도장 분야의 에너지 절감이 계속되고 있다

도장 공정이 오래 전부터 주목을 받아 왔다. 도장 공정도 에너지를 절감할 수 있는 방법이 있다. 엔지니어들이 자원 효율성을 높일 수 있는 새로운 기술을 개발하였고, 표면 처리기술도 잠재력을 제공한다.

슈테파네 이타세(Stéphane Itasse)

프라운호퍼 IPA에 의하면 제품을 생산하는 과정에서 필요한 전체 에너지의 50%를 도장 공정이 소비한다고 한다. 하지만 에너지 소비를 낮추기 위한 방법을 100% 활용한 것은 그리 오래되지 않았다. BMW는 지난 5월에 개관한 뮌헨 공장에서 도장 공장의 에너지 소비를 약 27% 낮추었으며, 천연가스 소비와 CO2 방출도 50% 정도 낮추었다. BMW는 필터가 필요 없는 새로운 도료와 물과 화학 약품이 발생하지 않는 건식 분리 장치를 통해 이러한 성과를 이루었다.

도장 시스템 제조업체 Dürr Anfang August도 이런 노력에 가시화하고 있다. Dürr는 자동차 섀시를 안쪽에서 바깥쪽으로 가열하고 다시 냉각하는 이른바 Eco-In-Cure라는 새로운 건조 기술을 개발하였다. 이를 위해 분사 거리가 긴 노즐이 윈드스크린 개구부를 지나 섀시 안쪽으로 분사하고, 중앙 열교환기를 사용하는 가열 컨셉트를 통해 에너지를 절감한다. 국지적 열교환기를 사용하는 대신, 중앙에서 가열되는 순환공기 히팅가스가 각 구역의 순환공기 어셈블리에서 섞이게 된다. 이러한 유형의 순환공기 제어기술은 가변적이고 정밀하며, 압축공기 손실을 줄여 전체 에너지 수요를 25% 절감할 수 있다.

도장 공정에서 정밀한 공기 제어로 에너지 효율을 높인다

Dürr의 건조 시스템 Eco-In-Cure는 자동차 차체 도장 공정에서 에너지 소비를 낮춘다.

Dürr는 도장 캐빈에 Eco-Smart AC 공기 공급과 공기 순환 컨트롤 시스템을 적용하였다. 이 시스템은 1초당 10회 규정값을 외부 조건에 맞추고 다양한 변수를 조정한다. 소프트웨어가 서로 상쇄할 수 있는 에너지 포텐셜을 미리 확인하고 개별 규정값들이 에너지 차원에서 최적화하여 출력되도록 보장한다. Dürr는 이 시스템을 인도 자동차 제조사 Mahindra & Mahindra에 적용하여 웜밍업 시간과 혹독한 기상 조건에서 에너지 소비를 줄일 수 있었다. 에너지 효율성을 높이는 또 다른 예시로 Dürr의 도료 분사기를 들 수 있다. Dürr는 지난 해부터 개선된 터빈을 통해, 정전기 어플리케이션을 위한 Eco-Bell 3 세대 분사기에 방향조절 공기 링 시스템을 구동하였다. 이 새 터빈으로 압축 공기의 최대 40%를 절감할 수 있었고, 디자인이 개선된 블레이드와 노즐로 인해 압축 공기와 에너지 사용량을 획기적으로 줄일 수 있었다.

도장 시스템의 보조 유닛에도 에너지 효율성을 높일 수 있는 잠재력이 있다. 시스템 제조사인 Lutro는 폴란드 제조사 Zoeller의 폐기물 수거차량 공장에서 분사 부스에서 소비되는 에너지의 50%를 절감할 수 있었다. 교차 흐름 열교환기를 적용한 열 회수 시스템을 통해 에너지를 절감하였다. 이 시스템은 작동을 위해 2차 에너지가 필요 없으며, 효율이 높고 유지보수가 간단하다. Zoeller는 환기 기술에서도 주파수 제어식 환기 장치로 에너지를 많이 절감할 수 있었다.

정전기 도장은 에너지 효율성으로 인기가 점점 많아지고 있다. 이를 위해 J. Wagner가 스프레이 건 GA 5000을 출시하였다.

자재 효율을 위한 또 다른 방법은 정전기 도장이다. 정전기 도장은 가공물과 스프레이 건 사이에 직류 전압이 인가되어 전기장이 발생하는데, 도료 입자가 스프레이 건 입구를 떠나면, 입자는 정전기로 대전되고, 전기장의 라인을 생긴다. 동일한 극으로 대전된 도료 입자는 날아가는 동안 서로 충돌하면서 균일하게 되고, 가공물 표면에 균일하게 안착하게 된다. 다른 방법으로 가공물을 스쳐 지나가는 도료 입자는 인력에 의해 가공물 쪽으로 방향이 바뀐다.

