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熔噴設備生產契機 - 中研院專訪 - 鼎峰與政鈺聯手製作首台國產熔噴不織布生產設備

2021-04-06
熔噴設備生產契機 - 中研院專訪

1.疫情中,進入生產熔噴設備的契機?機緣是什麼?

疫情剛爆發時,我們從媒體中得知全台灣乃至全世界的人民都在爭搶購買口罩,而我們當時也為了給予員工提供防護而四處奔波尋找口罩採購管道。 期間許多客戶與相關廠商紛紛打電話來詢問是否能協助製造熔噴設備,此時我們才發現到原來台灣對於1.6米量產級熔噴設備的取得, 一直以來都是依賴日本製設備與日本製模具、噴絲板。

而台灣似乎於微細孔噴絲板加工與熔噴設備的整合製造研發這方面的能力那麼不足,這使得熔噴布產能在疫情初期根本無法應付國家與人民需求 也必須向國外企業採購且交期在疫情期間要等12到20個月,種種因素讓鼎峰在3月初便決心負起這個責任與義務,帶領整個企業全力投入熔噴設備 的快速生產,來滿足國人對於整個醫療用口罩熔噴布市場缺口需求。

2.製作熔噴機最關鍵技術是什麼?技術來源?若牽涉到專利問題?如何突破?

熔噴機我們把它分為兩個部分:

第一個核心關鍵模組零件是模具與噴絲板也是為最久製品。

第二個是熔噴機 包含了齒輪計量器、高效可調壓濾網、熱風系統、收捲線上分條系統、螺桿押出系統、機電整合系統。

在於模具部分:

協力廠商政鈺在成立至今30年來就有製作過紡織業、薄膜、光電類相關超精密噴絲板與模具零件相關經驗,鼎峰在押出機、薄膜、包裝材與光學類設備 也有多年製造研發與設計經驗,所以對政鈺來說並不會陌生也不會有極大困難。

其中最關鍵的技術在於噴絲板的微細孔加工製程,我們要知道噴絲板的噴口直徑是0.2~0.35MM,人類一般毛髮直徑約在於0.08~0.18MM之間,可見其噴孔 直徑之加工精密度有多高,再者目前市場上標準量產型熔噴模具為1.6米寬幅,一組標準噴1.6米噴絲板所需加工的微孔數量在2317~3307孔,比起寬幅 600MM或800MM實驗型噴絲板來說,標準量產型熔噴模具所需微細孔加工數是實驗型噴絲板的2~3倍。而這些孔在加工過程中不能有一孔斷刀或失敗, 因只要有一個孔斷刀失敗、孔真圓度缺失、孔內壁不夠光滑或大小孔此噴絲板便須報廢,不能投入實際生產。

所以政鈺成立了一個專業CNC加工技術團隊,24小時日以繼夜的改良製程,期間關鍵的鑽頭工具是由空運採購測試了歐、美、日、德系 微鑽刀具並經由 一連串測試過後,取各家廠商之優勢搭配政鈺的技術製程研發的結果去磨製出符合加工SUS 630這種耐腐蝕高韌性高含鎳高硬度不銹鋼材料加工之鑽頭。

至今,除了剛開始投入試量產時所遇到的鑽頭不穩定因素導致報廢數組噴絲板後,團隊成員經過挫折與失敗經驗也學習到更多相關微細孔加工的要領, 後續政鈺團隊便在短短的10幾天即達成了良率100%,穩定日夜加工不斷刀的高良率生產,並也在改善作業的同時於模具的設計中取得了新的專利。

政鈺團隊也透過調整微細孔加工機的鑽孔參數、控制器參數、切削冷卻液改良並增加機台周邊相關設備來提高生產效率,使得政鈺可以在極短的50天內 完成高效率高品質模具與噴絲板整體的製造流程。

熔噴機部分:

一部熔噴機主要由10大模組所構成,分別為: 供料系統、螺桿熔融押出系統、 齒輪計量器、高效可調壓濾網、加熱器熱風系統、真空網台成形系統、 收卷線上分條系統、模具、靜電駐極系統、機電整合系統…等所構成。

其中有幾個模組系統對於熔噴布生產所需品質與整體設備扮演極重大角色,每個區塊模組的成敗都會影響到最終端熔噴布產品的品質。

A. 螺桿-高均勻度的混煉螺桿充分的混和多種原料成份且穩定輸出流量。

B. 齒輪計量器-使生產設備出料不受濾網阻塞而影響流量。

C. 調壓式濾網-大面積的過濾面積,增加生產時效避免雜質影響布面品質。

D. 加熱器熱風系統-影響絲線控制,鼎峰自主研發計算出最佳熱效能達節能省電。

E. 駐極系統(加靜電)-源自美國採購並空運駐極主機,透過鼎峰模組化組裝於設備 中,有效使電極吸附於熔噴布表面產生濾效,以阻擋吸附細菌、病毒及微粒子。

F. 創新收捲機-線上可直接分條9捲供應給口罩機使用的規格(傳統線下分條需額外採購市價約300萬的分條機),省略二次分條避免造成的布面汙染,且節省人力並 可立即包裝出貨供應給口罩機台生產,提升生產效率與產品品質。

G. 鼎峰也有獲得熔噴機創新專利,可提高效率產能之雙模頭熔噴設備。

3. 熔噴機台如何快速在二個月研發出來?在這個過程中,有哪些合作開發的廠商?挑戰在哪?

