Tam otomatik elektrostatik toz boya robotu
Fully automatic electrostatic powder coating robot
Yazar: MEVLÜT HERDİLİ
Danışman: DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Bu proje kapsamında bir fabrikada tespit edilen boyahane sorunları iyileştirilmeye
çalışılmıştır. Mevcut boyahane çalışma sisteminde çoğu makine ve ayarlar manuel
olarak yapılıp , kişiye dayalı bir üretim yapılmaktadır. Bu tarz üretim yapılması
kaliteyi düşürdüğü gibi hata oranını da arttırmaktadır. Bu sorunlardan yola çıkarak
elektrostatik toz boya incelenmiş ve çalışma koşulları belirlenmiştir. Kısaca
Elektrostatik toz boyadan bahsetmek gerekirse:
Elektrostatik toz boyama yöntemi, dünyada oluşan çevreye karşı bilinçlenme
hareketine paralel olarak geliştirilen, toz boya zerreciklerinin ve metal parçaların
belirli bir manyetik alan içerisinde zıt elektrik iyonları ile yük yüklenmeleri, bu işlem
sonucunda toz parçacıkların mıknatıslanma etkisiyle parça yüzeyini sarması hususuna
dayanan bir boya yapma uygulaması olarak meydana gelmiştir. Elektrostatik toz boya
ile boyanan metal parça 180-200 derece çok yüksek sıcaklık ile kürlenerek boyanın
pişmesi sağlanmakta, bu sayede metal ekipmanların bir uzvu haline gelen boya
kaplanmış bir metal yüzeyi elde edilebilmektedir.
Günümüz dünyasının aranan çevre dostu bir malzemesi olarak yer edinen elektrostatik
toz boya, işleme alınma anında kaplama için uygulanan boya miktarının %98'nin
parçalara yapışa bilirliği sonucu ile bunu ispatlamaktadır. Uygulama sürecinde boya
taneciklerine çok düşük bir doğru akım yükleyerek (0.7 mA), topraklanmış metal
parçanın üzerine gönderilmesidir. Boyama sisteminde diğer elektrik ile çalışan el
aletlerdeki gibi (Testere, matkap vs.) elektrik çarpılma olasılığı yoktur. Boya
zerrecikleri tabanca ucundan ayrılırken (-) elektrik yükü kazanır. Boyanacak
topraklanmış metal yüzeyin üzerine boya zerrecikleri kuvvet yolları çengeller
oluşturacak şekilde transfer edilir.
Boya tanecikleri; farklı yükler biri diğerini çeker kuralına göre metal yüzey üzerine
hareket ederler. Ama boya zerrecikleri kendi aralarında aynı yükle yüklü oldukları için
birbirlerini iterek homojen dağılıma olanak sağlar. Bu sayede damlama ve akıntı
olasılığını en az miktara düşürürler. Elektrostatik yöntem ile boyanacak metal
yüzeylere boya zerrecikleri uygulandıktan sonra fırınlanması ile ortaya çıkan
kaplamaya elektrostatik toz boya kaplaması denir. Elektrostatik toz boyama yöntemi
solvent bazlı kimyasallar bulundurmayan çevreci bir boyama yöntemidir. Örtücü
malzeme, son kat boya katmanı olan çok az miktardaki toz boya zerrecikleridir.
Elektrostatik toz boyama, boya kabinlerinde corona veya tribo boya tabancaları
aracılığı ile yapılmaktadır.
xviii
Toz koya zerrecikleri boya tabancasından geçerken elektrostatik yük ile yüklenir.
Boya kabini içinde ise boyanacak metal malzemeye yapışır. Bu işlem ile kaplama
uygulanmış olur. Eloktrostatik toz boya parçacıklarının metal yüzeyine mükemmel
olarak tutunabilmesi için metal parçanın çok sağlam bir yöntemle topraklanmış olması
gerekir. İstenenden fazla uygulanan boya, kabinlerde bulunan boya geri toplama
sistemleri sayesinde alınır ve defalarca kullanılabilir. Toz boya geri toplama sistemleri
elektrostatik toz boy yönteminin en dikkat çeken ekonomik faydalarından bir tanesidir.
Metal parça toz boya zerrecikleri ile tam olarak boyandıktan hemen sonra kürleme
fırınlarına alınır. 180-200ºC olan boya fırınları toz boyanın eritilmesine ve metal
yüzeyine yapışmasına olanak verir. Sonuç olarak çevre dostu, yüksek dayanımlı, ucuz
maliyetli, çok fazla renk seçenekli ve parlak bir yüzey boyama teknolojisine
ulaşılabilinmektedir.
Boya içeriğinde solvent olmaması, mükemmel yüzey görünümü, sağlamlığı,
ekonomikliği, tekrar tekrar kullanılabilirliği, ve çevreye karşı hassasiyeti elektrostatik
toz boya teknolojisini standart boyama uygulamalarına oranla daha tercih edilebilir bir
seçenek olarak karşımıza çıkarmaktadır.
Elektrostatik toz boyama teknolojisinin alüminyum ve çelik parçalar üzerinde
uygulanması, son zamanlarda sürekli gelişim göstermesi, endüstriyel yüzey kaplama
alanında önemli bir değişimin gerçekleşmesini sağlamıştır. Çok fazla ihtiyaca
kolaylıkla çözüm sağlayan elektrostatik toz boyama uygulamalarının: dayanıklılık,
kalite, kaplama, dış görünüş, ekonomi ve çevre korunumu gibi halihazırda kullanılan
boyalara göre sayısız avantajları vardır.
