Verdens største VPS-beleggingssystem med tørrvakuumteknologi

Firmaet Medicoat AG company har nå levert verdens største Vacuum Plasma Spraying (VPS)-påleggingssystem til et amerikansk forskningsinstitutt. VPS er en påleggingsprosess hvor overflater kan belegges med en plasmaforsterket prosedyre i vakuum. Dette gir overflatene visse egenskaper som bærermaterialet ikke innehar. Med et vakuumkammervolum på 19 000 liter er dette ikke bare det største VPS-systemet, men også det første systemet hvor Medicoat har brukt den helt tørre vakuumteknologien fra Busch ved å bruke en COBRA-skruevakuumpumpe for aller første gang.
Fig. 1: Plasmabrenneren arbeider med en strøm på 3 000 ampere
Fig. 1: Plasmabrenneren arbeider med en strøm på 3 000 ampere

Medicoat AG har arbeidet med ulike påleggingsprosesser i Sveits i 30 år. I Magenwil i Sveits fungerer Medicoat som en pålegger iht kontrakter og tilbyr sine kunder ulike beleggtyper ved hjelp av termisk sprøyting. De spesialiserer seg først og fremst på VPS-belegg, APS-belegg (Atmospheric Plasma Spraying) og HVOF-belegg (High Velocity Oxygen Fuel).

Medicoat bruker erfaringene de har opparbeidet seg innen komplekse påleggingsprosesser over mange år når de bygger sine egne påleggingssystemer. Fabrikken som produserer termiske sprøytesystemer (Thermal Spray Systems) ligger i Wohlen i Sveits. Både VPS-påleggingssystemer samt APS- og HVOF-systemer designes og bygges her. Medicoat sin store styrke er at de imøtekommer kundens spesifikke krav og bygger påleggingssystemer som enkeltsystemer. I denne prosessen utformes prosesskammeret, gass-strømmen, vakuumforsyningen samt styring og nedkjøling individuelt. I begynnelsen var Medicoat hovedsakelig aktive innen medisinsk teknologi og brukte VPS-prosessen til å skape biokompatible implantatbelegg som gir best mulig forhold for beincellevekst. Medicoat tilbyr nå påleggingssystemer til mange bruksområder ved å belegge turbinblader, noe som skaper høy motstandsdyktighet mot gasskorrosjon ved høye temperaturer. Medicoat AG har for øyeblikket 70 ansatte i Magenwil og Wohlen. 95 prosent av alle produserte systemer eksporteres.

De teknologisk krevende påleggingsprosessen for VPS-systemene krever et dobbelt vegget, vannkjølt vakuumkammer. Delene som skal belegges plasseres inni og kammeret lukkes. Vakuumsystemet tømmer kammeret til et trykk på 0,08 millibar. Dette sikrer at atmosfærisk oksygen og eventuell vanndamp på delene tømmes helt, slik at det ikke kan påvirke delene negativt. Dette skaper også betingelsene for å opprette en ekstremt ren gassatmosfære. Kammeret fylles så med argon til et trykk på 100 millibar og tømmes deretter til 1 millibar. 

Først nå starter den faktiske påleggingsprosessen, hvor prosessgassblandingen slippes inn i kammeret og plasmabrenneren slås på. Dette er tilpasset det individuelle belegget og materialet for hver prosess. Belegget påvirkes hovedsakelig av energitilførsel, gassene og gassblandingene som brukes, temperaturen, påleggingstiden og trykknivået på de spesifikke prosesstrinnene.

Med høy strøm skaper plasmaet en elektrisk bue som overfører energi til delen som skal belegges. Sprøytepulveret blandes med gasstrålen, hvor væskedråper formes ved temperaturer over 20 000 °C og akselereres, komprimeres og sprøytes på arbeidsstykkets overflate. En håndteringsrobot i vakuumkammeret flytter plasmabrenneren i løpet av prosessen (fig. 1) og påser at alle delene sprøytes jevnt. Hele påleggingsprosessen tar omtrent 30 minutter.

