Inovação tecnológica e expansão da aplicação de máquinas de corte longitudinal sob os desafios de novos materiais e novos processos

Como equipamento essencial na área de processamento de materiais, as máquinas de corte longitudinal são amplamente utilizadas nos processos de back-end de filmes, folhas, papel, compósitos de fibra, eletrodos de bateria e outras indústrias. Sua principal missão é cortar a bobina mestra larga em várias bobinas pequenas e estreitas, sob condições de alta velocidade e alta precisão, garantindo a qualidade do corte longitudinal. Com o rápido desenvolvimento de indústrias emergentes estratégicas, como novas energias, informação eletrônica e displays flexíveis, os requisitos de desempenho dos materiais estão se tornando cada vez mais rigorosos, e o surgimento de uma série de novos materiais e processos representa um desafio sem precedentes para a tecnologia de corte longitudinal tradicional, impulsionando também a profunda inovação e a ampla expansão da aplicação da tecnologia de máquinas de corte longitudinal.

1. Os principais desafios trazidos pelos novos materiais e processos

As técnicas tradicionais de corte têm como alvo principal materiais homogêneos, como papel e filme plástico comum, mas o surgimento de novos materiais revolucionou o jogo.

1. Materiais extremamente finos e altamente quebradiços:

◦ Desafios: Por exemplo, folhas de cobre e alumínio para baterias de lítio têm espessuras de 4 a 6 μm, ou até menores. Esse tipo de material é extremamente fino, fácil de esticar, enrugar e quebrar, exigindo altíssima precisão e estabilidade no controle de tensão, e pequenas flutuações podem levar à quebra de faixas ou dobras.

◦ Novos requisitos de processo: O corte após o revestimento do eletrodo deve estar livre de rebarbas e poeira, caso contrário, causará um curto-circuito dentro da bateria.

2. Filmes laminados multicamadas e funcionalizados:

◦ Desafios: como filmes ópticos multicamadas em telas OLED, filmes de embalagem de alta barreira, etc. Esses materiais são compostos por diferentes materiais (PET/PA/AL/CPP, etc.), e o coeficiente de atrito, a taxa de tração e a dureza entre cada camada variam muito. Durante o corte, é fácil causar delaminação, serpentina (crimpagem) ou tensão interna devido à tensão irregular, o que afeta o processamento subsequente e o desempenho de uso.

◦ Novos requisitos de processo: É necessário evitar danos às camadas funcionais (como cola óptica e camada de barreira) por meio de corte de estresse térmico.

3. Materiais adesivos de alta adesão:

◦ Desafios: como diversos filmes protetores de alta viscosidade, fitas dupla face, adesivos ópticos OCA, etc. Durante o corte, a transferência de adesivo (facas pegajosas) pode ocorrer facilmente, contaminando as bordas e lâminas do material, resultando em corte de baixa qualidade ou até mesmo na impossibilidade de produção contínua. O tempo de inatividade para limpeza é longo e ineficiente.

◦ Novos requisitos de processo: É necessário resolver os problemas de antiaderência e corte preciso em comprimento fixo.

4. Compósitos de fibras de alta resistência:

◦ Desafios: como fibra de carbono, pré-impregnado de fibra de vidro, papel de aramida, etc. O material possui alta dureza e resistência ao desgaste, e o desgaste da lâmina é extremamente severo. Ao mesmo tempo, o controle de lascas de fibra e poeira é fundamental, pois, caso contrário, afetará a limpeza e o desempenho do produto.

◦ Novos requisitos de processo: exigem que o equipamento de corte tenha rigidez e resistência ao desgaste extremamente altas, bem como um sistema eficiente de remoção de pó.

5. Requisitos de integração de processos:

◦ Desafio: O novo processo busca alta eficiência e alta consistência, buscando conectar perfeitamente o corte com a inspeção online, bobinagem, embalagem e outros processos para formar uma linha de produção inteligente. Isso impõe requisitos mais elevados para a automação, informatização e recursos de controle colaborativo da máquina de corte.

2. Inovação sistemática da tecnologia de máquinas de corte

Para enfrentar os desafios acima, a tecnologia moderna de máquinas de corte está passando por inovações abrangentes, refletidas principalmente nos seguintes aspectos:

1. Sistema de controle de tensão de ultra-alta precisão:

◦ Inovação: Adoção de servomotor completo para substituir a embreagem magnética tradicional de pó. Feedback em tempo real da mudança do diâmetro da bobina por meio de um encoder de alta resolução e uso de algoritmos adaptativos (como controle PID fuzzy) para obter controle de tensão cônica em todo o processo, desde o desenrolamento, tração até o rebobinamento. A precisão do controle de tensão pode chegar a ±0,5% ou até mais, garantindo a estabilidade de materiais ultrafinos em cortes de alta velocidade.

2. Tecnologia de lâmina inteligente e soluções de corte:

◦ Inovação:

▪ Material da ferramenta: revestimento ultraduro (por exemplo, diamante DLC, nitreto de titânio TiN), inserto de cerâmica ou inserto de diamante policristalino (PCD) para lidar com o corte de compostos e materiais de alto desgaste, aumentando significativamente a vida útil da ferramenta.

