Dal rotolo master al prodotto finito: spiegazione dettagliata del flusso di processo e dell'innovazione tecnologica delle macchine per il taglio di pellicole ad alta precisione

introduzione

Nell'industria moderna, i materiali a film sottile (come BOPP, BOPET, PE, separatori per batterie al litio, film ottici, ecc.) sono i materiali principali per l'imballaggio, l'elettronica, le nuove energie, i display e altri settori. Questi film sono solitamente "Jumbo Roll" con una larghezza di diversi metri e una lunghezza di decine di migliaia di metri quando escono dalla fabbrica. Per soddisfare le esigenze dei clienti a valle, questi master roll devono essere tagliati in "rotoli tagliati" di specifiche larghezze, lunghezze e diametri. L'attrezzatura che svolge questo compito fondamentale è la macchina taglia-film ad alta precisione. Non si tratta solo di una semplice macchina per il taglio, ma anche di un'attrezzatura ad alta tecnologia che integra meccanica, elettrica, sensoristica, controllo e scienza dei materiali.

Parte 1: Il flusso del processo principale della macchina per il taglio di pellicole ad alta precisione

Il processo di taglio ad alta precisione è un processo continuo e preciso, che può essere suddiviso principalmente in quattro stazioni principali: svolgimento, trazione e correzione, taglio e avvolgimento.

1. Unità di svolgimento

• Scopo: rilasciare il rullo principale in modo fluido e con tensione costante.

•Processo:

◦ Alimentazione: la bobina principale viene posizionata con precisione sul rullo di svolgimento dal carrello di azionamento o di carico e l'albero di espansione dell'aria si espande per fissare il nucleo della bobina.

◦ Docking: quando la vecchia bobina principale sta per esaurirsi, viene utilizzato un dispositivo di alimentazione automatico (ad esempio un braccio oscillante o un tavolo di docking) per collegare la testa della nuova bobina principale con l'estremità della vecchia bobina principale tramite nastro, in modo da ottenere una produzione continua senza interruzioni, il che migliora notevolmente l'efficienza.

◦ Controllo della tensione: il motore di svolgimento funziona in modalità di controllo della coppia (tensione), fornendo una coppia frenante inversa tramite frizione a polvere magnetica, servomotore, ecc., per stabilire la tensione di svolgimento iniziale e controllabile. Questa è la base per garantire la stabilità dei processi successivi.

2. Tensione e EPC UniT

• Scopo: mantenere la tensione della pellicola stabile e centrata durante lo spostamento.

•Processo:

◦ Rullo di trazione: azionato da un servomotore indipendente per controllare con precisione la velocità lineare della pellicola, è il punto di riferimento per la velocità dell'intero sistema.

◦ Rullo flottante: si tratta di un importante dispositivo di rilevamento della tensione. È caricato da un cilindro o contrappeso e le sue variazioni di posizione riflettono direttamente la deviazione della tensione effettiva dal valore impostato. Il sistema di controllo regola dinamicamente la coppia di svolgimento o svolgimento in tempo reale in base al segnale di spostamento del rullo flottante per ottenere un controllo completo della tensione a circuito chiuso e garantire che il film sia sempre in stato di tensione ma senza deformazioni durante il processo di taglio.

◦ Edge Position Controller (EPC): è costituito da un sensore di posizione del bordo (CCD o a ultrasuoni) e da un attuatore di guida. Il sensore rileva la posizione del bordo del film in tempo reale e, una volta verificato lo scostamento, il sistema di controllo istruisce immediatamente il meccanismo di correzione (telaio di svolgimento mobile o gruppo rulli di trazione) per effettuare una regolazione laterale (direzione MD) per garantire che il film scorra sempre lungo il percorso preimpostato, prerequisito per ottenere un taglio ad alta precisione.

3. Unità di taglio

• Scopo: tagliare con precisione pellicole larghe in più strisce strette di materiale.

• Metodo di taglio:

◦ Taglio a forbice:

▪ Principio: Simile alle forbici. La testa di taglio superiore (lama circolare) forma una coppia di coppie di cesoie con il rullo di taglio inferiore (rullo in acciaio temprato o rullo di taglio con coltello inferiore).

