超聲波焊接設備是生產基於無紡布的個人防護設備的必不可少的技術。無論如何，隨著疫情的爆發，全球對醫用級口罩和N95防毒面具的需求在2020年初激增。世界衛生組織估計，全球每個月僅為了保護醫療提供者就需要8900萬個醫用口罩。然而，對口罩的需求遠遠超出了保護醫務人員的範圍。在大約50個國家中，普通公民也在尋求口罩或製造口罩，以遵守政府疾病控制與預防中心（CDC）戴口罩的規定和建議。
大流行的迅速發作和情況使全世界的醫療供應鏈承受壓力，並導致個人防護設備（PPE）特別是口罩的嚴重短缺。全球短缺的突然發生使得許多類型的PPE難以以任何價格獲得。這一轉變已導致全球政府，醫療製造商和產品購買者重新考慮了維持或重建國內醫療質量口罩供應的價值。口罩的生產與超聲波焊接技術以及無紡布材料息息相關。
01無紡布材料的意義
當將一次性無紡布其內置於PPE（例如醫用口罩，工作服和磨砂膏，甚至腳套）中時，可提供有效且廉價的防微生物保護。其有效性的關鍵在於多層結構，該結構結合了重量為10至25克/平方米（g / m2）的內層，重量為25至40 g / m2的紡粘聚丙烯（PP）的外層以及中間層通常為25 g / m2的熔噴PP纖維。內層和外層紡粘PP層可提供保護和結構，而熔噴PP纖維的中間層是濾除病原體的關鍵。如果該層中的熔噴纖維在製造過程中帶負電，它們會吸引並保持極小的顆粒。像這樣的技術，加上專業的設計和高質量的製造，就是為什麼像N95防毒面具這樣的產品可以有效地保護醫護COVID-19患者的醫務人員的原因。
02超聲波焊接口罩原理
超聲波焊機將電能轉換為高頻機械振動，然後通過工具將其轉換為熱塑性材料。振動會產生摩擦熱，使塑料熔化，這一操作可以集中並用於：將一大卷無紡布切割或切成較窄的條-切割的邊同時被加熱縫合；將多層非織造材料焊接成層壓產品（例如多層面罩），或將多層無紡布進行無縫焊接（例如，面罩的邊緣），或將無紡布綁帶或可拉伸的無紡布耳帶焊接到面罩的邊緣。
用於無紡布的超聲波焊接機的基本結構在許多方面類似於縫紉機。在平面上連續繪製材料層，在一側的焊縫「堆」和另一側的旋轉輪（焊縫「砧」）之間移動。堆焊件的組件（轉換器，增壓器和超聲波焊極）安裝在可移動的致動臂上，該臂可將無紡布層緩慢連續地壓縮到旋轉的砧座上。超聲焊極在那裡傳遞超聲波能量，當旋轉的砧座的表面壓印完成的接縫時，超聲波能將各層焊接在一起。
由於典型的面罩在寬度和長度上都需要在頂部和底部兩個焊縫（在寬度和長度上都需要焊接），並且在每一側都需要兩個粘結點來固定扎帶或彈性帶子，因此自動面膜製作機需要多個超聲波焊接站。在該過程的第一步中，平行焊機在面罩的頂部和底部寬度上連續縫製。然後，將面膜層壓板切成一定尺寸後，它們垂直於線移動，並通過另一個平行的焊接工位，在兩側縫接其長度，再次使用連續的焊接工藝，因為材料在旋轉的砧座上移動。從那裡開始，放置預切割的帶子，並在頂部和底部插入或「點焊」（這次焊接到平坦的砧座上），從而完成了面罩的構造。
03超聲波焊接與自動化技術相結合
對於醫療級面罩和呼吸器的生產必不可少的超聲波焊接設備通常安裝到較大的，全自動的面具生產機器中。這些機器通常由兩卷或三卷非織造材料（內層，中間層和外層）填充，並進行連續加工。
超聲波焊接技術，再加上精心設計的機械和自動化技術，使無紡布粘合顯得毫不費力。但是，要使高頻振動集中到一種能夠以醫療級的精度和可靠性進行切割、,縫和粘合的力中，需要大量的技術和技巧。焊接過程的控制（為電池組供電並傳遞焊接能量的電子設備和程序）源自焊工的電源，通過電纜將其輸送到工作的焊接部件。大多數涉及非織造布的焊接操作都使用20千赫茲的電源，可通過機載人機界面（HMI）顯示屏或聯網的計算機連接進行編程。
在醫用無紡布工廠引入超聲波焊接技術之前和之中，超聲波焊接專家通常與製造商緊密合作以開發和優化該技術的各個方面。通常，每種非織造焊接應用都需要專門的超聲波發生器和一組優化的焊接參數。這些參數（通常使用DOE方法創建）提供了一系列經過驗證的焊接程序設置，這些設置可讓生產設備在交付高質量焊接時適應常規工藝和材料變化。
04超聲波焊接的優勢
無論是使用超聲波焊接來生產口罩和呼吸器，手術服還是其他各種醫用PPE，與其他生產方法相比的優勢都使其成為處理與COVID-19和其他疾病作鬥爭的非織造材料的重要技術。這些好處包括：
卓越的速度和生產力
超聲波焊接技術以非凡的速度切割，縫合和粘合非織造布。在連續生產線中，超聲波可以在不到一秒的時間內焊接無紡布層，從而產生與母材一樣牢固的可重複粘結。
牢固，連續的接縫和紐帶
與縫製相比，超聲技術的主要優點是無需縫線，並且無需在織物上形成可容納和隱藏微生物或汙染物的機械孔，即可形成高強度，高完整性的接縫和粘合物。
零消耗品或汙染物
與膠粘劑相比，超聲波技術消除了消耗品的額外費用，施加的額外工作量，安裝和乾燥所需的額外時間以及暴露於化學汙染物的風險。超聲波接縫一經生產就可以使用。
能源效率高
超聲波技術僅在用於切割或粘合材料時才消耗功率。此外，由於該過程會通過超聲波振動立即產生所需的摩擦熱，因此不會產生與預熱以及將熱刀或熱粘合工具保持在所需工作溫度相關的額外能耗或浪費。