Innovación tecnológica y expansión de aplicaciones de las máquinas de corte longitudinal ante los desafíos de nuevos materiales y nuevos procesos

Como equipo clave en el procesamiento de materiales, las máquinas de corte longitudinal se utilizan ampliamente en los procesos finales de películas, láminas, papel, compuestos de fibra, electrodos de batería y otras industrias. Su misión principal es cortar la bobina maestra ancha en varias bobinas estrechas y pequeñas a alta velocidad y precisión, garantizando así la calidad del corte longitudinal. Con el rápido desarrollo de industrias estratégicas emergentes como las nuevas energías, la información electrónica y las pantallas flexibles, los requisitos de rendimiento de los materiales son cada vez más exigentes. La aparición de nuevos materiales y procesos supone un desafío sin precedentes para la tecnología de corte longitudinal tradicional, impulsando además la innovación y la expansión de las aplicaciones de la tecnología de corte longitudinal.

1. Los principales desafíos que plantean los nuevos materiales y procesos

Las técnicas de corte tradicionales se dirigen principalmente a materiales homogéneos, como papel y películas de plástico simples, pero la aparición de nuevos materiales ha revolucionado el juego.

1. Materiales extremadamente finos y de alta fragilidad:

◦ Desafíos: Por ejemplo, las láminas de cobre y aluminio para baterías de litio tienen un grosor de tan solo 4-6 μm, o incluso menor. Este tipo de material es extremadamente delgado, se estira, se arruga y se rompe con facilidad, y requiere una precisión y estabilidad de control de tensión extremadamente altas, por lo que pequeñas fluctuaciones pueden provocar la rotura de bandas o pliegues.

◦ Nuevos requisitos del proceso: El corte después del recubrimiento del electrodo debe estar libre de rebabas y polvo, de lo contrario, provocará un cortocircuito dentro de la batería.

2. Películas multicapa laminadas y funcionalizadas:

◦ Desafíos: como películas ópticas multicapa en pantallas OLED, películas de embalaje de alta barrera, etc. Estos materiales están compuestos de diferentes materiales (PET/PA/AL/CPP, etc.), y el coeficiente de fricción, la velocidad de tracción y la dureza entre cada capa varían considerablemente. Durante el corte, es fácil que se produzcan delaminación, ondulaciones o tensiones internas debido a tensiones desiguales, lo que afecta el procesamiento posterior y el rendimiento de uso.

◦ Nuevos requisitos del proceso: Es necesario evitar daños a las capas funcionales (como el pegamento óptico y la capa de barrera) por tensión térmica de corte.

3. Materiales adhesivos de alta adherencia:

◦ Desafíos: como diversas películas protectoras de alta viscosidad, cintas de doble cara, adhesivos ópticos OCA, etc. Durante el corte, la transferencia de adhesivo (cuchillas pegajosas) puede ocurrir fácilmente, contaminando los bordes y las cuchillas del material, lo que resulta en una mala calidad de corte o incluso la imposibilidad de producir de forma continua. El tiempo de inactividad por limpieza es prolongado e ineficiente.

◦ Nuevos requisitos del proceso: Es necesario resolver los problemas de antiadherencia y corte preciso a longitud fija.

4. Compuestos de fibra de alta resistencia:

◦ Desafíos: como la fibra de carbono, el preimpregnado de fibra de vidrio, el papel de aramida, etc. El material tiene alta dureza y resistencia al desgaste, y el desgaste de la cuchilla es extremadamente severo. Al mismo tiempo, el control de las virutas de fibra y el polvo es clave, ya que de lo contrario, afectará la limpieza y el rendimiento del producto.

◦ Nuevos requisitos de proceso: requieren que los equipos de corte tengan una rigidez y resistencia al desgaste extremadamente altas, así como un sistema de eliminación de polvo eficiente.

5. Requisitos de integración de procesos:

◦ Desafío: El nuevo proceso busca una alta eficiencia y consistencia, con el objetivo de integrar fluidamente el corte con la inspección en línea, el bobinado, el empaquetado y otros procesos para formar una línea de producción inteligente. Esto plantea mayores requisitos para la automatización, la informatización y el control colaborativo de la máquina cortadora.

2. Innovación sistemática en la tecnología de las máquinas cortadoras

Para enfrentar los desafíos anteriores, la tecnología moderna de máquinas cortadoras está experimentando innovaciones integrales, que se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:

1. Sistema de control de tensión de ultraalta precisión:

◦ Innovación: Adopta un servomotor completo para reemplazar el embrague de polvo magnético tradicional. La retroalimentación en tiempo real del cambio de diámetro de la bobina se realiza mediante un codificador de alta resolución y utiliza algoritmos adaptativos (como el control PID difuso) para lograr un control completo de la conicidad de la tensión durante todo el proceso, desde el desenrollado y la tracción hasta el rebobinado. La precisión del control de tensión puede alcanzar ±0,5 % o incluso más, lo que garantiza la estabilidad de materiales ultrafinos durante el corte a alta velocidad.

2. Tecnología de cuchillas inteligentes y soluciones de corte:

◦ Innovación:

▪ Material de la herramienta: Recubrimiento ultraduro (por ejemplo, diamante DLC, nitruro de titanio TiN), inserto de cerámica o inserto de diamante policristalino (PCD) para manejar el corte de materiales compuestos y de alto desgaste, lo que extiende en gran medida la vida útil de la herramienta.

