Đổi mới công nghệ và mở rộng ứng dụng máy cắt dưới những thách thức của vật liệu mới và quy trình mới

Là thiết bị cốt lõi trong lĩnh vực gia công vật liệu, máy cắt cuộn được sử dụng rộng rãi trong các quy trình hậu kỳ của màng phim, lá kim loại, giấy, vật liệu composite sợi, điện cực pin và các ngành công nghiệp khác. Nhiệm vụ cốt lõi của nó là cắt cuộn dây chính rộng thành nhiều cuộn dây nhỏ hẹp với tốc độ và độ chính xác cao, đồng thời đảm bảo chất lượng cắt cuộn. Với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp chiến lược mới nổi như năng lượng mới, thông tin điện tử và màn hình linh hoạt, các yêu cầu về hiệu suất vật liệu ngày càng khắt khe, và sự xuất hiện của một loạt vật liệu và quy trình mới đang đặt ra thách thức chưa từng có đối với công nghệ cắt cuộn truyền thống, đồng thời thúc đẩy sự đổi mới sâu sắc và mở rộng ứng dụng rộng rãi của công nghệ máy cắt cuộn.

1. Những thách thức cốt lõi do vật liệu và quy trình mới mang lại

Các kỹ thuật cắt truyền thống chủ yếu nhắm vào các vật liệu đồng nhất như giấy và màng nhựa thông thường, nhưng sự xuất hiện của các vật liệu mới đã cách mạng hóa trò chơi này.

1. Vật liệu cực kỳ mỏng và giòn:

◦ Thách thức: Ví dụ, lá đồng và lá nhôm dùng cho pin lithium mỏng tới 4-6μm, hoặc thậm chí mỏng hơn. Loại vật liệu này cực kỳ mỏng, dễ kéo giãn, dễ nhăn, dễ đứt, và đòi hỏi độ chính xác và độ ổn định khi kiểm soát độ căng cực kỳ cao, và những dao động nhỏ cũng có thể dẫn đến đứt dây hoặc gấp nếp.

◦ Yêu cầu quy trình mới: Đường cắt sau khi phủ điện cực phải sạch sẽ, không có gờ và bụi, nếu không sẽ gây ra hiện tượng đoản mạch bên trong pin.

2. Màng nhiều lớp và màng chức năng:

◦ Thách thức: chẳng hạn như màng quang học nhiều lớp trong màn hình OLED, màng bao bì có rào cản cao, v.v. Những vật liệu này được cấu tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau (PET/PA/AL/CPP, v.v.), và hệ số ma sát, độ bền kéo và độ cứng giữa các lớp rất khác nhau. Trong quá trình cắt, dễ xảy ra hiện tượng tách lớp, uốn cong (uốn mép) hoặc ứng suất bên trong do ứng suất không đều, ảnh hưởng đến quá trình gia công và hiệu suất sử dụng sau này.

◦ Yêu cầu quy trình mới: Cần tránh làm hỏng các lớp chức năng (như keo quang học và lớp chắn) bằng cách cắt ứng suất nhiệt.

3. Vật liệu kết dính có độ bám dính cao:

◦ Thách thức: chẳng hạn như các loại màng bảo vệ có độ nhớt cao, băng dính hai mặt, keo quang học OCA, v.v. Trong quá trình cắt, keo dễ bị dính (dao dính) vào vật liệu, làm bẩn các cạnh và lưỡi cắt, dẫn đến chất lượng cắt kém hoặc thậm chí không thể sản xuất liên tục. Thời gian ngừng hoạt động vệ sinh kéo dài và không hiệu quả.

◦ Yêu cầu quy trình mới: Cần giải quyết vấn đề chống dính và cắt chính xác theo chiều dài cố định.

4. Vật liệu composite sợi cường độ cao:

◦ Thách thức: chẳng hạn như sợi carbon, sợi thủy tinh prepreg, giấy aramid, v.v. Vật liệu có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, và độ mài mòn của lưỡi dao cực kỳ nghiêm trọng. Đồng thời, việc kiểm soát vụn sợi và bụi là rất quan trọng, nếu không sẽ ảnh hưởng đến độ sạch và hiệu suất của sản phẩm.