Elektrostatik toz boya ürün üzerine her noktaya eşit olarak atıldığı zaman gerçek
tutunma ve kapatma özelliğini gerçekleştirmiş oluyor. Bu koşulları sağlamak için
farklı eksenlerde hareket edebilen esnek bir mekanizma tasarlanmış ve her boyanacak
ürün gövdesi analiz edilerek ortak bir yazılım geliştirilmiştir. Hareketli robot
mekanizması ve otomatik boya tabancaları sayesinde ürün üzerine atılan boya eşit
dağıtılmış, her nokta boyanmış ayrıca yapılan her işlem kayıt altına alınmıştır. Yapılan
kayıtlar sayesinde gelecekte yapılacak boyama işleminin kalitesinde korunmuş
olacaktır.
Robot mekanizmasında kullanılan motor ve sürücü aksamları sayesinde hassas
konumlama ve hızlı işlem yapma olayı gerçekleştirilmiştir. Mekanizmayı kontrol eden
sistemler ile operatör arasında iletişim kurmak için geliştirilen ara yüz sayesinde
operatör yapacağı işlemleri takip edip ne yapacağı hakkında bilgilendirilmiş ayrıca
anlık yaptığı ürün sayısını ve boyama ayarlarını da görerek işini daha hakim bir şekilde
yapmış olmaktadır.
Yapılan her işlem server ağına gittiği için üründe olabilecek hatalar en aza indirilmiş
ve gerçekleşebilecek bir hatanın neden , ne zaman ve niçin sorularına çözüm
bulunmuştur.

Abstract:
Dyehouse problems identified in a factory within the scope of this project were tried
to be developed. In the current dyehouse working system, most of the machines and
settings are made manually, so a person-based production is made. This type of
production not only reduces the quality but also increases the error rate. Based on these
problems, electrostatic powder paint was examined and working conditions were
determined.
To talk about electrostatic powder paint in short; Electrostatic Powder Coating has
been developed in parallel with the environmental awareness in the world. Different
electrical charges of metals and powder paint material in a magnetic environment have
emerged as a painting method based on the principle of coating the metal surface of
the powder material with the effect of a magnet. The powder-coated metal surface is
baked at 180-200 degrees of high temperature to cure the paint, thus obtaining a
painted surface that becomes a part of the metal.
Electrostatic powder paint, which is the environmentally friendly product of today,
proves this with the result that 98% of the amount of paint used during application can
be attached to the metal. It is the transfer of paint particles onto the grounded part by
loading a very low direct current (0.7 mA) during spraying. There is no possibility of
electric shock in the system as in other power tools (drill motor, etc.).When the paint
comes out of the gun (-) electricity is charged. It goes to the surface of the grounded
part to be painted by following the force paths in the form of hooks.
Paint particles are attracted to on the part according to the principle that opposite poles
attract each other. However, since they are at the same pole among themselves, they
provide a homogeneous distribution by pushing each other. Thus, they reduce the
possibility of runny and dripping to an almost negligible level. The coating formed by
melting polymer powders after separation on the parts to be electrostatically coated is
called powder coating. Electrostatic powder painting is a solvent-free surface coating
method. The coating material is very fine powder paint particles that form the topcoat
paint layer. Powder paint is sprayed in the paint booth by special paint guns.
xxi
While passing through the gun, powder paint particles charged electrostatically adhere
to the material to be painted in the cabin and the coating process is completed. For the
powder paint to adhere fully to the surface of the material, the material must also be
well-grounded. The excess paint is collected and reused thanks to the paint recovery
system in the cabin. The paint recovery system is one of the biggest economic
advantages of electrostatic powder coating technology. After the material is covered
with powder paint, it enters the cooking oven. The oven temperature of 200ºC enables
the powder paint to melt and adhere to the material. The result is a very durable,
economical, environmentally friendly, wide color range, and glossy surface coating.
Its surface quality, paint recovery system, solvent-free, durability, economy, and
environmental sensitivity make electrostatic powder coating a more attractive
alternative to traditional painting processes.
The continuous development of powder coating technology applied on aluminum and
steel parts in recent years has made a significant breakthrough in the field of an
industrial surface coating. Powder coating technology, which easily provides solutions
to many needs, has numerous advantages over traditional paints such as coating,
appearance, quality, durability, economy, and environmental protection.
When powder paint is applied to every point on the product equally, it realizes its real
adhesion and covering feature. To fulfill these conditions, a flexible mechanism that
can move in different axes was designed and a common software was developed by
analyzing each product body to be painted. Thanks to the moving robot mechanism
and automatic paint guns, the paint applied on the product was evenly distributed, each
point was painted, and every operation performed was recorded. Thanks to the records
made, the quality of the future painting process will be preserved.
Thanks to the motor and drive parts used in the robot mechanism, precise positioning,
and fast processing have been achieved. Thanks to the interface developed to
communicate between the systems controlling the mechanism and the operator, the
operator was informed about the operations to be carried out and what to do. Also, he
has done his job more experienced by seeing the number of products and painting
settings made.
xxii
Since every operation made goes to the server network, possible errors in the product
are minimized and a solution has been found for the questions of what, when, and why
of a possible error.