和一般的“往复式喷涂方式”以及“固定喷枪喷涂方式”。尽可能设置现实条件作为解析条件。 以下是三种喷涂方式比较模拟的结果：
① “往复式喷涂”和“R技术旋转喷涂”附着率的比较结果 ※将同一工件放置在网格或挂环上进行比较。
- 往复式喷涂的附着率 ：【19.3％】
- R技术旋转喷涂的附着率 ：【45.3％】
② “固定喷枪喷涂”和“R技术旋转喷涂”附着率的比较结果
- 固定喷枪喷涂的附着率 ：【7%】
- R技术旋转喷涂的附着率 ：【42.3%】
- ※采用R技术的旋转喷涂，假定使用能够跟随传送带移动的世旺C设备，如右侧的图3所示。 ※在此省略有关新型机械手“世旺C”的详细信息。（请参阅2020年11月增刊号 「塗装技術」）
根据①和②的分析结果，发现“基于R技术的旋转喷涂”附着率约为“往复式喷涂”的2倍，约为“固定喷枪喷涂”的6倍。因此，可以得出“基于R技术的旋转喷涂”是一种喷涂效率高的方式。
3. 基于R技术的旋转喷涂比往复式喷涂效率高的原因（与往复式喷涂的比较）
在流体分析中，可以将现象分割成时间段，并进行详细的分析，不仅可以计算喷涂效率和涂料用量，还可以进行更细致的分析。由于固定喷枪喷涂是局部喷涂，不适合作为比较对象，因此在这里将其省略，只与往复式喷涂进行比较。
<原因1>
在往复式喷涂中，从原理上来看在左右折返点处必然会浪费涂料。此外如图4所示，为了喷涂边缘部分，也会浪费大量的涂料。
<原因2>
在往复式喷涂中，喷枪移动速度很快，因此不易喷涂。为了证明这一点，需要在相同条件下进行比较。因此，我们分析了喷枪移动和工件移动两种情况。图5右侧是基于工件移动的旋转喷涂，图5左侧是基于喷枪移动的往复式喷涂。 如图5所示，在往复式喷涂中，喷枪移动速度很快，所以可以看到雾化颗粒扩散。当雾化颗粒扩散时，涂覆工件的可能性会降低，因此会变得难以涂覆。另一方面，当工件移动时，即使工件正在移动，也可以看到雾化颗粒是稳定的。当雾化颗粒稳定时，涂覆工件的可能性增加，因此附着率会提高。
图6是一幅更易于理解雾化颗粒扩散的图。当左侧的喷枪高速移动（往复式喷涂）时，可以看到雾化颗粒扩散并且粒子的速度减慢。喷枪移动时，雾化颗粒遇到静止的空气，会发生扩散和减速。如果喷枪移动速度更快，这种趋势将更加明显，使得涂覆更加困难。 而在右边的图中，当工件高速旋转时（采用R技术旋转喷涂），喷枪移动速度较慢，雾化稳定，粒子速度保持不变，因此可以提高涂附着率。
＜原因3＞
在采用R技术的旋转喷涂中，我们会根据工件直径寻求最佳的周速。（图7右边图表）这样可以捕捉通过工件间的微小雾化颗粒并将其附着在工件上。在左图中，纵轴为膜厚，横轴为周速，可以发现采用最佳周速可以提高附着率。对于每个工件，适当的旋转速度都是根据这个周速计算得出的。
图8表示了工件静止和工件高速移动时的情况。当工件静止时（往复式喷涂），雾化颗粒会通过工件间的间隙，造成一定比例的涂料浪费。但是当工件高速移动时（R技术旋转喷涂），原本应该通过间隙的粒子也可以被捕捉并附着在工件上。因此可以减少工件间的过喷现象。
关于“R技术旋转喷涂”具有高涂覆率的原因：
- 第1个原因是没有左右的折返点，超喷现象很少。
- 第2个原因是雾化颗粒没有产生混乱，稳定性高。
- 第3个原因是减少了通过工件间隙的雾化颗粒。
4.关于R技术旋转喷涂具有高生产率的原因（与往复式喷涂/固定喷枪喷涂进行比较）：
在往复式喷涂中，原则上只有通过“提高喷枪移动速度并增加吐出量”的方法才能提高生产量。但是这会改变喷涂条件，使得品质和产量难以兼顾。另外，由于折返点造成的超喷现象多，因此随着生产量的增加，会浪费大量涂料。 对于固定喷枪喷涂，原理上只有通过“加快传送带速度”这一方法才能提高生产量。然而，随着传送带速度的加快，涂覆率会降低，因此需要“增加固定喷枪的数量并增大吐出量”。 在固定喷枪喷涂模拟中，确认了附着率会随着传送带速度的加快而降低，同时还确认了需要根据传送带速度相应地增加喷嘴数量及增大吐出量。 （表1）
※ 表1的上半部分是“附着率”，下半部分是“膜厚系数”。 ※ “膜厚系数”是将表1左上方的传送带速度4m/min的膜厚设置为100的相对膜厚。
另一方面，旋转喷涂采用R技术，通过同时涂覆多挂工件，可以提高生产量。 (图9)
- 为了在喷涂多个挂环时不产生喷涂差异，需要安装没有喷涂差异的喷嘴。
- 需要安装定量喷涂的注塞泵。这样可以在不改变喷涂条件的情况下提高生产效率并保持喷涂质量。
