Robôs de pulverização eletrostática de alta tensão são amplamente utilizados em operações de pintura automotiva. Um dos principais indicadores técnicos para avaliar seu desempenho é a eficiência de transferência durante a pulverização. Atualmente, a pintura de peças de resina de para-choques sofre com a baixa condutividade do material e com formatos irregulares, resultando em baixa aderência do revestimento e desperdício de material durante a pintura dessas peças. Partindo de melhorias e aplicações práticas em fábricas, este artigo apresenta a definição e o método de medição da eficiência de transferência para pulverização eletrostática de peças de resina, estuda tecnologias avançadas de pulverização eletrostática e parâmetros técnicos-chave utilizados na indústria automotiva, e identifica tecnologias-chave e métodos de otimização para melhorar a eficiência de transferência, oferecendo sugestões para a construção de uma sociedade ambientalmente sustentável e com uso eficiente de recursos.

Palavras-chave: pulverização eletrostática de alta tensão, eficiência de transferência, peças de resina para para-choques

A robótica é uma área de desenvolvimento prioritária identificada no programa "Made in China 2025". Na indústria de revestimentos, em comparação com os equipamentos de pulverização convencionais, os robôs de pulverização eletrostática tornaram-se gradualmente um dos robôs industriais mais utilizados — particularmente na produção automotiva — porque podem reduzir efetivamente o consumo de tinta, diminuir as emissões de resíduos e cortar os custos de produção.

01 Método de pulverização eletrostática com copo rotativo

A pulverização eletrostática robótica é um método eficiente de pulverização baseado nas propriedades básicas de repulsão entre cargas iguais e atração entre cargas opostas. A peça a ser revestida é normalmente aterrada e serve como ânodo, enquanto o bico da pistola de pulverização está sob alta tensão negativa. Quando as partículas de tinta adquirem carga ao passar pela pistola, elas se tornam partículas carregadas e, sob o campo eletrostático de alta tensão, movem-se em direção à superfície da peça de carga oposta, aderindo a ela e formando um revestimento uniforme.

02 Princípio da pulverização eletrostática rotativa e composição do equipamento

Para garantir o brilho da superfície em automóveis e melhorar a eficiência de transferência, a indústria de pintura automotiva desenvolveu recentemente um novo robô universal de pulverização eletrostática rotativa. Controlando parâmetros-chave durante a pulverização, ele alcança alta qualidade decorativa e alta eficiência de transferência. A rotação em alta velocidade atomiza a tinta em partículas finas, e a força eletrostática faz com que essas partículas adiram à superfície da peça. Comparado à pulverização a ar, isso pode aumentar significativamente a eficiência de transferência. Um robô de pulverização eletrostática rotativa consiste principalmente em um cabeçote de atomização rotativo (copo), um rolamento rotativo de alta velocidade (motor pneumático), um bico de tinta (linha de alimentação), uma unidade de ar para controlar o padrão de pulverização, um gerador de alta tensão, etc. Os movimentos de pulverização são tipicamente controlados com precisão por robôs de seis eixos e são adequados para peças grandes e com formatos complexos.

03 Método de medição da eficiência de transferência

A eficiência de transferência é um indicador técnico fundamental para avaliar o desempenho de robôs de pulverização estática. Ela representa a proporção de tinta efetivamente aderida à peça em relação à tinta utilizada no processo de pulverização. A medição da eficiência de transferência em peças de para-choque é influenciada pelas ferramentas de medição e pelo ambiente, apresentando variações significativas em diferentes condições. A fórmula de cálculo é:

Eficiência de transferência = (peso da película revestida seca na peça de trabalho (B − A) g / quantidade de tinta usada C g × diluição NV) × 100

As medições individuais da eficiência de transferência para peças de resina podem variar; normalmente, são feitas de 3 a 5 medições e o resultado médio é usado para determinar a eficiência de pulverização típica do produto.

3.1 Situação atual da eficiência de transferência

Oficinas de pintura automotiva de ponta, tanto nacionais quanto internacionais — como Mercedes-Benz, Volkswagen, Great Wall e Geely — utilizam comumente robôs de pulverização eletrostática com copo rotativo e largura de leque variável ABB RobotBe1951. Combinando dados de produção em fábrica e testes de laboratório comparando a eficiência de transferência de pistolas eletrostáticas com copo rotativo, constatou-se que, sob os mesmos parâmetros de equipamento, a eficiência de transferência varia consideravelmente entre carrocerias e para-choques de plástico.

04 Fatores que afetam a eficiência de transferência de para-choques de resina e direções para melhoria

4.1 Condição de aterramento da peça de trabalho

A pulverização eletrostática baseia-se na atração eletrostática: a peça aterrada atua como eletrodo positivo, enquanto o atomizador de tinta (copo ou disco de pulverização) é conectado a uma alta tensão negativa. A qualidade do aterramento da peça afeta diretamente a eficiência da pulverização. Na produção industrial, um aterramento inadequado frequentemente causa defeitos na aparência da superfície e uma percepção de qualidade insatisfatória.

