Produire et emballer automatiquement 120 masques FFP2 par minute

« Du floc à l'emballage » - la ligne de production innovante permet de fabriquer et d'emballer automatiquement 120 masques FFP2 de haute qualité par minute. (Source de l'image : Schneider Technologies)

Le convertisseur standard utilisé pour la soudure en contour a été spécialement conçu pour le mode de soudure continue. Une contour d'équilibrage au bord de la trajectoire garantit une amplitude stable. (Source de l'image : Schneider Technologies)

Dans la ligne de production, des masques peuvent être fabriqués à partir de jusqu'à cinq couches de non-tissé. (Source de l'image : Schneider Technologies)

Lors de la soudure des anneaux d'oreille, la conception spéciale des stations de soudage, ainsi que la configuration des systèmes de balancement et des sonotrodes, garantissent la réalisation correcte de chaque point de soudure. (Source de l'image : Schneider Technologies)

Pour la soudure de la jointure en L, qui est effectuée à nouveau dans des processus continus, les masques sont tournés. (Source de l'image : Schneider Technologies)

De l'idée à la mise en service du système de production le plus moderne au monde pour les masques de protection FFP2, il ne s'est écoulé que dix mois. L'installation avec des solutions par ultrasons pour le soudage à ultrasons continu et en cadence de Weber Ultrasonics permet de fabriquer et d'emballer automatiquement 120 masques par minute.

C'est le dimanche de Pâques 2020, la première vague de Covid-19 domine le monde, lorsque Stephan Schneider lit un rapport sur le chaos des masques : les masques de protection respiratoire et FFP2 sont pratiquement indisponibles en Europe, et lorsqu'il y en a, ils sont vendus à des prix exorbitants en provenance d'Asie, souvent de qualité douteuse. Cet article donne à l'ingénieur diplômé et passionné de mécanique l'idée de développer lui-même un masque FFP2 ainsi que la technologie de production nécessaire, afin de créer à long terme une production de masques sûre et compétitive « Made in Germany ». La société Schneider Technologies GmbH + Co. KG, fondée en 1998, est spécialisée dans le développement, la conception et la construction de machines spéciales et de lignes de production pour une large gamme de clients, notamment dans l'industrie automobile, électrique, sanitaire et chimique. Une compétence clé réside dans l'automatisation et la rationalisation de la fabrication et de l'assemblage.

Masque et technologie de l'installation développés parallèlement

En se lançant dans la fabrication d'équipements de protection individuelle et le soudage par ultrasons, étape cruciale dans la production des masques, l'entreprise a ouvert un nouveau domaine. « Pour avoir une première idée du matériau thermoplastique, appelé non-tissé, dont sont faits les masques, de leur traitement et des précautions à prendre, tous les participants au projet ont suivi une formation à l'Institut de Technologie Textile (ITA) de l'Université RWTH Aachen. En collaboration avec l'ITA, le design du masque a également été développé, adapté aux têtes européennes », explique Stephan Schneider.

De même, le directeur général a abordé la planification de la ligne de fabrication de manière pragmatique. Des recherches approfondies sur les machines disponibles sur le marché ont fourni des indications sur les points à améliorer pour obtenir une solution nettement meilleure en termes de qualité, de performance et de disponibilité. La technologie de production devait donc être hautement automatisée et fonctionner presque sans intervention humaine. L'objectif était de produire 120 masques par minute, contre une capacité maximale précédente de 60. Une haute disponibilité de l'installation, une construction stable et un emballage intégré étaient également prioritaires. Ces exigences, combinées à l'expertise acquise dans plus de 400 installations spéciales réalisées, ont été intégrées dans la conception de la technologie de production. « Étant donné que les processus de soudage, en particulier le soudage des bandes d'oreille, sont des processus critiques pour la qualité, nous cherchions un partenaire expérimenté dans le soudage de masques pour ces composants clés », explique le directeur général.

