Compatibilità multi-materiale, una sola macchina per farlo: sull'integrazione del sistema e l'applicazione innovativa della macchina da taglio composita

Nel campo della produzione di alta gamma, i materiali compositi stanno svolgendo un ruolo sempre più importante: dall'aerospaziale alla generazione di energia eolica, dai veicoli a nuova energia alle attrezzature sportive, le loro applicazioni sono ovunque. Tuttavia, la diversità dei materiali compositi (ad esempio, fibra di carbonio, fibra di vetro, aramide, preimpregnato, nido d'ape, ecc.) pone anche sfide significative per la lavorazione di back-end. Le tradizionali attrezzature di taglio sono spesso macchine speciali, con scarsa flessibilità e bassa efficienza, che sono diventate un collo di bottiglia che limita l'efficienza produttiva e il controllo dei costi.

Pertanto, la taglierina intelligente per materiali compositi basata sul principio "compatibilità multi-materiale, una sola macchina è sufficiente" non è più un semplice requisito di processo, ma una tendenza inevitabile nello sviluppo del settore. Il suo obiettivo principale è trasformare la macchina in un'unità di elaborazione intelligente, flessibile e digitale, attraverso un elevato grado di integrazione di sistema e un'applicazione innovativa continua.

In primo luogo, sfide tecniche compatibili con più materiali e metodi di integrazione del sistema

Raggiungere "una macchina" non è un compito facile, dietro al quale si cela il superamento sistematico e l'integrazione di una serie di sfide tecniche chiave.

1. Integrazione del controllo di precisione della tensione:

◦ Sfida: le proprietà fisiche dei diversi materiali variano significativamente. La fibra di carbonio è fragile e una tensione eccessiva può causare la rottura dei fili e la formazione di peluria; l'aramide ha un'elevata tenacità ma è facile da rimbalzare e un controllo improprio della tensione può influire sulla qualità del riavvolgimento; il preimpregnato ha un'elevata viscosità e richiede uno svolgimento costante a bassa tensione.

◦ Soluzione integrata: un sistema di controllo della tensione a circuito chiuso completo con "controllo vettoriale multi-motore + sensore di tensione ad alta precisione + algoritmo intelligente". Integrando un PLC o un controller speciale, i dati di tensione di ciascun collegamento di svolgimento, trazione e riavvolgimento vengono raccolti in tempo reale e la coppia e la velocità di ciascun servomotore vengono regolate dinamicamente per ottenere un controllo adattivo e ad alta precisione di diverse tensioni, da grammi a chilogrammi.

2. Integrazione di utensili e processi di taglio:

◦ Sfida: il taglio della fibra di carbonio richiede lame rivestite di diamante con elevata durezza e resistenza all'usura; la tecnologia di taglio a ultrasuoni viene utilizzata per tagliare l'aramide per evitare lo stiramento delle fibre; la lavorazione dei substrati in pellicola di plastica può richiedere il taglio laser ad alta precisione o il taglio con lama circolare.

◦ Soluzione integrata: progettare un sistema di teste di taglio modulari e a cambio rapido. Il corpo principale dell'apparecchiatura è integrato con interfacce standard (come interfacce meccaniche, elettriche, pneumatiche), che possono sostituire rapidamente moduli di taglio a ultrasuoni, moduli di taglio circolare, moduli laser, ecc. a seconda dell'attività di lavorazione. Allo stesso tempo, il sistema CNC dispone di pacchetti di parametri di processo di taglio integrati per diversi materiali (come velocità dell'utensile, angolo, pressione) per ottenere "cambio e adattamento dei parametri con un solo clic".

3. Integrazione dei sistemi di rimozione della polvere e di pulizia:

◦ Sfida: il processo di taglio composito genera una grande quantità di polvere nociva (come la polvere di fibra di carbonio, che è elettricamente conduttiva e quindi nociva per l'uomo) e alcuni materiali, come il preimpregnato, hanno requisiti di pulizia estremamente elevati.

◦ Concetto integrato: efficiente sistema di raccolta della polvere come componente principale del dispositivo anziché come accessorio periferico. La filtrazione multistadio (come separazione a ciclone + filtrazione HEPA ad alta efficienza) + adsorbimento a pressione negativa viene utilizzata per raccogliere la polvere direttamente nel punto di generazione della polvere (vicino alla testa dell'utensile) per garantire un ambiente di lavoro pulito e proteggere le parti delicate dell'attrezzatura.