為了能在最短的時間幫助國人生產熔噴布,協力廠商政鈺於三月初便開始採大量購歐洲不鏽鋼SUS 630模具鋼材、美國靜電駐極設備、空壓設備等等空運、陸運所有重點材料 、零件。而政鈺本身擁有70多套CNC車銑磨等各式工作母機與實力堅強的百人製造團隊,使得政鈺能在極短的時間內整合並啟動此項專案項目零件的加工生產製程。

同時間集結了政鈺、鼎峰公司設計團隊開始著手設計熔噴機模組零件、核心模具與噴絲板。因我們擁有多年的高分子材料應用專業知識以及專業ANSYS 模流分析去做CAE幾何流道 、設備優化,所以可以在極短的時間內設計出整套設備並委與政鈺加工團隊24小時頃全力生產。

鼎峰特別為了方便運輸與快速組裝而設計了模組化結構,在開發收卷系統時也遇到了因張力控制不佳導致熔噴布壓差增加的問題,後來透過團隊的努力與修改設計, 我們創新研製出線上分條與收卷系統,一來可以減少人工配置的需求,二來可以大幅減低布捲於二次分條時所受到的汙染風險,我們考慮到的是熔噴布已經算是醫療級產品, 在製造過程中任何一個環節都不得馬虎,必須以最高規格最高品質的精神下去生產與設計。

團隊在設計熔噴機時,也採用政鈺自製的齒輪計量器系統,高效能過濾網系統,以往這兩項零件都是透過瑞士或美日系廠家所提供,政鈺運用了原本既有的齒輪計量器與高效能濾網設計 ,著手修改設計符合高流動性熔噴供料系統零件,以達到完整的台灣製造台灣掌握之國產熔噴機,大幅降低生產週期減少未來設備維護與生產費用。

這段期間要感謝我們合作廠商:政鈺機械、彩麗實業、哲誠工業、政億工業這些企業主管與相關工作人員來協助完成台灣首座自主研發熔噴機。

4. 與敏成及其他廠商合作的過程?

去年農曆年前爆發的COVID-19,在全球引起很大的恐慌,因而造成口罩需求暴增,身為熔噴布龍頭的敏成,透過紡研所不織布組的介紹,由當時董事長親自帶隊蒞臨參觀鼎峰、政鈺合作第一台100%自主研發 、製造的熔噴設備試運轉,並給予高度肯定,訝異我司未具備熔噴布生產廠家經驗,卻能做出符合醫療口罩使用等級的熔噴布;且因當下疫情需求大增的日本廠商無法及時供應最重要的熔噴模具, 在看過鼎峰熔噴設備後,決定與鼎峰合作;並於2020/7/1與敏成廠內正式發表該套設備,邀請經濟部長-王美花及桃園市長-鄭文燦等貴賓共襄盛舉,為國內口罩原物料短缺提供即時雨,也為台灣盡一份心力。

過程中,也透過紡研所不織布組的協助指導及敏成的建議,加強冷卻系統,使熔噴布品質更好。

5. 熔噴設備國產化開發生產過程中政府扮演哪些的角色?

政府此次為鼓勵國內廠家增加產線,提供了2000萬的補助,促使敏成與鼎峰、政鈺的合作,也藉此機會,使以往只能向日本、德國採購之熔噴模具及設備的局面扭轉改變,讓熔噴設備可以國產化並可以與日、 德並駕齊驅,提供給台灣與世界各地所需熔噴布生產廠,其中政府也協助督促紡研所等單位,協助政鈺再加上不織布公會-陳世中理事長的全心全力整合台灣業者及資源,讓我們有幸能夠為此次疫情貢獻一己之力。

6. 這次參與防疫國家隊的經驗,以及所帶來的影響?

第一次感受到台灣的各行業者面臨世界性的威脅下,能夠在政府及紡研所與不織布公會的帶領下,大家同心協力也為我們搭建了溝通橋梁在最短時間內,提供防疫物資的資源整合及生產,同時也讓我們感受到不織布 團隊更加團結合作,使第一線醫療人員與民眾免於無口罩可用的恐慌及被感染的可能。

7. 平常跟那些公會、法人(研發機構)進行互動?例如和不織布公會的關係?

因應不同產業的需求,我們常年與紡織研究所、不織布公會、機器公會、塑膠中心、金屬中心、逢甲/遠東大學等新創中心等有配合及接觸;去年與紡研所及不織布公會的密切配合,透過紡研所不織布組的實驗結果得知熔噴布製程的軟 、硬體結構需求。

8. 是否有生產其他的防疫物資相關設備?例如紡黏機設備? 或口罩機?開發過程?

防疫物資除了各級口罩外,尚有保護一線醫護人員所需的防護衣需求,我司於短短四個月內(2020/8~2020/11)即完成首座國內百分百自製紡黏不織布設備,並於同年12月24日正式對外發表;於此同時,也響應國家隊成員們的建議, 開發高良率的口罩暨自動包裝機,同時口罩機也獲得德國客戶的肯定並採購數台於愛爾蘭生產。對於口罩機與相關防疫設備我們將會持續的創新開發以滿足國人與世界的需求為台灣爭取一份榮耀。

9. 鼎峰的熔噴設備在相關產業中的自我定位?未來發展的方向?

1. 定位:位於亞洲,鼎峰團隊具備因應市場需求,總能及時結合各機種的優勢,彈性調整及隨機應變設計並整合機械結構及組裝效率,與其他設備廠標準化機種相比,競爭力略勝一籌。

2. 未來將以雙組份、高均勻性高產能熔噴布、彈性體等複合材料等開發高替換性的機械結構,以利生產廠家順應市場需求改變,可提供不同複合材料的高功能布料。

採訪者: 中研院
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