▪ Caratteristiche: I bordi di taglio sono piatti, lisci e privi di polvere. È adatto per film più spessi e duri (come PET, PP, film compositi). Questo è il metodo di taglio ad alta precisione più comunemente utilizzato.

◦ Taglio a incisione / Taglio a rasoio:

▪ Principio: una lama circolare affilata esercita una pressione sulla superficie della pellicola, tagliandola. La profondità del taglio della lama è fondamentale, poiché spesso richiede tagli precisi attraverso la pellicola senza danneggiare i rulli di supporto sottostanti.

▪ Caratteristiche: Adatto per pellicole estremamente sottili e morbide (come pellicola di plastica PE, CPP, separatore di batterie al litio). Una regolazione impropria è soggetta a sbavature e polvere.

◦ Crush Cut: meno utilizzato per tagli ad alta precisione, utilizzato principalmente per tessuti non tessuti e altri materiali.

4. Unità di riavvolgimento

• Scopo: Arrotolare più pellicole tagliate in rotoli finiti dall'aspetto ordinato e dall'elasticità costante.

•Processo:

◦ Metodo di avvolgimento: questo è il cuore della tecnologia, ne esistono due tipi principali:

▪ Avvolgimento centrale: la potenza aziona direttamente l'albero di avvolgimento. La struttura è semplice, ma all'aumentare del diametro della bobina e con una velocità lineare costante, la tensione dell'anello esterno aumenta sempre di più, il che può facilmente portare a un film allentato all'interno e stretto all'esterno, e persino a pieghe.

▪ Avvolgimento superficiale: il tubo di carta viene riavvolto da un rullo di frizione azionato attivamente (rullo di gomma). Garantisce velocità lineare superficiale e pressione di avvolgimento costanti, e la bobina ha una durezza uniforme, rendendola ideale per materiali morbidi e sottili. Le moderne macchine da taglio di fascia alta utilizzano spesso l'avvolgimento ibrido centro/superficie, combinando il meglio di entrambi i mondi.

◦ Avvolgimento a braccio curvo oscillante: comunemente utilizzato nelle taglierine ad alta velocità. Dispone di due alberi di avvolgimento e, quando uno è pieno, può passare istantaneamente all'altro albero vuoto, realizzando uno scarico automatico senza interruzioni e un'efficienza produttiva estremamente elevata.

◦ Monitoraggio e regolazione online: dotato di sensori a ultrasuoni o CCD, monitoraggio in tempo reale del diametro dell'avvolgimento, della bordatura (cuore del cavolo) e dei difetti superficiali, ed esecuzione automatica del controllo della tensione conica (riduzione lineare della tensione con l'aumento del diametro della bobina per garantire una tenuta costante degli strati interno ed esterno) e regolazione della pressione.

Parte 2: Analisi approfondita delle principali innovazioni tecnologiche

L'"elevata precisione" delle macchine da taglio ad alta precisione si riflette nelle dimensioni (larghezza), nella qualità (aspetto) e nell'efficienza, che sono alla base della profonda integrazione e innovazione di molteplici tecnologie.

1. Sistema intelligente di controllo della tensione multistadio

• Tecnologia tradizionale: controllo a circuito aperto o semichiuso, grandi fluttuazioni di tensione.

• Tecnologia innovativa: controllo della tensione adattivo, multistadio e completamente chiuso.

◦ Il sistema divide l'intero percorso in più sezioni di controllo della tensione, come l'area di svolgimento, l'area di trazione e l'area di avvolgimento.

◦ Come elementi di feedback vengono utilizzati rulli flottanti ad alta precisione o sensori di tensione.

◦ L'acquisizione in tempo reale dei segnali tramite PLC e motion controller di fascia alta, tramite algoritmo PID e feedforward, non solo corregge l'errore corrente, ma prevede anche i disturbi causati dalle variazioni di velocità e di diametro della bobina, compensa in anticipo e realizza un controllo della tensione ultra stabile. Questo è fondamentale per evitare pieghe e deformazioni da stiramento del film.