Como um aterramento inadequado afeta significativamente a eficiência de transferência de resina em para-choques, a condição de aterramento das peças do para-choque deve ser considerada de forma abrangente durante o projeto do processo para garantir um bom aterramento. Normalmente, clipes ou placas condutoras são usados ​​para conectar os para-choques de plástico aos dispositivos de fixação para melhorar a eficiência de transferência. A condição dos clipes ou placas condutoras deve ser monitorada regularmente durante a produção e medições de resistência devem ser realizadas quando necessário para garantir um aterramento adequado. Em algumas fábricas, devido à inconveniência da aplicação manual de clipes de aterramento, soluções automatizadas, como a rebitagem robótica, estão sendo introduzidas; estas garantem o aterramento e reduzem a mão de obra manual, melhorando a automação e mantendo a qualidade.

4.2 Principais parâmetros técnicos

Ao otimizar os parâmetros de pulverização, o objetivo é garantir a aparência das peças de resina — espessura de filme uniforme e consistente — atendendo também às metas de cadência de produção e eficiência de transferência. Os principais parâmetros que afetam a eficiência de transferência na pulverização eletrostática com copo rotativo são: pressão eletrostática de alta tensão, distância da pistola, velocidade da pistola, pressão do ar do ventilador, vazão (saída) e largura do ventilador — seis indicadores técnicos críticos.

Ao otimizar esses parâmetros para aumentar a taxa de transferência, eles devem ser avaliados em conjunto, e não individualmente. Por exemplo, uma tensão eletrostática mais alta geralmente aumenta a eficiência de transferência, mas, como os para-choques de resina têm baixa condutividade de aterramento, o aumento da tensão alta pode gerar corrente excessiva entre a pistola e o para-choque, causando riscos de descarga. Normalmente, a configuração de alta tensão eletrostática para para-choques de resina é em torno de −60 kV. Testes de taxa de transferência sob várias combinações dos seis parâmetros mostram que a maneira mais eficaz de melhorar a eficiência de transferência — mantendo a tensão, a velocidade e a distância — é otimizar três parâmetros: largura do leque, pressão do ar do leque e vazão. A alta pressão do ar do leque cria vórtices na superfície do para-choque que dispersam as partículas de tinta no ar, reduzindo a eficiência de transferência (veja a Figura 4); reduzir a pressão do ar do leque deve ser uma melhoria prioritária.

4.3 Otimização de trajetória para arestas e aberturas

Os modelos de pistola existentes são adequados principalmente para pulverização perpendicular. Ao planejar trajetórias de pulverização para superfícies de para-choques com geometrias de borda irregulares, além do ângulo de inclinação da pulverização, é necessário considerar a altura da pulverização, a largura do leque e a velocidade da pistola, entre outros parâmetros controláveis. Ignorar as formas curvas das bordas no projeto da trajetória leva à pulverização excessiva. Melhorias no ângulo de inclinação e no posicionamento do ponto de pulverização (ver Figura 5) podem aumentar significativamente a eficiência de transferência em áreas abertas, preservando a qualidade da espessura da película. A distribuição da espessura da película a uma inclinação de 40° é mostrada na Figura 6.

Ao pulverizar bordas, considere o atraso entre o acionamento e o desligamento da pistola. O projeto da trajetória deve levar em conta o alcance da pistola e minimizar os ciclos frequentes de acionamento e desligamento para reduzir os efeitos do atraso e, assim, melhorar a eficiência da transferência.

4.4 Condutividade da tinta

Na produção, as diferenças na condutividade da tinta afetam significativamente a eficiência da pulverização e a qualidade do revestimento. A condutividade da tinta depende da condutividade da película seca da própria tinta e da espessura da película seca do primer. Revestimentos mais espessos aumentam a condutividade e, portanto, melhoram a eficiência da pulverização eletrostática; no entanto, camadas de primer mais espessas elevam os custos de produção e aumentam o risco de escorrimento. Portanto, encontrar um equilíbrio adequado entre economia de produção e qualidade é fundamental.

05 Conclusão

No contexto do rápido crescimento da indústria automotiva, é necessário considerar tanto os requisitos de aparência e espessura da película quanto o custo de produção. Melhorar a eficiência de transferência na pulverização é uma das medidas técnicas mais eficazes para economizar recursos, reduzir custos, diminuir as emissões de resíduos perigosos e atender aos padrões ambientais. Por exemplo, em uma linha de produção com capacidade anual de 100.000 conjuntos de peças plásticas pintadas, onde a tinta representa cerca de 70% do custo do material e o custo unitário é de 300 CNY/conjunto, um aumento de 20% na eficiência de transferência economizaria aproximadamente 6 milhões de CNY por ano somente em custos de tinta — excluindo as despesas com tratamento de VOCs —, o que representa uma economia altamente significativa para a redução de custos e o aumento da eficiência.