Det største påleggingssystemet som Medicoat har bygget, består av et vakuumkammer med en diameter på 2,2 meter og som er 4 meter langt. Plasmabrenneren arbeider med en strøm på 3 000 ampere, i stedet for de standard 1 700 til 2 000 ampere som brukes i mindre systemer.

Medicoat bryter nå ny grunn med vakuumteknologien de bruker. Fordi nøyaktig vedlikeholdelse av visse trykknivåer er ekstremt viktig for kundens påleggingsprosess, bestemte prosjektleder Manager Christian Specht seg for å bruke frekvensstyrt COBRA-skruevakuumpumper som forvakuumpumper i vakuumsystemet (fig. 2). Vakuumsystemet har tre trinn. Disse består av to Puma-vakuumboostere som flytter den tømte luften samt tømme- eller prosessgassen, og deretter sender den videre til to ytterligere Puma-vakuumboostere som arbeider parallelt. Som et resultat av dette skjer det ekstra trykkøkning før gassblandingen eller gassen komprimeres enda mer i begge de nedstrøms COBRA-skruevakuumpumpene, noe som gjør at man oppnår det ultimate systemtrykket. Størrelsen på de brukte boosterne koordineres slik at det oppnås en pumpehastighet på 12 000 kubikkmeter i timen. Vakuumsystemet oppnår raskt nødvendig trykk for den innledende tømmingen av vakuumkammeret til 0,08 millibar, men kan også arbeide i alle trykkområder opptil 900 millibar og opprettholde prosessens nødvendige settpunkt.


Fig. 2: Vakuumsystemet fra Busch med to COBRA skruevakuumpumper som forvakuumpumper og en pumpehastighet på 12 000 kubikkmeter/time

I tillegg til det frekvensstyrte motoren, har COBRA-skruevakuumpumper også den fordelen at de er vannkjølt. Dette betyr at driftstemperaturen kan stilles til eller arbeide i et temperaturområde som forhindrer at prosessgassen kondenseres i vakuumpumpen. Begge COBRA-skruevakuumpumpene er tilkoblet VPS-påleggingssystemets kjølevannsystem. Dette forsyner hele systemet med ionisert kjølevann. Takket være vannkjølingen, finnes det absolutt intet varmeutslipp. COBRA-skruevakuumpumper drives i en helt tørr prosess. Dette betyr at de ikke trenger driftsvæske inni komprimeringskammeret som kunne blande seg med prosessgassen.

Medicoat har samarbeidet med Busch Vacuum Pumps and Systems innen området vakuumteknologi i 25 år og designer hvert vakuumsystem sammen.. I denne prosessen er det viktig for prosjektleder Christian Specht at Busch kan levere kompetente, raske og ukompliserte konsultasjonstjenester på stedet med sitt sveitsiske firma Busch AG i Magden i kantonen Aargau. Det er viktig for ham at Busch har et globalt servicenettverk med 60 egne firma i 42 land. De anbefaler derfor at all kundene deres samarbeider med og inngår en vedlikeholdskontrakt med Busch-firmaet som er ansvarlig for deres land, når de installerer et nytt påleggingssystem. Dette sikrer rask og pålitelig service i hele verden. 

Til nå har Medicoat hovedsakelig bygget vakuumsystemer som brukte R 5-lamellvakuumpumper som forvakuumpumper for påleggingssystemene sine. Christian Specht anser disse oljesmurte vakuumpumpene som ekstremt pålitelige og robuste komponenter i systemene sine. På grunn av designet kan R 5-lamellvakuumpumper imidlertid kun bruke frekvensstyring innenfor et begrenset område, slik at det ikke er mulig å bruke denne vakuumteknologien i de største VPS-påleggingssystemene.


Kategorier
Vil du vite mer?
Kontakt oss direkte i (Busch Norge):
+47 64 98 98 50 Kontakt oss