CFD modelling of ceramic glaze spraying

Glazing of ceramic sanitaryware is a complex process where a variety of minerals are mixed with water and sprayed on the workpiece by means of airguns or similar devices. The process results in a thin, smooth and shiny ceramic coating essential for hygienic and aesthetic purposes. There is a strong incentive in the field towards a precise control of the glaze thickness distribution, trajectory planning and parameter optimization in order to minimize costs and defects that may occur because of an insufficient or excessive glaze deposition. This thesis provides a preliminary basis for the use of Computational Fluid Dynamics simulations as a tool to improve the ceramic glaze spraying process at the industrial level. This required a synergy of experimental testing, data analysis and numerical modelling. Reference has been made to a benchmark case which is simpler or more controllable than the real industrial process, but is preserves its main features. In this way, the obtained results will produce not only long lasting but also immediate benefits. The work has been supported by the Geberit Ceramic Network (GCN) of GEBERIT AG and it has been conducted at the company plants of Haldensleben (Saxony-Anhalt, Germany) and Jona (St. Gallen, Switzerland).

La smaltatura di sanitari in ceramica rappresenta un processo estremamente complesso in cui numerosi minerali differenti sono mescolati ad acqua e generalmente nebulizzati mediante pistole ad aria. Il processo porta all´ottenimento di un lucido e sottile strato di ceramica essenziale per ragioni igieniche ed estetiche. È da sempre presente in questo settore un forte incentivo volto ad un preciso controllo dello spessore della distribuzione di smaltatura, pianificazione della traiettoria di lavoro e ottimizzazione dei parametri di processo al fine di contenere i costi di produzione e limitare l’insorgenza di difetti dovuti ad una insufficiente o eccessiva deposizione di materiale. Lo scopo del presente lavoro di tesi riguarda un metodico approccio alla modellazione CFD di spray ceramici al fine di ottenere una sottile ed uniforme smaltatura che conferisca al prodotto finale le una brillantezza superiore. Il presente lavoro di ricerca è supportato dal Geberit Ceramic Network (GCN) dell’azienda GEBERIT AG ed è stato condotto presso i siti produttivi di Haldensleben (Sassonia-Anhalt, Germania) e Jona (S. Gallo, Svizzera).