어려움을 겪고있다 광섬유 코어 제조¹ 복잡성? 품질 관리가 부족하면 신호 손실과 생산 실패로 이어집니다.

섬유 코어 제조에는 화학 기상 증착을 이용한 프리폼 제작, 그리고 실시간 직경 제어와 보호 코팅 적용을 통한 2000°C 온도에서의 정밀 드로잉이 포함됩니다.

들어가기 광섬유 코어 제조¹ 처음에는 부담스럽습니다. 기술이 복잡하고 투자 비용도 상당합니다. HONGKAI에서 광섬유 생산 라인 작업을 처음 시작했을 때가 기억납니다. 요구되는 정밀성은 달성하기 불가능해 보였습니다. 초기 유리 준비부터 최종 코팅 적용까지 모든 공정 단계에서 정확한 제어가 요구됩니다. 어느 단계에서든 실수가 발생하면 성능 기준을 충족하지 못하는 광섬유가 사용 불가능하게 될 수 있습니다. 성공을 위해서는 제조 공정의 각 단계를 이해하는 것이 필수적입니다. 고품질 광섬유 코어를 지속적으로 생산하는 안정적인 생산 라인을 구축할 수 있도록 전체 공정을 단계별로 안내해 드리겠습니다.

섬유 코어 생산에 필요한 재료는 무엇입니까?

원자재의 품질은 최종 섬유의 성능을 결정합니다. 불순한 화학 물질을 사용하면 생산 과정에서 신호 감쇠와 섬유 파손이 발생합니다.

초순도 사염화규소와 사염화게르마늄은 특수 용광로에서 1500°C가 넘는 온도에서 통제된 화학 반응을 통해 유리로 전환됩니다.

고품질 섬유 코어의 기초는 올바른 재료에서 시작됩니다. 저는 업계 초창기에 이 교훈을 뼈저리게 느꼈습니다. 품질 검사를 지속적으로 통과하지 못한 섬유가 있었는데, 문제의 원인을 추적하는 데 몇 주가 걸렸습니다. 오염된 원자재 때문이었습니다. 순도 요구 사항² 광섬유 제조의 경우 다른 대부분 산업이 요구하는 수준을 훨씬 뛰어넘는 극단적인 기술이 요구됩니다.

1차 화학 성분

광섬유 생산에 사용되는 핵심 소재는 개념적으로는 놀라울 정도로 간단하지만, 실제 제작은 엄청나게 까다롭습니다. 사염화규소(SiCl4)는 섬유 구조의 중추를 이루는 실리카 유리의 주요 원료입니다. 이 화학물질은 99.999% 이상의 순도를 가져야 합니다. 미량의 불순물이라도 심각한 광학적 손실을 유발하거나 취약점을 형성하여 인발 공정 중 광섬유 파손으로 이어질 수 있습니다.

사염화게르마늄(GeCl4)은 클래딩 대비 코어의 굴절률을 증가시키는 도펀트 물질 역할을 합니다. 게르마늄의 정확한 농도는 완성된 광섬유의 개구수(NGA)와 집광 성능을 결정합니다. 단일 모드 광섬유에는 일반적으로 중량 기준 3% 미만의 소량의 게르마늄을 사용합니다. 다중 모드 광섬유는 더 높은 농도를 필요로 하며, 코어 영역에서는 8~12%에 달하는 경우도 있습니다.

화학 반응 과정

액체 화학물질에서 고체 유리로의 변환은 세심하게 제어된 산화 과정을 통해 이루어집니다. 실리카 형성의 기본 반응식은 다음과 같습니다: SiCl4 + O2 → SiO2 + 2Cl2. 이 반응은 효율적으로 진행되려면 1500°C에서 1800°C 사이의 온도가 필요합니다. 게르마늄 반응도 유사한 패턴을 따릅니다: GeCl4 + O2 → GeO2 + 2Cl2.

이 공정을 어렵게 만드는 것은 전체 증착 사이클 동안 일관된 반응 조건을 유지하는 것입니다. 10°C의 온도 변화만으로도 최종 광섬유의 광학 특성에 영향을 미치는 조성 변화가 발생할 수 있습니다. 염화물 화합물의 완전한 산화를 보장하기 위해 산소 유량은 1% 내에서 안정적으로 유지되어야 합니다. 반응하지 않은 염화물은 광 손실을 증가시키는 흡수 중심을 생성할 수 있습니다.

순도 요구 사항 및 테스트

광섬유 재료의 순도 기준은 대부분의 반도체 응용 분야보다 높습니다. 수산기가 1380nm 파장에서 강한 흡수 피크를 생성하므로 수분 함량은 백만분의 1 미만으로 유지되어야 합니다. 철, 구리, 크롬과 같은 금속 불순물은 추가적인 흡수 및 산란 손실을 유발하므로 각각 10억분의 1 미만으로 유지되어야 합니다.

저희는 순도 검증을 위해 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)을 사용하여 모든 입고 화학 물질의 배치를 테스트합니다. 가스 크로마토그래피는 유리 성형 공정에 영향을 미칠 수 있는 유기 오염 물질을 식별하는 데 도움이 됩니다. 이러한 테스트는 생산 일정에 비용과 시간을 추가하지만, 제조 공정 후반부에서 훨씬 더 큰 비용이 발생하는 문제를 방지합니다.