Solution technique, conseil et soutien décisifs

Stephan Schneider a opté pour l'équipement à ultrasons de Weber Ultrasonics AG, l'un des principaux fabricants mondiaux de composants à ultrasons pour le soudage, la découpe et le nettoyage, ainsi que pour des solutions modulaires pour le soudage des bandes d'oreille. La conception technologique des solutions de soudage, ainsi que l'expérience approfondie de l'entreprise dans le traitement des non-tissés, ont été déterminantes. « Weber propose des générateurs, des convertisseurs et des boosters pour les processus de soudage de masques en tant que composants standard, seuls les sonotrodes étant adaptés sur mesure. Cela nous a permis d'avancer rapidement dans ce domaine sans coûts ni délais de développement importants. Cet aspect, ainsi que la bonne, solide assistance et la communication très ouverte, notamment sur les solutions pour le soudage des bandes d'oreille et la conception des rouleaux, nous ont impressionnés dès la première rencontre. Nous avons donc décidé spontanément de travailler avec Weber et n'avons plus consulté d'autres fabricants », ajoute Stephan Schneider. Le fabricant de composants a également fourni un soutien complet lors de la vérification des paramètres du processus. Cela a été réalisé par des essais de soudage en laboratoire chez Weber, utilisant le matériau de masque original de Schneider. Il se compose de trois non-tissés différents, dont la couche centrale est un matériau combiné déjà relié. « Notre objectif n'est pas seulement de fabriquer des masques de haute qualité avec la ligne de production, mais aussi de vendre cette technologie. Pour pouvoir réagir de manière flexible aux exigences spécifiques des clients, la machine est conçue pour traiter jusqu'à cinq couches de non-tissé », précise Stephan Schneider.

Production entièrement automatisée avec soudage continu et en cadence

La ligne de fabrication est équipée de sept systèmes de soudage à ultrasons. Les générateurs de soudage Sonic Digital HS3, d'une puissance de 2000 watts chacun, compatibles Industrie 4.0, disposent de cinq modes de soudage, permettant de réaliser de manière fiable à la fois un soudage continu et en cadence. De plus, des fonctions innovantes garantissent une sécurité maximale du processus. Parmi celles-ci, le Teach-In, qui détermine automatiquement la fréquence de démarrage optimale et les paramètres de régulation des systèmes vibrants connectés, ainsi que la fonction Sonoscan, qui identifie la fréquence de travail correcte. La régulation de la température calcule et compense automatiquement les décalages de fréquence dus aux variations de température.

Après avoir placé les bobines de non-tissé sur les bobineuses, le processus entièrement automatique commence par l'insertion des barres de nez. Ensuite, les contours du masque sont soudés dans un processus continu. Le convertisseur de soudage, fabriqué en titane, a été spécialement conçu pour des applications sans interruption. Pour assurer une transition fluide entre les processus en continu et en cadence, un tampon intermédiaire est intégré, à partir duquel les masques sont d'abord imprimés avec les indications du fabricant, le marquage CE et le numéro de contrôle dans une unité d'impression. Ensuite, deux stations réalisent le soudage des bandes d'oreille. La conception spécifique des stations de soudage des bandes d'oreille et la configuration des systèmes vibrants et des sonotrodes en titane garantissent la précision de chaque point de soudure. Un autre tampon est placé avant que la forme finale des masques et la soudure de la couture en L ne soient effectuées dans des processus continus. Ensuite, les masques sont découpés, automatiquement transférés à une machine d'emballage en tube et emballés individuellement. Enfin, une préparation automatique de dix ou vingt masques pour leur emballage dans des cartons de vente, puis leur placement par robot dans des cartons de transport, est réalisée. La conception « Du non-tissé à l'emballage » a ainsi été entièrement respectée.

Toutes les étapes du processus sont surveillées par des capteurs et des systèmes de caméras, et les résultats obtenus sont constamment comparés aux valeurs de référence définies dans le système de contrôle. Cela permet d'éliminer automatiquement les masques mal produits ou mal emballés dans des stations de tri avant et après l'emballage.

La ligne de fabrication innovante permet de produire jusqu'à 100 millions de masques FFP2 de haute qualité par an dans les pays à main-d'œuvre coûteuse en Europe, de manière hygiénique et à des prix compétitifs face à la concurrence asiatique. « Nous sommes convaincus que la technologie de soudage de masques de pointe et le soutien sans faille de Weber Ultrasonics nous ont aidés à réaliser ce projet avec une haute qualité en moins d'un an », conclut Stephan Schneider.