Compatibilidade multimaterial, uma máquina para fazer: sobre a integração do sistema e aplicação inovadora da máquina de corte de compósitos

Na área de manufatura de ponta, os materiais compósitos desempenham um papel cada vez mais importante, desde a geração de energia aeroespacial e eólica até veículos de nova energia e equipamentos esportivos, com suas aplicações em todos os lugares. No entanto, a diversidade de materiais compósitos (por exemplo, fibra de carbono, fibra de vidro, aramida, pré-impregnado, núcleo alveolar, etc.) também representa desafios significativos para o processamento final. Os equipamentos de corte tradicionais costumam ser máquinas especiais, com baixa flexibilidade e baixa eficiência, o que se tornou um gargalo que restringe a eficiência da produção e o controle de custos.

Portanto, a máquina de corte inteligente de materiais compósitos com "compatibilidade multimaterial, uma máquina pode ser feita" não é mais uma simples exigência de processo, mas uma tendência inevitável no desenvolvimento da indústria. Seu objetivo principal é transformar a máquina em uma unidade de processamento inteligente, flexível e digital, por meio de um alto grau de integração de sistemas e aplicação inovadora contínua.

Primeiro, desafios técnicos compatíveis com vários materiais e métodos de integração de sistemas

Alcançar "uma máquina" não é uma tarefa fácil, por trás da qual está a superação e integração sistemáticas de uma série de desafios técnicos importantes.

1. Integração do Controle de Precisão de Tensão:

◦ Desafio: As propriedades físicas dos diferentes materiais variam significativamente. A fibra de carbono é quebradiça e a tensão excessiva pode causar fios quebrados e desfiados; a aramida tem alta tenacidade, mas é fácil de rebobinar, e o controle inadequado da tensão pode afetar a qualidade do rebobinamento; o pré-impregnado tem alta viscosidade e requer desenrolamento constante em baixa tensão.

◦ Solução integrada: Um sistema de controle de tensão em malha fechada completo com "controle vetorial multimotor + sensor de tensão de alta precisão + algoritmo inteligente". Integrando CLP ou controlador especial, os dados de tensão de cada elo de desenrolamento, tração e rebobinamento são coletados em tempo real, e o torque e a velocidade de cada servomotor são ajustados dinamicamente para alcançar um controle adaptativo e de alta precisão de diferentes tensões, de gramas a quilogramas.

2. Integração de ferramentas de corte e processos:

◦ Desafio: O corte de fibra de carbono requer lâminas revestidas de diamante com alta dureza e resistência ao desgaste; A tecnologia de corte ultrassônico é usada para cortar aramida para evitar o estiramento da fibra; O processamento de substratos de filme plástico pode exigir corte a laser de alta precisão ou corte com faca circular.

◦ Solução Integrada: Projetar um sistema modular de cabeçote de corte de troca rápida. O corpo principal do equipamento é integrado com interfaces padrão (como interfaces mecânicas, elétricas e pneumáticas), que podem substituir rapidamente módulos de corte ultrassônico, módulos de corte circular, módulos de laser, etc., de acordo com a tarefa de processamento. Ao mesmo tempo, o sistema CNC possui pacotes de parâmetros de processo de corte integrados para diferentes materiais (como velocidade da ferramenta, ângulo, pressão) para alcançar "troca e adaptação de parâmetros com um clique".

3. Integração de Sistemas de Remoção de Pó e Limpeza:

◦ Desafio: O processo de corte de compósitos gera uma grande quantidade de poeira prejudicial (como poeira de fibra de carbono, que é eletricamente condutora e prejudicial aos seres humanos), e alguns materiais, como o pré-impregnado, têm requisitos de limpeza extremamente altos.

◦ Conceito integrado: Sistema eficiente de coleta de pó como componente central do dispositivo, em vez de acessório periférico. A filtragem multiestágio (como separação por ciclone + filtragem HEPA de alta eficiência) + adsorção por pressão negativa é utilizada para coletar o pó diretamente no ponto de geração (próximo à cabeça da ferramenta) para garantir um ambiente de trabalho limpo e proteger as partes delicadas do equipamento.