재료	순도 요구 사항	주요 오염 물질	테스트 방법
SiCl4	>99.999%	H2O, Fe, Cu, Cr	ICP-MS, GC
GeCl4	>99.99%	H2O, 금속 이온	ICP-MS, 칼 피셔
오2	>99.95%	H2O, 탄화수소	GC, 수분 분석기
운반 가스	>99.999%	H2O, O2, 탄화수소	GC, 미량 산소 분석기

보관 및 취급 고려 사항

이러한 화학물질을 적절하게 보관하려면 특수 시설이 필요합니다. 사염화규소와 사염화게르마늄은 습기와 반응성이 높아 염산을 생성하여 장비를 부식시키고 안전 위험을 초래합니다. 당사는 이러한 물질을 밀폐된 스테인리스 스틸 용기에 담아 건조한 질소 분위기에서 보관합니다. 보관 장소의 온도는 ±2°C 이내, 상대 습도는 5% 이하로 유지됩니다.

취급 절차는 오염 방지를 위해 엄격한 프로토콜을 따릅니다. 모든 이송 라인은 입자 발생을 최소화하기 위해 VCR 피팅이 장착된 전해연마 스테인리스 스틸 튜브를 사용합니다. 모든 라인은 공정 화학물질을 투입하기 전에 초고순도 질소로 퍼지합니다. 화학물질 보관 구역 출입 시에는 클린룸 슈트를 착용하고 오염 제거 절차를 준수합니다.

적절한 자재 취급에 대한 투자는 일관된 섬유 품질이라는 결실을 가져옵니다. 오염된 화학물질 때문에 생산 라인이 며칠 동안 가동 중단되는 것을 본 적도 있는데, 보관 방법을 개선했다면 막을 수 있었을 것입니다. 초청결 상태를 유지하는 데 드는 비용은 불량 섬유 생산 비용에 비해 매우 적습니다.

유리 프리폼은 어떻게 만드나요?

품질은 광섬유 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 증착이 일정하지 않으면 광섬유 길이 전체에 걸쳐 직경 변화와 광 손실이 발생합니다.

MCVD 및 OVD 공정은 정밀한 온도 및 화학 흐름 제어를 사용하여 회전 튜브 내부에 유리 층을 증착하여 최대 1미터 길이의 성능을 생성합니다.

유리 프리폼을 만드는 것은 가장 중요한 단계입니다. 광섬유 코어 제조¹이 공정은 완성된 섬유의 기본적인 광학적 및 기계적 특성을 결정합니다. 저는 프리폼 제작 매개변수를 최적화하는 데 수많은 시간을 투자했으며, 이 단계의 작은 변화가 최종 제품 품질에 큰 영향을 미친다는 것을 확신합니다.

변형 화학 기상 증착(MCVD) 공정

---

그만큼 MCVD 공정³ 고품질 프리폼 제작에 가장 널리 사용되는 방법입니다. 이 공정은 일반적으로 외경 15~25mm, 길이 800~1200mm의 순수 실리카 기판 튜브로 시작됩니다. 이 튜브는 진원도, 동심도 및 표면 마감에 대한 엄격한 사양을 충족해야 합니다. 기판 튜브의 결함은 전체 제조 공정에 영향을 미칩니다.

기판 튜브는 진동을 최소화하면서 10~100RPM의 회전 속도를 유지할 수 있는 정밀 선반에 수평으로 장착됩니다. 횡방향 버너 시스템은 튜브의 길이를 따라 이동하며 화학 반응에 필요한 열을 제공합니다. 버너는 일반적으로 튜브 표면 온도가 1900~2000°C에 도달하는 수소-산소 화염을 사용합니다.

화학 증기는 회전하는 튜브 내부를 통해 정밀하게 제어된 순서로 흐릅니다. 균일한 증착을 보장하기 위해 유속은 0.5% 이내로 안정적으로 유지되어야 합니다. 질량 유량 제어기는 각 화학 물질의 흐름을 독립적으로 조절하여 유리 조성을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 일반적인 증착 사이클은 50~200회의 개별 패스를 거치며, 각 패스마다 수 마이크로미터 두께의 막이 추가됩니다.

증착 공정은 고온 영역에서 형성되어 튜브 내벽에 퇴적되는 미크론 이하의 유리 입자인 "그을음"을 생성합니다. 버너가 퇴적된 그을음 위를 지나가면서 고온은 이러한 입자를 고밀도의 투명한 유리로 응고시킵니다. 기포 형성을 방지하고 완전한 고밀도화를 보장하기 위해 응고 온도를 신중하게 조절해야 합니다.

외부 기상 증착(OVD) 공정

그만큼 OVD 프로세스⁴ 복잡한 굴절률 프로파일을 가진 대형 프리폼을 생산하는 데 이점을 제공합니다. OVD는 튜브 내부에 증착하는 대신, 회전하는 맨드럴 또는 "베이트로드" 외부에 유리층을 형성합니다. 이 방식을 통해 코어 대 클래딩 비율을 더욱 효과적으로 제어하고 더 큰 코어 직경을 가진 프리폼을 생산할 수 있습니다.

그만큼 OVD 프로세스⁴ 증착 챔버에 수직으로 설치된 순수 실리카 또는 알루미나 베이트 막대로 시작합니다. 여러 개의 버너가 막대의 길이를 따라 이동하며, 각 버너는 서로 다른 유리 조성을 증착할 수 있습니다. 코어층이 먼저 증착되고, 그 다음에 클래딩층이 순차적으로 증착됩니다. 이러한 외부-내부 접근 방식은 굴절률 프로파일을 탁월하게 제어합니다.