4. Integrazione dei sistemi di visione e ispezione:

◦ Sfida: il rilevamento in linea in tempo reale dei difetti comuni nel processo di taglio, come sbavature, fili saltati e trame distorte, è fondamentale per garantire un output di alta qualità e ridurre gli sprechi.

◦ Soluzione integrata: integra telecamere a scansione lineare ad alta risoluzione e algoritmi di visione artificiale per eseguire un'ispezione completa al 100% dei materiali subito dopo il taglio. Una volta rilevato un difetto, il sistema può emettere un allarme, registrarne la posizione e persino spegnere automaticamente la macchina in tempo reale, realizzando un salto dal "controllo post-ispezione" al "controllo in-process".

In secondo luogo, applicazioni innovative: dalle apparecchiature autonome ai nodi di produzione intelligenti

L'integrazione del sistema conferisce al dispositivo un corpo "compatibile con più materiali", mentre le applicazioni innovative gli iniettano un'anima "intelligente".

1. Gemello digitale e debug virtuale:

◦ Nella fase di progettazione dell'attrezzatura, mediante la creazione di un modello gemello digitale, il processo di taglio di diversi materiali viene simulato in un ambiente virtuale e la razionalità della struttura dell'attrezzatura, della logica di controllo e dei parametri di processo viene verificata in anticipo, riducendo notevolmente il ciclo di ricerca e sviluppo e i tempi di messa in servizio in loco.

2. Ottimizzazione dei processi di intelligenza artificiale e manutenzione predittiva:

◦ Utilizza algoritmi di intelligenza artificiale e apprendimento automatico per eseguire un apprendimento approfondito sui dati di elaborazione storici (tipo di materiale, temperatura e umidità ambiente, parametri delle apparecchiature, qualità del prodotto finito). Il sistema non solo consiglia i parametri di processo ottimali, ma prevede anche la durata dei componenti critici (ad esempio, mandrini, cuscinetti, pale), ricorda la manutenzione prima che si verifichino guasti e massimizza l'utilizzo e la produttività delle apparecchiature.

3. Collaborazione tra IoT e Cloud:

◦ Il dispositivo è connesso al MES (Manufacturing Execution System) di fabbrica o alla piattaforma cloud tramite l'Internet of Things industriale. È possibile realizzare monitoraggio remoto, distribuzione dei programmi, tracciabilità dei dati e analisi della capacità. I ​​manager possono visualizzare lo stato operativo, i report di efficienza e il consumo energetico di qualsiasi apparecchiatura in tutto il mondo in tempo reale sui propri telefoni cellulari o computer, per ottenere un'ottimizzazione globale delle risorse produttive.

4. Personalizzazione personalizzata e produzione flessibile:

◦ Il concetto di "una sola macchina per fare tutto" soddisfa in ultima analisi le esigenze di produzione flessibile di piccoli lotti e molteplici varietà nella produzione moderna. L'ordine di un cliente può contenere più requisiti di taglio di materiali e specifiche diverse. La macchina di taglio intelligente altamente integrata può passare senza problemi da un'attività di produzione all'altra e rispondere rapidamente ai cambiamenti del mercato richiamando programmi diversi in un unico lotto.

conclusione

La macchina da taglio per materiali compositi è il risultato della profonda integrazione tra moderna progettazione meccanica, tecnologia di automazione, tecnologia informatica e intelligenza artificiale. Non è più una macchina di lavorazione isolata, ma una piattaforma che risolve la multifunzionalità del livello hardware attraverso l'integrazione di sistema e realizza unità di produzione intelligenti basate sui dati, auto-ottimizzanti e interconnesse attraverso applicazioni innovative.

Questo cambiamento non solo migliora notevolmente la precisione, l'efficienza e la flessibilità della lavorazione dei materiali compositi, riducendo i costi complessivi, ma è anche un chiaro esempio di come l'industria manifatturiera di apparecchiature di fascia alta si stia muovendo verso una trasformazione e un aggiornamento intelligenti e orientati al servizio. In futuro, con la continua affermazione di nuovi materiali e nuovi processi, l'integrazione di sistema e l'applicazione innovativa delle macchine da taglio per materiali compositi continueranno ad approfondirsi, fornendo una base più solida per le apparecchiature "Made in China".