2. Sistema di guida ad alta precisione (EPC)

• Tecnologia tradizionale: sensore analogico, risposta lenta, bassa precisione.

• Tecnologia innovativa: sensore CCD/laser digitale + servoazionamento ad alta velocità.

◦ La precisione di rilevamento del sensore digitale può raggiungere ±0,1 mm o anche di più.

◦ Servomotore come attuatore con tempo di risposta estremamente rapido (millisecondi).

◦ Gli algoritmi di controllo avanzati sono in grado di distinguere tra jitter naturale e deviazione reale dei materiali, evitare correzioni eccessive e ottenere una correzione della deviazione "stabile, accurata e morbida".

3. Sistema di ispezione visiva online e regolazione automatica della distanza degli utensili

• Tecnologia tradizionale: misurazione manuale della larghezza, regolazione manuale della posizione dell'utensile all'arresto, bassa efficienza e grande errore.

• Tecnologia innovativa:

◦ Installare una telecamera di scansione CCD line array dopo il taglio o prima dell'avvolgimento per monitorare la larghezza di ogni striscia in tempo reale.

◦ I dati di misurazione vengono inviati al sistema di controllo e confrontati con il valore impostato.

◦ Il portautensili, controllato dal servomotore di azionamento, compensa automaticamente lo spostamento a livello di micron, realizzando un controllo online in tempo reale a circuito chiuso della larghezza di taglio per garantire la larghezza costante di ogni bobina. Questo è fondamentale per i film elettronici con tolleranze estremamente strette.

4. Gemello digitale e O&M intelligente

• Tecnologia innovativa: tipica delle applicazioni dell'Industria 4.0.

◦ Raccogliere dati sul funzionamento dell'attrezzatura (vibrazioni, temperatura, corrente, pressione, ecc.) tramite sensori per creare un gemello digitale della macchina da taglio nel cloud.

◦ Utilizzando algoritmi di big data e intelligenza artificiale, la manutenzione predittiva (avviso tempestivo di usura degli utensili e guasti dei cuscinetti), la raccomandazione di ottimizzazione dei parametri di processo (consigliando parametri ottimali di tensione, velocità e pressione per diversi materiali) e la diagnosi remota possono migliorare notevolmente l'efficienza complessiva delle apparecchiature (OEE) e ridurre i costi di manutenzione.

5. Produzione di precisione dei componenti principali

• Tecnologia innovativa:

◦ Asse pneumatico: precisione di bilanciamento dinamico estremamente elevata per garantire un funzionamento senza vibrazioni ad alte velocità.

◦ Portautensili da taglio: vengono utilizzati materiali speciali e processi di trattamento termico per garantire resistenza all'usura e manutenzione di precisione per un utilizzo a lungo termine.

◦ Telaio complessivo: progettazione ottimizzata mediante analisi degli elementi finiti (FEA), utilizzando materiali ad alta rigidità, per garantire una struttura stabile ad alta velocità e con grandi tensioni, senza deformazioni e vibrazioni.

conclusione

Dalle enormi bobine master alle bobine finite di alta qualità, le macchine per il taglio di pellicole ad alta precisione completano un "balletto" di tensione, velocità e precisione. Il flusso di processo sembra lineare e semplice, ma in realtà è ricco di processi fisici dinamici e complessi che devono essere controllati con precisione in tempo reale.

L'innovazione tecnologica delle moderne macchine da taglio ad alta precisione è passata dalla semplice ottimizzazione della struttura meccanica alla profonda integrazione di meccatronica, sensori, digitalizzazione e intelligenza artificiale. Non si tratta più di un dispositivo isolato, ma di un nodo dati nella fabbrica intelligente che, attraverso un flusso di dati continuo, ottimizza costantemente le proprie prestazioni, fornisce ai clienti soluzioni ad alto valore aggiunto, di alta qualità e ad alta efficienza che vanno oltre la tradizionale categoria di taglio, ed è diventata un'apparecchiatura chiave indispensabile nella filiera dei materiali filmici di fascia alta.