OVD의 중요한 장점 중 하나는 매우 큰 프리폼을 생산할 수 있다는 것입니다. 일반적으로 MCVD는 사용 가능한 기판 튜브의 크기에 제약을 받지만, OVD는 직경 150mm, 길이 1.5m 이상의 프리폼을 제작할 수 있습니다. 이러한 대형 프리폼은 섬유 인발 시간을 늘리고 생산 경제성을 향상시킵니다.

OVD의 압밀 단계는 특별한 주의가 필요합니다. 증착이 완료된 후, 다공성 프리폼은 압밀로에 들어가 제어된 분위기에서 1500~1600°C로 가열됩니다. 베이트 로드는 특정 공정 변형에 따라 압밀 전 또는 후에 제거됩니다. 최종 프리폼은 완벽한 원형이어야 하며, 섬유 인발 시 문제를 일으킬 수 있는 내부 응력이 없어야 합니다.

프리폼 제작 중 품질 관리

프리폼 제작 중 품질 관리에는 여러 매개변수의 지속적인 모니터링이 포함됩니다. 온도 측정에는 비접촉 방식으로 화염 온도를 정확하게 측정할 수 있는 광학 고온계가 사용됩니다. 이러한 측정은 공정 전반에 걸쳐 일관된 증착 조건을 유지하는 데 도움이 됩니다.

굴절률 프로파일링은 프리폼의 품질 평가에 가장 중요한 요소입니다. 저희는 간섭계 기법을 사용하여 프리폼 직경 전체에 걸쳐 굴절률 프로파일을 측정하는 프리폼 분석기를 사용합니다. 이 측정을 통해 코어 직경, 개구수, 그리고 굴절률 프로파일 형상을 파악할 수 있습니다. 사양에서 벗어난 부분은 생산을 계속하기 전에 공정 조정이 필요합니다.

기하학적 측정을 통해 프리폼이 치수 요건을 충족하는지 확인합니다. 정밀 측정 시스템을 사용하여 외경, 동심도, 진직도를 측정합니다. 프리폼은 허용 가능한 섬유를 생산하기 위해 진원도 0.1% 이내, 동심도 0.5% 이내를 유지해야 합니다.

매개변수	MCVD 사양	OVD 사양	측정 방법
코어 직경	8~12㎛	8~15㎛	굴절률 프로파일러
개구수	0.12-0.22	0.12-0.25	굴절률 프로파일러
동심원성	<0.5%	<0.3%	기하학적 측정
둥글림	<0.1%	<0.1%	기하학적 측정
감쇠	<0.5dB/km	<0.3dB/km	컷백 측정

프로세스 최적화 및 문제 해결

프리폼 제작을 최적화하려면 온도, 유량, 증착 화학 반응 간의 복잡한 상호작용을 이해해야 합니다. 체계적인 실험 설계는 시행착오적 접근 방식보다 효과적입니다. 일반적으로 다른 변수는 일정하게 유지하면서 한 번에 한 가지 변수만 변경한 후 통계적 방법을 사용하여 결과를 분석합니다.

일반적인 문제로는 코어-클래딩 계면 결함, 굴절률 변화, 그리고 기하학적 불규칙성이 있습니다. 계면 결함은 종종 코어와 클래딩 증착 사이의 전이 과정에서 발생하는 오염이나 온도 변동으로 인해 발생합니다. 굴절률 변화는 유량 불안정성이나 버너 온도 변화로 인해 발생할 수 있습니다. 기하학적 문제는 일반적으로 기판 튜브 품질이나 선반 진동 문제로 인해 발생합니다.

예방적 유지보수는 일관된 프리폼 품질을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 성능 저하를 방지하기 위해 버너 부품을 정기적으로 교체합니다. 유량 제어기는 정확도 유지를 위해 정기적인 교정이 필요합니다. 선반 시스템은 튜브 회전 및 버너 위치의 적절한 조정을 위해 정기적인 정렬 점검이 필요합니다.

프리폼 제작을 완벽하게 하는 데 투자한 시간은 후속 공정에서 막대한 이익을 가져다줍니다. 고품질 프리폼은 일관된 특성을 가진 섬유에 쉽게 접착되는 반면, 품질이 낮은 프리폼은 파손, 직경 변화, 광학적 손실을 유발하여 전체 생산 라인을 사용할 수 없게 만들 수 있습니다.

섬유 인발에 꼭 필요한 장비는 무엇인가?

잘못된 장비 선택은 생산 실패로 이어집니다. 부적절한 인발 시스템은 섬유 파손, 직경 변화, 코팅 결함을 유발하여 제품 사용 불가능을 초래합니다.

흑연로, 직경 게이지, 코팅 도포기 및 장력 제어 시스템을 갖춘 드로잉 타워는 초당 최대 25미터의 드로잉 속도에서 일관된 섬유 품질을 보장합니다.

광섬유 인발 공정은 가열, 인발, 코팅 작업을 세심하게 조율하여 단단한 유리 프리폼을 머리카락처럼 얇은 광섬유로 가공하는 공정입니다. 수년간 다양한 인발 시스템을 사용해 온 경험을 바탕으로, 장비의 품질이 생산 성공에 직접적인 영향을 미칩니다. 광섬유 제조에 필요한 정밀성을 확보하려면 모든 부품이 완벽한 조화를 이루어야 합니다.

타워 구조 및 설계 도면

현대 광섬유 인출 타워⁵ 높이가 10~15미터로, 적절한 섬유 형성 및 냉각에 필요한 수직 공간을 제공합니다. 타워 구조는 직경 변화를 유발할 수 있는 진동을 방지하기 위해 매우 견고해야 합니다. 일반적으로 외부 충격을 최소화하기 위해 진동 차단 시스템을 갖춘 견고한 강철 구조물을 사용합니다.

