Innovazione tecnologica ed espansione delle applicazioni delle macchine da taglio in risposta alle sfide dei nuovi materiali e dei nuovi processi

In quanto apparecchiature fondamentali nel campo della lavorazione dei materiali, le macchine da taglio sono ampiamente utilizzate nei processi di back-end di film, lamine, carta, compositi in fibra, elettrodi per batterie e altri settori. La loro missione principale è quella di tagliare la bobina principale larga in diverse bobine più piccole e strette ad alta velocità e alta precisione, garantendo al contempo la qualità del taglio. Con il rapido sviluppo di settori strategici emergenti come le nuove energie, l'informazione elettronica e i display flessibili, i requisiti in termini di prestazioni dei materiali stanno diventando sempre più rigorosi e l'emergere di una serie di nuovi materiali e processi sta ponendo una sfida senza precedenti alla tecnologia di taglio tradizionale, guidando anche la profonda innovazione e l'ampia espansione applicativa della tecnologia delle macchine da taglio.

1. Le sfide principali portate dai nuovi materiali e processi

Le tecniche di taglio tradizionali sono mirate principalmente a materiali omogenei come carta e pellicola di plastica semplice, ma l'avvento di nuovi materiali ha rivoluzionato il gioco.

1. Materiali estremamente sottili e fragili:

◦ Sfide: ad esempio, i fogli di rame e alluminio per le batterie al litio sono sottili quanto 4-6 μm, o anche meno. Questo tipo di materiale è estremamente sottile, facile da allungare, da stropicciare, da rompere e richiede un controllo della tensione estremamente preciso e stabile, e piccole fluttuazioni possono causare la rottura di bande o pieghe.

◦ Nuovi requisiti di processo: il taglio dopo il rivestimento dell'elettrodo deve essere privo di sbavature e polvere, altrimenti si verificherà un cortocircuito all'interno della batteria.

2. Film multistrato laminati e funzionalizzati:

◦ Sfide: come pellicole ottiche multistrato negli schermi OLED, pellicole per imballaggio ad alta barriera, ecc. Questi materiali sono composti da materiali diversi (PET/PA/AL/CPP, ecc.) e il coefficiente di attrito, la velocità di trazione e la durezza tra ogni strato variano notevolmente. Durante il taglio, è facile causare delaminazione, serpentina (crimpatura) o stress interno a causa di sollecitazioni non uniformi, che influiscono sulla successiva lavorazione e sulle prestazioni d'uso.

◦ Nuovi requisiti di processo: è necessario evitare danni agli strati funzionali (come la colla ottica e lo strato barriera) mediante taglio dello stress termico.

3. Materiali adesivi ad alta adesione:

◦ Sfide: come vari film protettivi ad alta viscosità, nastri biadesivi, adesivi ottici OCA, ecc. Durante il taglio, può verificarsi facilmente il trasferimento di adesivo (lame appiccicose), contaminando i bordi e le lame del materiale, con conseguente scarsa qualità di taglio o addirittura impossibilità di produrre in modo continuo. I tempi di fermo per la pulizia sono lunghi e inefficienti.

◦ Nuovi requisiti di processo: è necessario risolvere i problemi di antiaderenza e di taglio preciso a lunghezza fissa.

4. Compositi in fibra ad alta resistenza:

◦ Sfide: come fibra di carbonio, preimpregnato in fibra di vetro, carta aramidica, ecc. Il materiale ha un'elevata durezza e resistenza all'usura, e l'usura della lama è estremamente grave. Allo stesso tempo, il controllo di trucioli di fibra e polvere è fondamentale, altrimenti comprometterà la pulizia e le prestazioni del prodotto.

◦ Nuovi requisiti di processo: richiedono che le attrezzature di taglio abbiano rigidità e resistenza all'usura estremamente elevate, nonché un efficiente sistema di rimozione della polvere.

5. Requisiti di integrazione dei processi:

◦ Sfida: il nuovo processo persegue elevati standard di efficienza e coerenza, con l'obiettivo di integrare in modo fluido il taglio con l'ispezione online, l'avvolgimento, il confezionamento e altri processi per formare una linea di produzione intelligente. Ciò richiede requisiti più elevati per l'automazione, l'informatizzazione e le capacità di controllo collaborativo della macchina da taglio.

2. Innovazione sistematica della tecnologia delle macchine da taglio

Per far fronte alle sfide sopra menzionate, la moderna tecnologia delle macchine da taglio sta subendo ampie innovazioni, che si riflettono principalmente nei seguenti aspetti:

1. Sistema di controllo della tensione ad altissima precisione:

◦ Innovazione: adozione di un azionamento servomotore completo per sostituire la tradizionale frizione magnetica a polvere. Feedback in tempo reale della variazione del diametro della bobina tramite un encoder ad alta risoluzione e utilizzo di algoritmi adattivi (come il controllo PID fuzzy) per ottenere il controllo completo della tensione durante l'intero processo, dallo svolgimento, alla trazione, fino al riavvolgimento. La precisione del controllo della tensione può raggiungere ±0,5% o anche di più, garantendo la stabilità dei materiali ultrasottili durante il taglio ad alta velocità.

2. Tecnologia Smart Blade e soluzioni di taglio:

◦ Innovazione:

▪ Materiale dell'utensile: rivestimento ultra duro (ad esempio, diamante DLC, nitruro di titanio TiN), inserto in ceramica o inserto in diamante policristallino (PCD) per gestire il taglio di materiali compositi e materiali ad alta usura, prolungando notevolmente la durata dell'utensile.