▪ Diseño de cuchillas: Desarrollar cuchillas especiales para diferentes materiales, como cuchillas con revestimiento antiadherente para materiales adhesivos, cuchillas redondas con ángulos de baja fricción.

▪ Modo de manejo: El control del eje de corte servo se ha convertido en estándar, lo que puede lograr un "corte volante" (corte sincronizado de la herramienta durante la operación del material), un control preciso de la profundidad de mordida y supresión de vibraciones para garantizar cortes suaves y sin rebabas.

▪ Cuchilla con soporte de aire (cuchilla con colchón de aire): se utiliza para cortar materiales extremadamente sensibles, a través de la película de aire para hacer que el material y la cuchilla "corten" sin contacto, evitando por completo rayones y polvo.

3. Sistema inteligente de monitoreo de operación y condición:

◦ Innovación:

▪ Visión Artificial (AOI): Sistema integrado de detección de defectos de superficie en línea para monitorear rebabas, rayas, manchas, pliegues y otros defectos en el proceso de corte en tiempo real, y puede marcar o vincular automáticamente el sistema de clasificación.

▪ Bobinado inteligente (IRC/IBC): Adopta un bobinado servo completo, con un algoritmo de curva de bobinado avanzado, calcula y ajusta automáticamente la presión, el torque y la velocidad, controla perfectamente la dureza de la bobina y evita el núcleo colapsado, el patrón de crisantemo y otros inconvenientes.

▪ Mantenimiento predictivo: los sensores monitorean parámetros como el desgaste de las cuchillas, la vibración de los cojinetes y la carga del motor, y utilizan el análisis de big data para predecir el momento de la falla, brindar una alerta temprana y reducir el tiempo de inactividad no planificado.

4. Diseño modular y especializado:

◦ Innovación: Las máquinas cortadoras ya no son equipos de uso general, sino que tienen un diseño especializado y modular basado en las características del material. Por ejemplo:

▪ Máquina cortadora de polos de batería de litio: enfatiza la ausencia de polvo, libre de metal, a prueba de explosiones, equipada con un sistema de aspiración de alta frecuencia y medidas antiestáticas.

▪ Máquina cortadora de película óptica: enfatiza el entorno de sala limpia, el control de tensión ultrabaja y el bobinado antiestático.

▪ Máquina cortadora de cinta: equipada con rodillos guías especiales antiadherentes, rodillos de silicona y sistemas de cuchilla fría.

3. Ampliación de los campos de aplicación

Las innovaciones tecnológicas están impulsando directamente los límites de las aplicaciones de las máquinas de corte:

1. Campo de las nuevas energías: Este es el punto de mayor crecimiento en la actualidad. El corte longitudinal de los electrodos de las baterías de litio (ánodo/cátodo) es fundamental en la fabricación, y la precisión, limpieza y fiabilidad de la máquina de corte longitudinal son las más altas. Además, las membranas de intercambio de protones para pilas de combustible de hidrógeno, las membranas de lámina posterior fotovoltaica, etc., también requieren equipos de corte longitudinal de alto rendimiento.

2. Campos de visualización y electrónica flexible: los sustratos de pantalla flexible OLED (película PI), sensores de pantalla táctil (película ITO), películas conductoras transparentes, etc., requieren corte en un entorno libre de polvo de nivel 100/1000 para garantizar que no haya polvo, rayones ni daños estáticos.

3. Campos de embalaje de alta gama: embalaje de alimentos de alta barrera, embalaje farmacéutico, embalaje de protección antiestática para productos electrónicos, etc., necesitan cortar películas compuestas multicapa sin comprometer su integridad estructural.

4. Nuevo campo de materiales semiconductores: corte de precisión de materiales auxiliares para semiconductores, como películas de pulido de obleas, cintas de corte (cintas de corte de obleas), almohadillas de pulido CMP, etc.

5. Campos de materiales de vanguardia: La preparación y el procesamiento de materiales emergentes, como películas de nanotubos de carbono, películas de grafeno y materiales de aerogel, también han comenzado a requerir soluciones de corte de precisión personalizadas.

Conclusiones y perspectivas

Los nuevos materiales y procesos representan desafíos y factores clave para la evolución de la tecnología de las máquinas de corte. La máquina de corte del futuro ya no será un producto mecánico único, sino un sistema altamente inteligente que integra maquinaria de precisión, control inteligente, tecnología de detección, big data e inteligencia artificial.

Sus tendencias de desarrollo se centrarán en:

• Extremo: desafío para velocidades más altas, anchos más estrechos y mayor precisión.

• Inteligente: Realizar la autopercepción, la autotoma de decisiones, la autoejecución y la producción inteligente “no tripulada” adaptativa.

• Integración: Profundamente integrado con los procesos ascendentes y descendentes, convirtiéndose en un nodo digital indispensable para las fábricas inteligentes.

Solo la innovación tecnológica continua puede satisfacer las crecientes demandas del procesamiento de materiales y, por lo tanto, impulsar el vigoroso desarrollo de industrias estratégicas emergentes. La innovación en la tecnología de las máquinas de corte longitudinal es un microcosmos profundo de la transición de China de una "potencia manufacturera" a una "potencia manufacturera inteligente".