타워는 여러 구역으로 구성되어 있으며, 각 구역은 인발 공정에서 특정 기능을 수행합니다. 상단 구역에는 프리폼 공급 장치와 용광로가 있습니다. 중간 구역은 섬유 냉각 및 직경 측정을 위한 공간을 제공합니다. 하단 구역에는 코팅 도포 시스템, 경화 오븐, 그리고 테이크업 장비가 있습니다.

일관된 결과를 위해서는 타워 내부 환경 제어가 매우 중요합니다. 오염 방지를 위해 여과된 공기를 사용하여 양압을 유지합니다. 온도 제어를 통해 주변 환경을 ±2°C 이내로 안정적으로 유지합니다. 습도 제어를 통해 습기가 코팅 공정에 영향을 미치지 않도록 합니다. 이러한 환경 시스템은 생산 중단 중에도 계속 작동합니다.

고온로 시스템

용광로는 인발 작업의 핵심입니다. 대부분의 최신 시스템은 최대 2200°C까지 가열할 수 있는 흑연 저항성 가열 요소를 사용합니다. 용광로 챔버는 일반적으로 직경 100~150mm, 높이 200~300mm로, 프리폼 팁 전체에 균일한 가열을 제공합니다.

일관된 섬유 직경을 위해서는 온도 제어 정확도가 매우 중요합니다. 당사는 여러 개의 열전대와 광학 고온계를 사용하여 ±1°C의 정밀도로 노 온도를 모니터링합니다. 제어 시스템은 온도 변화에 몇 초 이내에 반응하여 안정적인 인발 조건을 유지합니다.

용광로 분위기 제어는 흑연 가열 요소의 산화를 방지하고 깨끗한 섬유 형성을 보장합니다. 일반적으로 산소 농도가 10ppm 미만인 아르곤 또는 질소 분위기를 사용합니다. 가스 유량은 섬유 형성에 영향을 줄 수 있는 난류를 생성하지 않고 적절한 퍼징을 제공하기 위해 신중하게 제어됩니다.

---

프리폼 공급 장치는 프리폼을 용광로 고온 구역에 정확하게 위치시켜야 합니다. 서보 제어 공급 시스템은 인발 중 프리폼 소모량을 보상하는 동시에 ±0.1mm 이내의 위치 정확도를 유지할 수 있습니다. 공급 속도 제어를 통해 인발 장력과 섬유 직경을 조절할 수 있습니다.

직경 측정 및 제어

사양에 맞는 광섬유를 생산하려면 실시간 직경 측정이 필수적입니다. 레이저 기반 측정 시스템은 0.1μm의 미세한 직경 변화도 1밀리초 미만의 응답 시간으로 감지할 수 있습니다. 이러한 시스템은 일반적으로 레이저 회절 또는 그림자 기법을 사용하여 용광로 바로 아래의 광섬유 직경을 측정합니다.

직경 제어 시스템은 피드백 루프를 사용하여 인발 속도를 조절하여 목표 직경을 유지합니다. 직경이 목표 직경보다 커지면 시스템은 캡스턴 속도를 높여 섬유를 더 얇게 늘립니다. 직경이 작아지면 시스템은 속도를 줄여 섬유를 더 두껍게 만듭니다. 이 제어 루프는 인발 중에도 계속 작동합니다.

고급 제어 알고리즘은 프리폼 형상 및 도면 조건을 기반으로 직경 변화를 예측할 수 있습니다. 이러한 예측 시스템은 심각한 변동이 발생하기 전에 조정을 수행하여 더욱 엄격한 직경 공차를 유지하는 데 도움이 됩니다. 머신 러닝 기술은 과거 생산 데이터를 기반으로 제어 매개변수를 최적화하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

요소	사양	허용 오차	제어 방법
용광로 온도	1900-2100°C	±1°C	광학 피드백을 통한 PID 제어
섬유 직경	125㎛	±1㎛	속도 피드백을 통한 레이저 측정
그리기 속도	10~25m/s	±0.1%	서보 제어 캡스턴
코팅 두께	62.5㎛	±2.5㎛	압력 및 유량 제어

코팅 적용 시스템

코팅 시스템은 유리 섬유가 형성된 직후, 노출된 유리 섬유에 보호 폴리머 층을 도포합니다. 미세 굽힘 손실을 방지하고 기계적 보호를 제공하기 위해 코팅은 동심원 형태로 균일하게 도포되어야 합니다. 대부분의 시스템은 섬유 주위에 액상 코팅 재료를 분사하는 압력 다이 도포기를 사용합니다.

1차 코팅은 일반적으로 부드럽고 저탄성 아크릴레이트 폴리머를 사용하여 먼저 도포됩니다. 이 코팅은 섬유의 미세 굽힘을 방지하고 1차적인 보호 기능을 제공합니다. 코팅 두께는 일반적으로 32.5μm이며, 전체 직경은 190μm입니다.

이어서 기계적 보호 및 취급 강도를 제공하는 더욱 견고한 폴리머를 사용한 2차 코팅이 적용됩니다. 이 코팅은 두께를 32.5μm 더 추가하여 최종 코팅 직경을 250μm로 만듭니다. 2차 코팅은 유연성을 유지하면서 1차 코팅과 잘 접착되어야 합니다.

코팅 동심도는 광섬유 성능에 매우 중요합니다. 편심 코팅은 차등 응력을 유발하여 단일 모드 광섬유에서 편광 모드 분산을 초래할 수 있습니다. 당사는 광학 측정 시스템을 사용하여 코팅 동심도를 모니터링하고, 필요에 따라 다이 정렬을 조정하여 사양을 유지합니다.