▪ Progettazione dei coltelli: sviluppare lame speciali per materiali diversi, come lame con rivestimento antiaderente per materiali adesivi, coltelli rotondi con angoli di attrito ridotti.

▪ Modalità di azionamento: il controllo dell'asse di taglio servoassistito è diventato standard, consentendo di ottenere il "taglio volante" (taglio sincronizzato dell'utensile durante la lavorazione del materiale), un controllo preciso della profondità di morso e la soppressione delle vibrazioni per garantire tagli fluidi e senza sbavature.

▪ Coltello di supporto ad aria (coltello a cuscino d'aria): utilizzato per tagliare materiali estremamente sensibili, attraverso il film d'aria per realizzare un "taglio" senza contatto tra materiale e lama, evitando completamente graffi e polvere.

3. Sistema intelligente di monitoraggio delle condizioni e del funzionamento:

◦ Innovazione:

▪ Visione artificiale (AOI): sistema integrato di rilevamento dei difetti superficiali online per monitorare in tempo reale sbavature, striature, macchie, pieghe e altri difetti nel processo di taglio e può contrassegnare o collegare automaticamente il sistema di smistamento.

▪ Avvolgimento intelligente (IRC/IBC): adotta un avvolgimento servo completo, con algoritmo avanzato della curva di avvolgimento, calcola e regola automaticamente pressione, coppia e velocità, controlla perfettamente la durezza della bobina ed evita il collasso del nucleo, il modello di crisantemo e altri inconvenienti.

▪ Manutenzione predittiva: i sensori monitorano parametri quali l'usura delle pale, le vibrazioni dei cuscinetti e il carico del motore e utilizzano l'analisi dei big data per prevedere il momento del guasto, fornire un avviso tempestivo e ridurre i tempi di fermo non pianificati.

4. Design modulare e specializzato:

◦ Innovazione: le macchine da taglio non sono più apparecchiature generiche, ma progettate in modo specializzato e modulare in base alle caratteristiche dei materiali. Ad esempio:

▪ Macchina per il taglio dei poli delle batterie al litio: è priva di polvere, di metallo, antideflagrante, dotata di sistema di aspirazione ad alta frequenza e misure antistatiche.

▪ Macchina per il taglio ottico di pellicole: enfatizza l'ambiente della camera bianca, il controllo della tensione ultra bassa e l'avvolgimento antistatico.

▪ Macchina taglianastri: dotata di rulli guida speciali antiaderenti, rulli in silicone e sistemi di coltelli freddi.

3. Ampliamento dei campi di applicazione

Le innovazioni tecnologiche stanno modificando direttamente i limiti delle applicazioni delle macchine da taglio:

1. Nuovo campo energetico: questo è il punto di maggiore crescita attuale. Il taglio dei pezzi di elettrodo delle batterie al litio (anodo/catodo) è il fulcro della produzione e la precisione, la pulizia e l'affidabilità della macchina di taglio sono le più elevate. Inoltre, anche le membrane a scambio protonico delle celle a combustibile a idrogeno, le membrane fotovoltaiche, ecc. richiedono attrezzature di taglio ad alte prestazioni.

2. Elettronica flessibile e campi di visualizzazione: i substrati dei display flessibili OLED (film PI), i sensori touch screen (film ITO), i film conduttivi trasparenti, ecc., richiedono il taglio in un ambiente privo di polvere di livello 100/1000 per garantire l'assenza di polvere, graffi e danni statici.

3. I settori del packaging di fascia alta: packaging alimentare ad alta barriera, packaging farmaceutico, packaging schermante antistatico per prodotti elettronici, ecc., hanno bisogno di tagliare pellicole composite multistrato senza comprometterne l'integrità strutturale.

4. Nuovo campo dei materiali semiconduttori: taglio di precisione di materiali ausiliari semiconduttori quali pellicole per la macinazione di wafer, nastri per il taglio di wafer, tamponi per lucidatura CMP, ecc.

5. Campi di materiali all'avanguardia: anche la preparazione e la lavorazione di materiali emergenti come pellicole di nanotubi di carbonio, pellicole di grafene e materiali aerogel hanno iniziato a richiedere soluzioni di taglio di precisione personalizzate.

Conclusioni e prospettive

Nuovi materiali e processi rappresentano sfide e fattori chiave per l'evoluzione della tecnologia delle macchine da taglio. La macchina da taglio del futuro non sarà più un singolo prodotto meccanico, ma un sistema altamente intelligente che integra macchinari di precisione, controllo intelligente, tecnologia di rilevamento, big data e intelligenza artificiale.

Le sue tendenze di sviluppo si concentreranno su:

• Estremo: sfida per velocità più elevate, larghezze più strette e maggiore precisione.

• Intelligente: realizzare l'autopercezione, l'autodecisione, l'autoesecuzione e la produzione intelligente "senza equipaggio" adattiva.

• Integrazione: profondamente integrato con i processi a monte e a valle, diventando un nodo digitale indispensabile per le fabbriche intelligenti.

Solo una continua innovazione tecnologica può soddisfare le crescenti esigenze della lavorazione dei materiali e supportare così lo sviluppo vigoroso di settori strategici emergenti. L'innovazione nella tecnologia delle macchine da taglio è un microcosmo microscopico e profondo della transizione della Cina da "potenza manifatturiera" a "potenza manifatturiera intelligente".