ProQuIV، راه حلی که توسط موسسه Fraunhofer برای ریاضیات صنعتی ITWM در Kaiserslautern توسعه یافته است، هر دوی این اهداف را برآورده می کند. مخفف “ProQuIV” مخفف عبارت “Production and Quality Optimization of Nonwoven Infection Control Clothing” (Produktions- und Qualitätsoptimierung von Infektionsschutzkleidung aus Vliesstoffen) است. ایده اصلی این است که پارامترهای فرآیند تولید با توجه به تأثیر آنها بر یکنواختی منسوجات غیر بافته مشخص می شود و این تأثیر سپس به خواص محصول نهایی مرتبط می شود. به عنوان مثال، یک ماسک محافظ.
منسوجات نبافته برای کاربردهای فیلتراسیون در فرآیندی که به عنوان فرآیند ذوب دمنده شناخته می شود، تولید می شوند. این شامل ذوب پلاستیک هایی مانند پلی پروپیلن و عبور دادن آنها از طریق نازل ها می شود تا به شکل رشته هایی خارج شوند که به آنها رشته ها گفته می شود. رشته ها از دو طرف توسط جریان های هوا جمع می شوند که آنها را تقریباً با سرعت صوت به جلو می برد و قبل از قرار دادن آنها روی یک تسمه جمع آوری آنها را به اطراف می چرخاند. این باعث می شود رشته ها حتی نازک تر شوند: در پایان فرآیند، ضخامت آنها در محدوده میکرومتر یا حتی زیر میکرومتر است.
نقل قول: فرآیند تولید تولید ماسک های نبافته را بهینه می کند (2022، 1 دسامبر) بازیابی شده در 1 دسامبر 2022 از
این ممکن است منطقی به نظر برسد اما در مورد توسعه می تواند بسیار پیچیده باشد. برای مثال، نحوه افزایش مقادیر عملکرد فیلتراسیون و مقاومت جریان به هیچ وجه خطی نیست و با نسبت حجمی فیبر نیز متناسب نیست. این بدان معنی است که دو برابر شدن چگالی رشته منجر به دو برابر شدن عملکرد فیلتراسیون و مقاومت در برابر جریان نمی شود – رابطه بین پارامترها بسیار پیچیده تر از آن است.
در مورد ProQuIV، تصاویر نور عبوری از میکروسکوپ برای کالیبره کردن مدل‌ها قبل از استفاده استفاده می‌شوند. کارشناسان وضعیت فعلی نمونه نساجی را تجزیه و تحلیل می کنند و از این اطلاعات برای نتیجه گیری در مورد نحوه بهینه سازی سیستم استفاده می کنند – به عنوان مثال، با افزایش دما، کاهش سرعت تسمه یا تنظیم قدرت جریان هوا.
تولید سریع و کارآمد
یکی از اهداف کلیدی پروژه تحقیقاتی ما این بود که پارامترهای مرکزی مانند نرخ فیلتراسیون، مقاومت جریان و کدر بودن یک ماده را با یکدیگر مرتبط کنیم و از این اساس برای تولید روشی استفاده کنیم که تمام متغیرهای فرآیند تولید را به صورت ریاضی مدل‌سازی کند. کیرش می گوید. دوقلو دیجیتال فرآیند تولید در حال انجام را در زمان واقعی نظارت و کنترل می کند. اگر سیستم کمی از جایی که باید باشد منحرف شود – برای مثال، اگر دما خیلی بالا باشد – تنظیمات به طور خودکار در عرض چند ثانیه اصلاح می شوند.
نرم افزار شبیه سازی رابطه بین کنترل فرآیند مذاب و یکنواختی منسوجات نبافته را ترسیم می کند. اعتبار: Fraunhofer ITWM
منسوجات نبافته مورد استفاده برای ماسک‌های FFP-2 باید حداقل 94 درصد ذرات، ذرات یا ویروس‌ها را طبق DIN فیلتر کنند. اعتبار: Freudenberg Performance Materials
Kirsch محقق ITWM می گوید: “دقیقاً به همین دلیل است که مدل سازی ریاضی بسیار مهم است. این به ما کمک می کند تا رابطه پیچیده بین پارامترهای فرآیند فردی را درک کنیم.” محققان می توانند از تخصص گسترده خود در شبیه سازی و مدل سازی برای این کار استفاده کنند.
علاوه بر بهبود تولید ماسک، راه حل ProQuIV همچنین می تواند برای بهینه سازی پارامترهای تولید برای سایر برنامه های کاربردی مربوط به این منسوجات فنی همه کاره استفاده شود، و تولید کنندگان را قادر می سازد تا به درخواست های مشتریان و تغییرات در بازار به طور انعطاف پذیر پاسخ دهند.
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.
سپس آنها سرد می شوند و مواد اتصال دهنده به منظور ایجاد منسوجات اضافه می شوند. هر چه دما، سرعت هوا و سرعت تسمه با یکدیگر هماهنگ تر باشند، توزیع یکنواخت الیاف در انتها بیشتر می شود و بنابراین هنگام بررسی زیر میکروسکوپ نور عبوری، ماده همگن تر ظاهر می شود. از این طریق می‌توان مناطق روشن‌تر و تاریک‌تر را شناسایی کرد – کارشناسان از آن به عنوان ابری یاد می‌کنند.