UV 경화 시스템

자외선 경화 시스템은 액상 아크릴레이트 코팅을 고체 보호층으로 중합합니다. 적절한 코팅 특성을 보장하기 위해서는 경화 과정이 완전하고 균일해야 합니다. 불완전한 경화는 표면의 점착성과 기계적 물성 저하로 이어질 수 있습니다.

UV 램프 시스템은 일반적으로 광범위 UV 방사선을 방출하는 중압 수은 램프를 사용합니다. 램프는 코팅된 섬유를 감싸는 배열로 배열되어 모든 각도에서 균일한 노출을 보장합니다. 램프 강도와 노출 시간은 섬유 과열 없이 완전 경화되도록 세심하게 제어됩니다.

경화 오븐의 질소 분위기는 산소가 중합 반응을 저해하는 것을 방지합니다. 산소는 자유 라디칼 중합을 방해하여 경화가 불완전하고 코팅 특성이 저하될 수 있습니다. 저희는 경화 챔버의 산소 농도를 50ppm 미만으로 유지합니다.

장력 제어 및 테이크업 시스템

섬유의 일관된 특성을 위해서는 연신 공정 전반에 걸쳐 장력 조절이 필수적입니다. 과도한 장력은 섬유의 끊어짐이나 직경 변화를 유발할 수 있으며, 부족한 장력은 섬유가 느슨하게 감기거나 취급에 문제가 발생할 수 있습니다. 일반적으로 연신 장력은 50~150g 사이로 유지합니다.

캡스턴 시스템은 섬유 인발에 주요 인장력을 제공합니다. 정밀 서보 모터는 캡스턴 속도를 0.01% 이상의 정확도로 제어합니다. 섬유 손상을 방지하기 위해 캡스턴 표면은 완벽하게 매끄러워야 하며, 특수 코팅 또는 소재를 사용하여 섬유를 부드럽게 취급할 수 있도록 합니다.

테이크업 시스템은 완성된 섬유를 보관 및 운송을 위해 스풀에 감습니다. 감는 패턴은 섬유 손상을 방지하는 동시에 후속 가공을 위해 쉽게 풀릴 수 있어야 합니다. 당사는 정밀 트래버스 메커니즘을 사용하여 적절한 장력 분포를 갖는 제어된 감는 패턴을 생성합니다.

댄서 시스템은 캡스턴과 테이크업 릴 사이의 장력 완충 역할을 합니다. 이러한 기계식 시스템은 가중 암이나 공압 실린더를 사용하여 테이크업 속도나 스풀 직경 변화에도 일정한 장력을 유지합니다. 섬유 파손을 방지하고 일관된 권취 장력을 유지하려면 댄서를 적절하게 조정하는 것이 중요합니다.

생산 중에 섬유 품질을 어떻게 제어하시나요?

품질 관리는 값비싼 생산 결함을 방지합니다. 적절한 모니터링이 없으면 전체 생산 공정이 사양 요건을 충족하지 못해 상당한 자재 및 시간 손실로 이어질 수 있습니다.

레이저 게이지와 자동 피드백 시스템을 사용하여 직경, 코팅 두께 및 기계적 특성을 실시간으로 모니터링함으로써 생산 전반에 걸쳐 일관된 섬유 품질을 보장합니다.

섬유 코어 제조의 품질 관리에는 생산 공정의 모든 측면을 모니터링하는 포괄적인 접근 방식이 필요합니다. 저는 경험을 통해 문제를 조기에 발견하면 엄청난 시간과 자재를 절약할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 핵심은 결함이 전체 생산 공정으로 확산되기 전에 작업자가 수정할 수 있도록 즉각적인 피드백을 제공하는 측정 시스템을 구축하는 것입니다.

실시간 프로세스 모니터링

최신 파이버 드로잉 시스템은 생산 과정에서 중요한 매개변수를 지속적으로 추적하는 여러 실시간 모니터링 시스템을 통합합니다. 직경 측정 시스템은 레이저 회절 기술을 사용하여 미크론 미만의 정확도로 파이버 직경을 모니터링합니다. 이러한 시스템은 수 센티미터의 짧은 거리에서 발생하는 직경 변화를 감지하여 즉각적인 공정 조정을 가능하게 합니다.

코팅 두께 모니터링은 광학 기술을 사용하여 1차 및 2차 코팅층을 모두 측정합니다. 정전용량 센서는 코팅 재료의 유전 특성을 측정하여 코팅 두께 변화를 감지할 수도 있습니다. 이러한 측정은 코팅이 목표 외경을 유지하면서도 적절한 보호 기능을 제공하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.

장력 모니터링 시스템은 로드셀을 사용하여 인발력을 지속적으로 측정합니다. 장력의 급격한 변화는 프리폼, 용광로 상태 또는 코팅 도포에 문제가 있음을 나타낼 수 있습니다. 모니터링 시스템은 섬유 파손을 유발하기 전에 자동 조정을 실행하거나 잠재적인 문제를 작업자에게 경고할 수 있습니다.

온도 모니터링은 용광로를 넘어 코팅 경화 오븐과 드로잉 타워 전체의 주변 환경까지 포함합니다. 열화상 시스템은 섬유 품질에 영향을 미칠 수 있는 고온 지점이나 온도 변화를 감지할 수 있습니다. 환경 모니터링은 생산 공정에 영향을 미칠 수 있는 습도, 기압, 오염 수준을 추적합니다.