◦ Yêu cầu quy trình mới: yêu cầu thiết bị cắt phải có độ cứng và khả năng chống mài mòn cực cao, cũng như hệ thống loại bỏ bụi hiệu quả.

5. Yêu cầu tích hợp quy trình:

◦ Thách thức: Quy trình mới hướng đến hiệu suất cao và tính nhất quán cao, hy vọng kết nối liền mạch quy trình cắt với quy trình kiểm tra trực tuyến, cuộn, đóng gói và các quy trình khác để tạo thành một dây chuyền sản xuất thông minh. Điều này đặt ra yêu cầu cao hơn về khả năng tự động hóa, thông tin hóa và điều khiển phối hợp của máy cắt.

2. Đổi mới hệ thống công nghệ máy cắt

Để đáp ứng những thách thức trên, công nghệ máy cắt hiện đại đang trải qua những đổi mới toàn diện, chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:

1. Hệ thống kiểm soát độ căng có độ chính xác cực cao:

◦ Đổi mới: Áp dụng truyền động động cơ servo toàn phần để thay thế bộ ly hợp bột từ truyền thống. Phản hồi thời gian thực về sự thay đổi đường kính cuộn dây thông qua bộ mã hóa độ phân giải cao và sử dụng các thuật toán thích ứng (như điều khiển PID mờ) để đạt được khả năng kiểm soát độ côn căng toàn bộ quá trình từ tháo cuộn, kéo đến tua lại. Độ chính xác kiểm soát độ căng có thể đạt ±0,5% hoặc thậm chí cao hơn, đảm bảo sự ổn định của vật liệu siêu mỏng khi cắt tốc độ cao.

2. Công nghệ lưỡi cắt thông minh và giải pháp cắt:

◦ Đổi mới:

▪ Vật liệu dụng cụ: Lớp phủ siêu cứng (ví dụ: DLC kim cương, titan nitrua TiN), chèn gốm hoặc chèn kim cương đa tinh thể (PCD) để xử lý vật liệu composite cắt và vật liệu chịu mài mòn cao, kéo dài đáng kể tuổi thọ dụng cụ.

▪ Thiết kế dao: Phát triển các lưỡi dao đặc biệt cho các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như lưỡi dao phủ lớp chống dính cho vật liệu kết dính, dao tròn có góc ma sát thấp.

▪ Chế độ truyền động: Điều khiển trục dao cắt servo đã trở thành tiêu chuẩn, có thể đạt được "cắt bay" (cắt đồng bộ dụng cụ trong quá trình vận hành vật liệu), kiểm soát độ sâu cắn chính xác và giảm rung để đảm bảo đường cắt mịn và không có gờ.

▪ Dao hỗ trợ khí (dao đệm khí): dùng để cắt các vật liệu có độ nhạy cảm cao, thông qua màng khí để vật liệu và lưỡi dao “cắt” không tiếp xúc, tránh hoàn toàn trầy xước và bụi bẩn.

3. Hệ thống giám sát tình trạng và vận hành thông minh:

◦ Đổi mới:

▪ Thị giác máy (AOI): Hệ thống phát hiện khuyết tật bề mặt trực tuyến tích hợp để theo dõi các gờ, vệt, vết bẩn, nếp gấp và các khuyết tật khác trong quá trình cắt theo thời gian thực và có thể tự động đánh dấu hoặc liên kết hệ thống phân loại.

▪ Quấn dây thông minh (IRC/IBC): Áp dụng quấn dây servo hoàn toàn, với thuật toán đường cong quấn dây tiên tiến, tự động tính toán và điều chỉnh áp suất, mô-men xoắn và tốc độ, kiểm soát hoàn hảo độ cứng của cuộn dây và tránh hiện tượng lõi bị xẹp, hoa văn hoa cúc và các nhược điểm khác.

▪ Bảo trì dự đoán: Cảm biến theo dõi các thông số như độ mòn của lưỡi dao, độ rung của ổ trục và tải động cơ, đồng thời sử dụng phân tích dữ liệu lớn để dự đoán thời gian hỏng hóc, đưa ra cảnh báo sớm và giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch.