▪ Design de facas: Desenvolver lâminas especiais para diferentes materiais, como lâminas com revestimento antiaderente para materiais adesivos, facas redondas com ângulos de baixo atrito.

▪ Modo de acionamento: O controle do eixo do servo cortador se tornou padrão, o que pode atingir "cisalhamento voador" (corte sincronizado da ferramenta durante a operação do material), controle preciso da profundidade da mordida e supressão de vibração para garantir cortes suaves e sem rebarbas.

▪ Faca de suporte de ar (faca com almofada de ar): usada para cortar materiais extremamente sensíveis, através do filme de ar para fazer com que o material e a lâmina "cortem" sem contato, evitando completamente arranhões e poeira.

3. Sistema inteligente de operação e monitoramento de condições:

◦ Inovação:

▪ Visão de máquina (AOI): Sistema integrado de detecção de defeitos de superfície on-line para monitorar rebarbas, listras, manchas, dobras e outros defeitos no processo de corte em tempo real, podendo marcar ou vincular automaticamente o sistema de classificação.

▪ Enrolamento inteligente (IRC/IBC): adota enrolamento servo completo, com algoritmo de curva de enrolamento avançado, calcula e ajusta automaticamente a pressão, o torque e a velocidade, controla perfeitamente a dureza da bobina e evita núcleo colapsado, padrão de crisântemo e outras desvantagens.

▪ Manutenção preditiva: sensores monitoram parâmetros como desgaste da lâmina, vibração do rolamento e carga do motor, e usam análise de big data para prever o momento da falha, fornecer alerta antecipado e reduzir o tempo de inatividade não planejado.

4. Design Modular e Especializado:

◦ Inovação: As máquinas de corte não são mais equipamentos de uso geral, mas sim projetos especializados e modulares baseados nas características do material. Por exemplo:

▪ Máquina de corte de pólos de bateria de lítio: enfatiza a ausência de poeira, metal, à prova de explosão, equipada com sistema de aspiração de alta frequência e medidas antiestáticas.

▪ Máquina de corte óptico de filme: enfatiza o ambiente de sala limpa, controle de tensão ultrabaixa e enrolamento antiestático.

▪ Máquina de corte de fita: equipada com rolos guia antiaderentes especiais, rolos de silicone e sistemas de faca fria.

3. Expansão dos campos de aplicação

As inovações tecnológicas estão impulsionando diretamente os limites das aplicações das máquinas de corte:

1. Nova área de energia: Este é o ponto de maior crescimento atualmente. O corte longitudinal de peças de eletrodos de baterias de lítio (ânodo/cátodo) é o núcleo da fabricação, e a precisão, limpeza e confiabilidade da máquina de corte longitudinal são as mais altas. Além disso, membranas de troca de prótons para células de combustível de hidrogênio, membranas de folha traseira fotovoltaica, etc., também exigem equipamentos de corte longitudinal de alto desempenho.

2. Eletrônicos flexíveis e campos de exibição: substratos de exibição OLED flexíveis (filme PI), sensores de tela sensível ao toque (filme ITO), filmes condutores transparentes, etc., exigem corte em um ambiente livre de poeira de nível 100/1000 para garantir que não haja poeira, arranhões ou danos estáticos.

3. Áreas de embalagens de alta qualidade: embalagens de alimentos de alta barreira, embalagens farmacêuticas, embalagens de blindagem antiestática para produtos eletrônicos, etc., precisam cortar filmes compostos multicamadas sem comprometer sua integridade estrutural.

4. Novo campo de materiais semicondutores: corte de precisão de materiais auxiliares semicondutores, como filme de moagem de wafer, fita de corte (fita de corte de wafer), almofadas de polimento CMP, etc.

5. Campos de materiais de ponta: A preparação e o processamento de materiais emergentes, como filmes de nanotubos de carbono, filmes de grafeno e materiais de aerogel, também começaram a exigir soluções personalizadas de corte de precisão.

Conclusões e perspectivas

Novos materiais e processos são desafios e impulsionadores essenciais da evolução tecnológica das máquinas de corte longitudinal. A futura máquina de corte longitudinal não será mais um único produto mecânico, mas um sistema altamente inteligente que integra máquinas de precisão, controle inteligente, tecnologia de sensoriamento, big data e inteligência artificial.

Suas tendências de desenvolvimento se concentrarão em:

• Extremo: Desafio para velocidades mais altas, larguras mais estreitas e maior precisão.

• Inteligente: Realizar autopercepção, autotomada de decisões, autoexecução e produção inteligente adaptativa "não tripulada".

• Integração: Profundamente integrado com processos upstream e downstream, tornando-se um nó digital indispensável para fábricas inteligentes.

Somente a inovação tecnológica contínua pode atender às necessidades cada vez mais exigentes do processamento de materiais e, assim, apoiar o desenvolvimento vigoroso de indústrias emergentes estratégicas. A inovação na tecnologia de máquinas de corte longitudinal é um microcosmo microscópico e profundo da transição da China de uma "potência manufatureira" para uma "potência manufatureira inteligente".