광학 특성 테스트

생산 중 광 테스트는 통신 시스템의 광섬유 성능을 결정하는 매개변수에 중점을 둡니다. 감쇠량 측정은 컷백(cutback) 방식을 사용하여 주요 파장의 광 손실을 측정합니다. 다중 모드 광섬유의 경우 일반적으로 850nm와 1300nm에서 테스트합니다. 단일 모드 광섬유는 1310nm와 1550nm에서 테스트해야 합니다.

다중모드 광섬유의 대역폭 테스트에는 과충전 발사(OFL) 또는 차등 모드 지연(DMD) 기법이 사용됩니다. OFL 테스트는 광섬유의 정보 전송 용량을 간단히 측정하는 반면, DMD 테스트는 굴절률 프로파일 품질에 대한 더욱 자세한 정보를 제공합니다. 이러한 테스트는 광섬유가 시스템 성능 요구 사항을 충족하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.

개구수 측정은 코어-클래딩 굴절률 차이가 사양을 충족하는지 검증합니다. 이 매개변수는 다중 모드 광섬유의 집광 성능과 단일 모드 광섬유의 차단 파장에 직접적인 영향을 미칩니다. 본 연구에서는 원거리 스캐닝 기술을 사용하여 개구수를 높은 정확도로 측정합니다.

단일 모드 광섬유의 모드 필드 직경 측정에는 근거리장 또는 원거리장 스캐닝 기술이 사용됩니다. 이 매개변수는 접속 손실과 커넥터 성능에 영향을 미치므로 시스템 호환성에 매우 중요합니다. 정확도를 보장하려면 작동 파장에서 측정해야 합니다.

기계적 성질 시험

기계적 시험은 광섬유가 설치 및 작동 중 발생하는 응력을 견딜 수 있는지 확인합니다. 내성 시험은 광섬유 1미터마다 제어된 인장 응력을 가하여 서비스 중 고장을 유발할 수 있는 취약 부분을 제거합니다. 내성 시험 수준은 일반적으로 표준 통신 광섬유의 경우 100psi(0.69GPa)로 설정됩니다.

코팅 접착력 테스트는 폴리머 코팅이 유리 표면과 서로 제대로 접착되는지 확인합니다. 접착력이 낮으면 취급 중 또는 환경 노출 시 코팅 박리가 발생할 수 있습니다. 저희는 스트립 힘 측정을 통해 접착력을 정량화하고 사양 요건을 충족하는지 확인합니다.

굽힘 시험은 거시 굽힘 및 미세 굽힘 손실에 대한 광섬유의 저항성을 평가합니다. 거시 굽힘 시험은 설치 조건을 시뮬레이션하기 위해 다양한 직경의 맨드렐에 광섬유를 감습니다. 미세 굽힘 시험은 케이블 제조 및 환경 응력의 영향을 시뮬레이션하기 위해 제어된 측면 압력을 가합니다.

환경 시험은 광섬유 샘플을 온도 변화, 습도 노출, 그리고 사용 중 발생할 수 있는 화학적 환경에 노출시킵니다. 이러한 시험은 장기적인 신뢰성을 예측하고 현장에서 발생하기 전에 잠재적인 고장 유형을 파악하는 데 도움이 됩니다.

테스트 매개변수	기준	빈도	승인 기준
감쇠(1310nm)	ITU-T G.652	2km마다	<0.35dB/km
감쇠(1550nm)	ITU-T G.652	2km마다	<0.25dB/km
모드 필드 직경	ITU-T G.652	2km마다	9.2 ± 0.4㎛
증명 테스트	IEC 60793-1-30	100%	100kpsi 생존
코팅 직경	IEC 60793-1-20	마디 없는	245 ± 5㎛

통계적 공정 관리

통계적 공정 관리⁶ (SPC) 기술은 제조 공정의 추세와 변동으로 인해 규격을 벗어난 제품이 발생하기 전에 이를 파악하는 데 도움이 됩니다. 관리도는 시간 경과에 따른 주요 매개변수를 추적하여 평균값과 그 평균값 주변의 변동을 모두 보여줍니다. 측정값이 관리 한계를 벗어나면 시스템은 작업자에게 잠재적 원인을 조사하도록 경고합니다.

공정 능력 연구는 제조 공정이 규격 요건을 얼마나 잘 충족할 수 있는지 정량화합니다. 이러한 연구는 공정 변동이 허용 가능한 제품을 일관되게 생산할 만큼 충분히 작은지 여부를 나타내는 Cp 및 Cpk와 같은 능력 지수를 계산합니다. 정기적인 능력 연구는 공정 개선 기회를 파악하는 데 도움이 됩니다.

실험계획법(DOE)은 공정 변수를 최적화하고 다양한 변수 간의 관계를 이해하는 데 도움이 됩니다. 공정 조건을 체계적으로 변화시키고 결과를 측정함으로써 최적의 운전점을 파악하고 어떤 변수가 제품 품질에 가장 큰 영향을 미치는지 파악할 수 있습니다.

상관관계 분석은 명확하지 않을 수 있는 여러 측정값 간의 관계를 파악하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 코팅 두께 변화가 용광로 온도 변동과 상관관계가 있음을 발견하여 공정 제어 전략을 개선할 수 있습니다.

자동화된 품질 시스템⁷

최신 섬유 생산 라인에는 측정 피드백을 기반으로 실시간 조정이 가능한 자동화된 품질 시스템이 통합되어 있습니다. 이러한 시스템은 고급 제어 알고리즘을 사용하여 작업자의 개입을 최소화하면서 제품 품질을 유지합니다. 머신러닝 기술은 품질 문제 발생 전 예측을 위해 점점 더 많이 활용되고 있습니다.