4. Thiết kế mô-đun và chuyên biệt:

◦ Đổi mới: Máy cắt không còn là thiết bị đa năng nữa mà là thiết kế chuyên biệt và dạng mô-đun dựa trên đặc tính vật liệu. Ví dụ:

▪ Máy cắt cực pin Lithium: nhấn mạnh vào tính không bụi, không kim loại, chống cháy nổ, được trang bị hệ thống hút bụi tần số cao và các biện pháp chống tĩnh điện.

▪ Máy cắt màng quang học: nhấn mạnh vào môi trường phòng sạch, kiểm soát độ căng cực thấp và cuộn chống tĩnh điện.

▪ Máy cắt băng keo: được trang bị các con lăn dẫn hướng chống dính đặc biệt, con lăn silicon và hệ thống dao lạnh.

3. Mở rộng lĩnh vực ứng dụng

Những đổi mới công nghệ đang trực tiếp thúc đẩy ranh giới của các ứng dụng máy cắt:

1. Lĩnh vực năng lượng mới: Đây là điểm tăng trưởng lớn nhất hiện nay. Việc cắt các mảnh điện cực pin lithium (anot/catot) là cốt lõi của sản xuất, và độ chính xác, độ sạch và độ tin cậy của máy cắt là cao nhất. Ngoài ra, màng trao đổi proton của pin nhiên liệu hydro, màng nền quang điện, v.v. cũng yêu cầu thiết bị cắt hiệu suất cao.

2. Lĩnh vực điện tử và màn hình dẻo: Tấm nền màn hình dẻo OLED (phim PI), cảm biến màn hình cảm ứng (phim ITO), màng dẫn điện trong suốt, v.v., cần được cắt trong môi trường không bụi cấp độ 100/1000 để đảm bảo không có bụi, không trầy xước và không bị hư hỏng do tĩnh điện.

3. Các lĩnh vực bao bì cao cấp: bao bì thực phẩm có rào cản cao, bao bì dược phẩm, bao bì chống tĩnh điện cho sản phẩm điện tử, v.v., cần cắt màng composite nhiều lớp mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn về cấu trúc của chúng.

4. Lĩnh vực vật liệu bán dẫn mới: cắt chính xác các vật liệu phụ trợ bán dẫn như màng mài wafer, băng cắt (băng cắt wafer), miếng đánh bóng CMP, v.v.

5. Các lĩnh vực vật liệu tiên tiến: Việc chuẩn bị và xử lý các vật liệu mới nổi như màng ống nano carbon, màng graphene và vật liệu khí gel cũng bắt đầu đòi hỏi các giải pháp cắt chính xác tùy chỉnh.

Kết luận và triển vọng

Vật liệu và quy trình mới vừa là thách thức vừa là động lực cốt lõi cho sự phát triển công nghệ máy cắt. Máy cắt trong tương lai sẽ không còn là một sản phẩm cơ khí đơn lẻ nữa, mà là một hệ thống thông minh cao cấp tích hợp máy móc chính xác, điều khiển thông minh, công nghệ cảm biến, dữ liệu lớn và trí tuệ nhân tạo.

Xu hướng phát triển của nó sẽ tập trung vào:

• Cực độ: Thử thách về tốc độ cao hơn, chiều rộng hẹp hơn và độ chính xác cao hơn.

• Thông minh: Nhận thức được bản thân, tự ra quyết định, tự thực hiện và sản xuất thông minh "không người lái" có khả năng thích ứng.

• Tích hợp: Tích hợp sâu với các quy trình đầu vào và đầu ra, trở thành nút số không thể thiếu cho các nhà máy thông minh.

Chỉ có đổi mới công nghệ liên tục mới có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng khắt khe của ngành chế biến vật liệu, từ đó hỗ trợ sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp chiến lược mới nổi. Sự đổi mới công nghệ máy cắt là một mô hình thu nhỏ và sâu sắc về quá trình chuyển đổi của Trung Quốc từ "cường quốc sản xuất" sang "cường quốc sản xuất thông minh".