4. Integração de sistemas de visão e inspeção:

◦ Desafio: A detecção em tempo real de defeitos comuns no processo de corte, como rebarbas, fios saltados e texturas distorcidas, é essencial para garantir resultados de alta qualidade e reduzir o desperdício.

◦ Solução Integrada: Integra câmeras de varredura linear de alta resolução e algoritmos de visão de máquina para realizar uma inspeção de 100% da cobertura total dos materiais imediatamente após o corte. Assim que um defeito é encontrado, o sistema pode emitir um alarme, registrar a localização e até mesmo desligar a máquina automaticamente em tempo real, permitindo um salto da "pós-inspeção" para o "controle em processo".

Em segundo lugar, aplicações inovadoras: desde equipamentos autónomos até nós de produção inteligentes

A integração do sistema dá ao dispositivo um corpo "compatível com vários materiais", enquanto aplicações inovadoras injetam uma alma "inteligente" nele.

1. Gêmeo Digital e Depuração Virtual:

◦ Na fase de projeto do equipamento, por meio da construção de um modelo gêmeo digital, o processo de corte de diferentes materiais é simulado em um ambiente virtual, e a racionalidade da estrutura do equipamento, da lógica de controle e dos parâmetros do processo é verificada com antecedência, encurtando significativamente o ciclo de P&D e o tempo de comissionamento no local.

2. Otimização de processos de IA e manutenção preditiva:

◦ Utilize inteligência artificial e algoritmos de aprendizado de máquina para realizar aprendizado profundo com base em dados históricos de processamento (tipo de material, temperatura e umidade ambiente, parâmetros do equipamento, qualidade do produto acabado). O sistema não apenas recomenda parâmetros de processo ideais, mas também prevê a vida útil de componentes críticos (por exemplo, fusos, rolamentos, lâminas), avisa sobre a necessidade de manutenção antes que falhas ocorram e maximiza a utilização e a produtividade do equipamento.

3. IoT e colaboração em nuvem:

◦ O dispositivo é conectado ao MES (Sistema de Execução de Manufatura) da fábrica ou à plataforma em nuvem por meio da Internet Industrial das Coisas. Realize monitoramento remoto, distribuição de programas, rastreabilidade de dados e análise de capacidade. Os gerentes podem visualizar o status operacional, relatórios de eficiência e consumo de energia de qualquer equipamento em todo o mundo em tempo real em seus celulares ou computadores para otimizar globalmente os recursos de produção.

4. Personalização personalizada e produção flexível:

◦ O conceito de "uma máquina para fazer" atende, em última análise, às necessidades flexíveis de produção de pequenos lotes e múltiplas variedades na manufatura moderna. O pedido de um cliente pode conter múltiplas necessidades de corte de diferentes materiais e especificações. A máquina de corte inteligente altamente integrada pode alternar perfeitamente entre as tarefas de produção e responder rapidamente às mudanças do mercado, acionando diferentes programas em um único lote.

conclusão

A máquina de corte longitudinal de materiais compósitos é o resultado da profunda integração de design mecânico moderno, tecnologia de automação, tecnologia da informação e inteligência artificial. Ela não é mais uma máquina de processamento isolada, mas uma plataforma que soluciona a multifuncionalidade do hardware por meio da integração de sistemas e realiza unidades de produção inteligentes, orientadas por dados, auto-otimizadas e interconectadas por meio de aplicações inovadoras.

Essa mudança não apenas melhora significativamente a precisão, a eficiência e a flexibilidade do processamento de materiais compósitos, reduz custos abrangentes e representa um exemplo claro da indústria de fabricação de equipamentos de ponta em direção à transformação e modernização inteligentes e orientadas a serviços. No futuro, com o surgimento contínuo de novos materiais e processos, a integração de sistemas e a aplicação inovadora de máquinas de corte longitudinal de materiais compósitos continuarão a se aprofundar, proporcionando uma base de equipamentos mais sólida para o "Made in China".