자동 데이터 수집 시스템은 모든 공정 매개변수와 품질 측정값을 데이터베이스에 기록하여 추세와 패턴을 분석할 수 있도록 합니다. 이러한 과거 데이터는 품질 문제의 근본 원인을 파악하고 지속적인 개선 노력을 지원하는 데 도움이 됩니다.

자동 불량품 처리 시스템은 인발 공정을 중단하지 않고도 생산 라인에서 규격에 맞지 않는 섬유를 제거할 수 있습니다. 이러한 시스템은 공압 또는 기계 장치를 사용하여 생산 연속성을 유지하면서 결함이 있는 부분을 절단하고 제거합니다.

전사적 자원 관리(ERP) 시스템과의 통합을 통해 생산 계획, 고객 보고 및 규정 준수를 위해 조직 전체에 고품질 데이터를 공유할 수 있습니다. 이러한 통합을 통해 의사 결정에 필요한 고품질 정보를 필요한 시점과 장소에서 확보할 수 있습니다.

일반적인 제조 문제와 해결책은 무엇인가?

생산 문제는 전체 생산 라인을 중단시킬 수 있습니다. 해결되지 않은 문제는 장비 손상, 자재 낭비, 납품 지연으로 이어져 고객 관계에 악영향을 미칩니다.

섬유 파손⁸, 직경 변화, 코팅 결함으로 인해 일관된 생산 품질을 유지하려면 체계적인 문제 해결 및 예방적 유지 관리 프로토콜이 필요합니다.

광섬유 코어 생산 과정에서 발생하는 제조 문제는 매우 까다롭고 비용도 많이 듭니다. 저는 이 과정에서 발생할 수 있는 거의 모든 유형의 문제를 직접 경험했습니다. 단순한 작업자 오류부터 복잡한 장비 고장까지 말입니다. 성공적인 문제 해결의 핵심은 근본 원인을 파악하고 체계적인 문제 해결 방법을 적용하는 것입니다.

광섬유 파손 문제

섬유 파손⁸ 섬유 제조에서 가장 흔하고 파괴적인 문제 중 하나입니다. 이러한 파손은 용광로 출구부터 테이크업 릴까지 인발 공정의 어느 지점에서나 발생할 수 있습니다. 효과적인 문제 해결을 위해서는 다양한 유형의 파손과 그 원인을 이해하는 것이 필수적입니다.

용광로 관련 파손은 종종 고온 영역의 결함, 온도 불안정성 또는 오염으로 인해 발생합니다. 내포물이나 기포는 유리가 연화될 때 파손으로 이어지는 응력 집중을 유발할 수 있습니다. 온도 변동은 섬유를 약화시키는 열충격을 유발할 수 있습니다. 용광로 구성 요소나 대기 불순물로 인한 오염은 유리 구조에 취약한 부분을 만들 수 있습니다.

인장력 문제는 섬유 경로 전체에 걸쳐 파손을 유발합니다. 과도한 장력은 섬유의 인장 강도를 초과할 수 있으며, 급격한 장력 변화는 파손을 유발하는 동적 하중을 발생시킬 수 있습니다. 장력 변화는 캡스턴 속도 변동, 댄서 시스템 문제 또는 테이크업 릴 문제로 인해 발생하는 경우가 많습니다.

코팅 관련 파손은 코팅 도포 과정에서 응력 집중이 발생하거나 코팅 결함으로 인해 유리 표면에 환경적인 손상이 발생할 때 발생합니다. 편심 코팅 도포는 섬유를 약화시키는 굽힘 응력을 유발할 수 있습니다. 코팅 경화가 불완전하면 연약한 부분이 발생하여 수분 침투 및 응력 부식이 발생할 수 있습니다.

직경 제어 문제

직경 변화로 인해 광섬유를 정밀 응용 분야에 사용할 수 없게 될 수 있습니다. 이러한 변화는 짧은 거리(미세 변화) 또는 긴 거리(거대 변화)에서 발생할 수 있으며, 각기 다른 문제 해결 방식이 필요합니다.

프리폼 관련 직경 변화는 종종 유리 조성의 불일치나 프리폼의 기하학적 불규칙성으로 인해 발생합니다. 굴절률 변화는 인발 거동에 영향을 미쳐 직경 변화를 유발할 수 있습니다. 편심이나 직경 변화는 인발된 섬유에 직접 전파됩니다.

용광로 온도 불안정성은 직경 변화의 주요 원인입니다. 온도 변화는 유리 점도에 영향을 미치며, 이는 인발 거동에 직접적인 영향을 미칩니다. 용광로 전력 변동, 냉각 시스템 문제 또는 대기 변화 모두 온도 불안정성의 원인이 될 수 있습니다.

드로잉 속도 제어 문제는 피드백 제어 시스템이 공정 변화에 충분히 신속하게 대응하지 못할 경우 직경 변동을 유발할 수 있습니다. 제어 시스템 튜닝, 센서 교정, 그리고 기계 시스템 유지보수는 모두 직경 제어 성능에 영향을 미칩니다.

기류, 진동 또는 인발탑의 온도 변화와 같은 환경적 요인은 직경 변화를 유발할 수 있습니다. 이러한 요인들은 종종 주기적인 변화를 유발하며, 이는 직경 측정값의 주파수 분석을 통해 확인할 수 있습니다.