ProQuIV تولید را بسیار کارآمدتر می کند – ضایعات مواد کمتری وجود دارد و مصرف انرژی نیز کاهش می یابد. مزیت دیگر این است که به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا محصولات جدید مبتنی بر نبافته را به سرعت توسعه دهند – تنها کاری که باید انجام دهند این است که مشخصات هدف را در مدل سازی تغییر داده و پارامترها را تنظیم کنند. این امر شرکت های تولیدی را قادر می سازد تا به درخواست های مشتری یا روندهای بازار به طور انعطاف پذیر پاسخ دهند.
این زنجیره مدل، تمام پارامترهای مربوطه را به تجزیه و تحلیل تصویر پیوند می دهد و یک دوقلو دیجیتالی از فرآیند تولید ایجاد می کند. دوقلو دیجیتال نظارت و کنترل خودکار تولیدات نبافته را در زمان واقعی امکان پذیر می کند و بنابراین امکان استفاده از پتانسیل بهینه سازی را فراهم می کند.
در عین حال، ماسک باید هوای کافی را از خود عبور دهد تا اطمینان حاصل شود که استفاده کننده همچنان می تواند به درستی نفس بکشد. بسیاری از تولیدکنندگان به دنبال راه هایی برای بهینه سازی فرآیند تولید هستند. علاوه بر این، تولید باید انعطاف‌پذیرتر شود تا شرکت‌ها بتوانند منسوجات نبافته همه کاره را برای طیف وسیعی از کاربردها و بخش‌های مختلف پردازش و تحویل دهند.
ماسک‌های کنترل عفونت نبافته حتی قبل از همه‌گیری کووید-19 میلیون‌ها نفر مورد استفاده قرار می‌گرفتند و به عنوان اقلام ساده تولید انبوه در نظر گرفته می‌شوند. با این وجود، فرآیند ساخت مورد استفاده برای ساخت آنها نیاز به برآورده کردن الزامات دقیق در مورد دقت و قابلیت اطمینان دارد. با توجه به DIN (موسسه استاندارد آلمان)، مواد منسوج در ماسک باید حداقل 94 درصد از ذرات معلق در هوا را در مورد ماسک FFP-2 و 99 درصد در مورد نسخه FFP-3 را فیلتر کنند.
تیم Fraunhofer روشی را برای اندازه گیری شاخص ابری بر اساس داده های تصویر ایجاد کرده است. نواحی نور دارای نسبت حجمی فیبر پایینی هستند، به این معنی که تراکم کمتری دارند و میزان فیلتراسیون کمتری دارند. نواحی تیره‌تر حجم فیبر بالاتری دارند و بنابراین نرخ فیلتراسیون بالاتری دارند. از طرف دیگر، مقاومت بیشتر جریان هوا در این مناطق به این معنی است که آنها نسبت کمتری از هوای تنفس شده را فیلتر می کنند. نسبت بیشتری از هوا در مناطق بازتر جریان می یابد که اثر فیلتراسیون کمتری دارند.
Kirsch توضیح می دهد: “این بدان معنی است که نیازی به قطع تولید، نمونه برداری از مواد و تنظیم مجدد ماشین ها نیست. پس از کالیبره شدن مدل ها، تولید کننده می تواند مطمئن باشد که منسوجات نبافته از تسمه با مشخصات و استانداردهای کیفیت مطابقت دارند.” .
برنامه های محققان فراونهوفر برای استفاده از این روش بسیار فراتر از ماسک ها و فیلترهای هوا است. فن آوری آنها به طور کلی برای تولید منسوجات غیر بافته قابل استفاده است – برای مثال، می توان از آن در موادی برای فیلتر کردن مایعات نیز استفاده کرد. علاوه بر این، روش‌های ProQuIV را می‌توان برای بهینه‌سازی ساخت منسوجات نبافته مورد استفاده در کاربردهای عایق صدا استفاده کرد.
ارائه شده توسط Fraunhofer-Gesellschaft
دکتر رالف کرش که در بخش شبیه‌سازی جریان و مواد کار می‌کند و سرپرست تیم فیلتراسیون و جداسازی است، توضیح می‌دهد: “با ProQuIV، تولیدکنندگان به طور کلی به مواد کمتری نیاز دارند و در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کنند. و کیفیت محصول نهایی تضمین می‌شود. در تمام زمان ها.”
تصویر نور عبوری از میکروسکوپ، توزیع الیاف را در پارچه نبافته نشان می دهد. اعتبار: Fraunhofer ITWM
برنامه های بیشتر امکان پذیر است
تولید لباس کنترل عفونت نیاز به انرژی زیادی دارد و از منابع مادی زیادی استفاده می کند. محققان فراونهوفر اکنون فناوری توسعه داده اند که به صرفه جویی در مواد و انرژی در تولید پارچه های نبافته کمک می کند. یک دوقلو دیجیتال پارامترهای کلیدی فرآیند تولید را بر اساس مدل‌سازی ریاضی کنترل می‌کند.
گام بعدی برای تیم Fraunhofer کاهش مقاومت تنفسی منسوجات نبافته برای استفاده کننده بدون آسیب رساندن به اثر محافظتی است. این امر با شارژ الکتریکی الیاف و به کارگیری اصولی مشابه با گردگیر پر امکان پذیر می شود. بار الکتریکی باعث می شود پارچه نساجی کوچکترین ذرات را جذب کند که در غیر این صورت می توانند از طریق منافذ بلغزند. برای این منظور، قدرت بار الکترواستاتیک به عنوان یک پارامتر در مدل‌سازی ادغام می‌شود.
