2020년 COVID-19 팬데믹이 전 세계로 빠르게 확산되면서 N95 마스크에 대한 수요가 곧 공급을 초과했습니다. 글로벌 공급망이 붕괴되었습니다. 그리고 대부분의 마스크를 수입하던 국가들은 의료계의 요구를 충족할 수 있는 충분한 국내 제조 능력이 없다는 사실을 곧 알게 되었습니다.
멜트블로운 부직포는 N95 마스크와 필터링 재료의 핵심 구성 요소입니다. 폴리프로필렌으로 만들어진 이 고성능 재료는 엄격한 필터링 사양을 충족하도록 설계되었습니다.
Catbridge Machinery의 사장인 Michael Pappas는 “우리의 전문 분야 중 하나는 멜트블로운 생산 라인을 포함한 부직포 컨버팅”이라며 “우리 회사는 자재 부족 문제를 해결할 수 있는 솔루션을 신속하게 패키지로 제공하기 시작했습니다.”라고 말했습니다.
뉴저지주 몬트빌에 본사를 두고 있는 Catbridge Machinery는 웹 컨버팅 장비 및 독특한 턴키 솔루션을 제공하는 선도적인 글로벌 공급업체입니다. 현재 이 회사는 북미에 기반을 둔 유일한 턴키 멜트블로운 생산 라인 공급업체입니다.
전문성 활용
팬데믹이 발생하기 훨씬 이전부터 Catbridge Machinery는 소형 및 다중 빔 멜트블로운 장비를 포트폴리오에 포함시켰습니다. 또한, 프로세스의 핵심 요소를 포함하는 소규모 시범 라인을 개발하여 무역 전시회에 선보였습니다.
“우리 솔루션에는 항상 어느 정도의 맞춤화가 있습니다.”라고 Pappas는 말합니다. “이 경우, 우리는 이전 작업을 활용하여 N95 마스크 재료를 위한 라인을 특별히 패키지로 제공했습니다.”
일반적인 필터링 재료 표준을 충족하기 위해 이 회사는 웹 폭이 1.6m(5.2″)인 솔루션을 패키지로 제공했습니다. 이 턴키 생산 라인은 메자닌과 공장 수준의 장비를 모두 갖추고 있으며, 압출, 멜트블로운 성형 시스템, 웹 처리 장비, 모든 기계적 연결, 제어 패키지 및 전기 패널을 포함합니다.
복잡한 프로세스
이 과정은 폴리프로필렌 펠릿이 압출기에 투입되는 메자닌 층에서 시작되며, 압출기는 재료를 약 240°C(470°F)까지 가열합니다. 액화된 폴리머의 단일 “빔”이 일련의 미세한 구멍이 있는 다이 어셈블리를 통해 펌핑됩니다.
동시에 고속의 뜨거운 공기가 구멍 출구 지점의 양쪽에 불어져 섬유를 늘리거나 약화시킵니다. 필라멘트가 식으면 진공 테이블과 하단의 웹 처리 장비 쪽으로 끌려갑니다.
“우리는 진공 테이블에 매우 얇은 폴리머 가닥을 지속적으로 분사하여 웹을 만듭니다.”라고 Pappas는 설명합니다. “이렇게 하면 공기가 통과할 수 있지만 많은 입자를 포착할 수 있는 필터 재료가 만들어집니다.”
“여과를 최적화하기 위해 웹에 정전기를 발생시킵니다.”라고 Pappas는 덧붙입니다. “그 결과, 재료는 더 많은 입자를 포획하기 위해 ‘정전기 부착’이 발생합니다.”
마지막으로 자재를 운반하고, 절단하고, 감아서 배송합니다.
강력한 제어 – 소스에서
멜트블로운 라인은 Rockwell 제어 플랫폼에서 구동되며, Allen-Bradley GuardLogix® 안전 컨트롤러와 Allen-Bradley Kinetix® 서보 드라이브 및 모터를 특징으로 합니다. 이 시스템은 EtherNet 네트워크에 통합되어 있습니다.
“일반적으로 장비 HMI에는 그래픽 터미널을 사용했습니다.”라고 Pappas는 말합니다. “하지만 이번에는 Allen-Bradley ASEM 산업용 PC 및 모니터를 선택했습니다.”
견고한 ASEM 제품은 애플리케이션 소스에서 더 많은 컴퓨팅 성능을 제공하고, 화면에서 액세스하고 관리할 수 있는 기능에 더 많은 유연성을 제공합니다. 이 경우 시스템은 FactoryTalk View Site Edition(SE) HMI 소프트웨어를 실행하며, 이는 다양한 이해관계자의 요구를 충족합니다.
작업자는 디스플레이 화면, 알람 및 시스템 전반의 진단에 쉽게 액세스할 수 있습니다. 또한 유지보수 및 엔지니어링 팀은 애플리케이션을 신속하게 개발하고 시스템을 쉽게 유지보수할 수 있습니다.
모듈형의 아름다움 – 그리고 민첩성
즉각적인 N95 마스크 재료 수요를 지원할 수 있는 턴키 생산 라인을 패키지로 제공하는 것 외에도 Catbridge는 손쉬운 확장성과 장비 유연성에 중점을 두었습니다.
“메자닌 수준의 전체 빔 어셈블리는 독립적이고 모듈형이며 확장하기 쉽도록 제작되었습니다.”라고 Pappas는 말합니다. “고객은 폴리머 빔과 성형 테이블을 추가하여 용량을 늘리거나 독특한 블렌드를 생산할 수 있습니다.”
실제로 첫 번째 N95 마스크 생산 라인을 구매한 고객은 이미 생산량을 늘리기 위해 두 번째 빔을 추가하는 방법을 문의했습니다.
멜트블로운 라인도 손쉬운 전환을 위해 구축되었습니다.
“과거에 함께 일했던 많은 사람들이 단일 제품만을 생산하지는 않습니다.”라고 Pappas는 말합니다. “그들은 자동차용 공기 필터 재료, 흡수성 물티슈 및 마스크를 작업할 수 있으며, 이러한 각 제품에는 특정 섬유 요구 사항이 있습니다.”
다른 제품을 생산하려면 일반적으로 다이 구성을 변경해야 합니다. 일반적으로 유일한 기계적 변경은 다이 팁을 제거하고 교체하는 것입니다. 다른 모든 조정은 작업자 인터페이스에서 레시피를 변경하여 이루어집니다.
“COVID-19 팬데믹은 우리 모두에게 롤러코스터와 같은 경험이었습니다.”라고 Pappas는 말합니다. “N95 마스크는 여전히 부족하지만, 무엇이 표준이 될까요? 우리는 단순히 알지 못합니다. 이러한 불확실한 시기에 장비의 유연성은 성능만큼이나 중요합니다.”