문제 유형	일반적인 원인	진단 방법	솔루션
섬유 파손8	프리폼 결함, 긴장 문제	시각 검사, 장력 모니터링	프리폼 품질 관리, 장력 조정
직경 변화	온도 불안정성, 속도 제어	실시간 직경 모니터링	온도 제어, PID 튜닝
코팅 결함	다이 정렬 불량, 치료 문제	코팅 두께 측정	다이 조정, UV 램프 유지 관리
감쇠 증가	오염, 스트레스	광학 테스트, 현미경	청결 프로토콜, 스트레스 해소

코팅 적용 문제

코팅 결함은 완성된 섬유의 광학적 및 기계적 특성 모두에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 문제는 종종 점진적으로 발생하므로, 대량의 불량품을 방지하기 위해서는 조기 발견이 필수적입니다.

---

코팅 두께 변화는 다이 마모, 압력 변동 또는 재료 특성 변화로 인해 발생할 수 있습니다. 다이 마모는 일반적으로 시간이 지남에 따라 점진적인 두께 변화를 유발하는 반면, 압력 변동은 더 빠른 변화를 초래합니다. 온도 또는 노화로 인한 재료 점도 변화 또한 코팅 두께에 영향을 미칠 수 있습니다.

코팅 동심도 문제는 광섬유가 코팅 다이의 중심에 제대로 위치하지 않거나 다이 자체가 올바르게 정렬되지 않았을 때 발생합니다. 이러한 문제는 편심 코팅을 생성하여 단일 모드 광섬유에서 편광 모드 분산을 유발하고 모든 유형의 광섬유에서 취급에 어려움을 초래할 수 있습니다.

코팅 경화 문제는 UV 램프 노화, 질소 대기 오염 또는 코팅 재료의 열화로 인해 발생할 수 있습니다. 불완전한 경화는 표면의 점착성과 기계적 물성 저하를 초래합니다. 또한, 오버추어(Overture) 현상은 코팅을 취성화하고 균열을 발생시키기 쉽게 만듭니다.

유리 표면이 오염되었거나 코팅재가 열화되면 코팅 접착력 문제가 발생할 수 있습니다. 접착력이 낮으면 취급 중 또는 환경 노출 시 코팅 박리가 발생할 수 있습니다.

체계적인 문제 해결 접근 방식

효과적인 문제 해결에는 모든 가능한 원인을 고려하고 데이터를 활용하여 조사를 진행하는 체계적인 접근 방식이 필요합니다. 저는 항상 문제가 언제 시작되었는지, 어떤 상황이었는지, 어떤 변화가 있었는지에 대한 정보를 최대한 많이 수집하는 것부터 시작합니다.

데이터 분석은 문제 패턴을 파악하는 데 중요한 역할을 합니다. 추세 차트는 개별 측정값으로는 명확히 드러나지 않는 점진적인 변화를 보여줄 수 있습니다. 상관관계 분석을 통해 근본 원인을 시사하는 여러 매개변수 간의 관계를 파악할 수 있습니다.

공정 제거는 여러 시스템을 체계적으로 배제함으로써 발생 가능한 원인을 좁히는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 직경 변화가 특정 프리폼 배치에서만 발생하는 경우, 문제는 인발 장비보다는 프리폼 품질과 관련이 있을 가능성이 높습니다.

피시본 다이어그램이나 5가지 원인 분석과 같은 근본 원인 분석 기법은 해결책이 단순한 증상만이 아닌 근본적인 원인을 해결하는 데 도움이 됩니다. 이러한 접근 방식은 문제 재발을 방지하고 프로세스 상호 작용에 대한 이해를 높여줍니다.

예방적 유지 관리 전략

예방적 유지보수 프로그램은 생산 중단을 초래하기 전에 잠재적 문제를 해결하여 여러 가지 일반적인 제조 문제를 예방하는 데 도움이 됩니다. 이러한 프로그램은 장비 제조업체의 권장 사항, 과거 고장 데이터, 그리고 공정 요구 사항을 기반으로 해야 합니다.

정기적인 유지보수 활동에는 측정 시스템의 정기적인 교정, 마모된 부품 교체, 그리고 중요 구역의 청소가 포함됩니다. 유지보수 일정은 장비의 신뢰성을 최적화하기 위해 시간 기반 및 사용량 기반 간격을 모두 고려해야 합니다.

상태 모니터링 기술은 고장을 유발하기 전에 문제를 미리 파악할 수 있습니다. 진동 분석은 베어링 마모나 정렬 문제를 감지할 수 있습니다. 열화상은 전기 문제나 냉각 시스템 문제를 찾아낼 수 있습니다. 오일 분석은 유압 또는 윤활 시스템의 내부 마모를 파악할 수 있습니다.

예비 부품 재고 관리를 통해 유지보수 또는 긴급 수리에 필요한 중요 부품을 즉시 사용할 수 있도록 보장합니다. 재고에는 정기적인 유지보수 품목과 함께, 재고가 없을 경우 가동 중단 시간이 길어질 수 있는 필수 예비 부품도 모두 포함되어야 합니다.

교육 프로그램은 운영자와 유지보수 인력이 올바른 절차를 이해하고 문제 발생의 조기 징후를 인지할 수 있도록 지원합니다. 정기적인 교육은 기술 유지 및 새로운 기법이나 기술 도입에 도움이 됩니다.

문서화 시스템은 유지보수 활동, 문제 이력, 장비 성능 추세를 추적합니다. 이 정보는 유지보수 일정을 최적화하고, 반복되는 문제를 파악하고, 지속적인 개선 노력을 지원하는 데 도움이 됩니다.

결론

성공적인 섬유 코어 제조에는 생산 체인 전체에 걸쳐 재료, 장비 및 공정을 정밀하게 제어하는 것이 필요합니다.