Wagner GmbH가 자사의 신형 정전기 도장 스프레이 건 GA 5000과 관련 제어 장치 EPG 5000의 출시하면서, 많은 업체들이 이 장치를 사용하게 되었다. 이 스프레이 건은 리프팅 장치와 로봇에도 간단하게 설치할 수 있으며, 운동학적으로 에너지가 덜 들어가는 부드러운 분사 제트를 통해 매우 높은 도포 효율이 가능해졌다. „전통적인 코팅 방법을 GA 5000을 사용하는 정전기 시스템으로 바꾸게 되면, 재료의 30 ~ 50%를 절약할 수 있습니다. 이에 따른 투자비가 매우 빠르게 회수되며, 일 년이 걸리지 않아 투자비를 회수할 수 있습니다.“(페터 노이, Wagner Industrial Solutions 제품 부매니저).

다소 규모가 작은 도장 시설에서도 에너지와 재료를 아낄 수 있다

J. Wagner는 분말 코팅 시스템에서 사이클론과 캐빈 사이의 파이프 라인 개선하여, 모노 사이클론 내부의 공기 공급을 개선하고 에너지 효율성을 높였다.

그러나 모든 생산공장들이 자동화 시설과 로봇을 갖춘 대규모 도장 시스템을 사용하는 것은 아니다. 다소 규모가 작은 공장이나 공사 현장, 작업장에서도 도장 관련 자원 효율성을 높일 수 있는 방법이 있다. Wagner는 HEA (High-Efficiency-Airless) 테크놀로지라는 새로운 기술을 선보였다. 이 기술로 분사 미스트의 최대 55%를 줄여 재료 소비를 낮출 수 있다. 전통적인 에어리스 장치와 같이 도료를 분사하면서 적은 압력으로 분사할 수 있는 피니시 팁 앞에 프리 팁을 설치하는 방법으로 이러한 기술을 개선하였다. 이 노즐은 시중에 있는 모든 노즐 홀더에 적용할 수 있다. 또한 J. Wagner는 분말 코팅 시 전기를 많이 소비하는 2차 필터 환기장치도 개선하였다. 이 모터는 최소 37kW의 출력에 바로 도달하는데, 모노사이클론 시리즈와 2차 필터 시리즈를 위한 에너지 효율 패키지로 에너지를 절감하기 위한 두 가지 접근법을 실현하였다. 도장 캐빈과 사이클론 사이의 파이프 라인을 최적화하고, 모노 사이클론 내부에 특수한 공기 공급장치를 구현하여, 보다 작은 모터로 동일한 체적의 진공 배출량을 처리하고, 에너지 비용은 최대 40%까지 줄일 수 있다. 공기 공급장치 개선을 통해 얻는 추가적인 효과는 분말 도료의 소모량이 적어진다는 점이다. J. Wagner의 자체 계산에 따르면 1 ~ 2% 높은 사이클론 효과로 인해 시스템 구성에 따라 재조 효율이 높아져 최대 20%의 비용이 절감된다고 한다.

도장 전 공정도 에너지 효율을 위한 잠재력이 있다

제조사들은 도장 공정 이전의 표면 처리 단계에서도 에너지 효율적인 시스템을 제공하고 있다. Weber Ultrasonics는 초음파 디버링으로 새로운 기술을 제시하였다. 이는 펀칭 부품, 알루미늄 주물 부품, 다이 주조 부품, 플라스틱 사출 성형 구성품 등의 내부 면과 외부 면에 있는 버를 접촉하지 않고 비용 효율적으로 제거하는 기술이다. 초음파 세척과 마찬가지로 디버링은 수조에서 이루어지는데, 수조 안은 단시간에 집중적인 기포 공동에 노출된다. 밀도가 높고 국소적으로 제한된 기포 공동은 파열 시 버가 제거될 만큼 효과적인 강한 힘을 방출한다. 진폭, 출력, 주파수, 초음파 지속 시간, 디버링 공구(소노트로드)의 디자인, 가공물과의 거리 및 위치를 통해 각 디버링 목적에 맞게 조정한다. Weber Ultrasonics는 지난 10월 칼스루헤에서 열리는 디버링 엑스포에서 이 새로운 기술을 선보였다.

BMF의 블라스팅 시스템 Twister는 에너지 효율적으로 소형 부품을 가공한다.

BMF GmbH도 작은 가공물의 블라스팅을 위한 자동화된 에너지 효율적인 블라스팅 시스템 Twister를 개발하였다. 블라스팅 연마제는 4,000 ~ 9,000min-1로 회전하는 임펠러에서 사출된다. 형상에 따라 블라스팅 연마제를 유체 공학상 유리하게 사출하여 블레이드 방향으로 부드럽게 안내한다. 회전 디스크 위에서는 열 개의 가공물 캐리어가 임펠러와 그리고 자체 축을 중심으로 회전한다. 위성 방식의 배열을 통해 가공물의 모든 면에 균일하게 분사된다. BMF에 의하면 많은 부품을 균일한 품질로 가공 시간은 단축하고 에너지 비용은 줄이면서 가공할 수 있다고 한다.