นวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการขยายการใช้งานเครื่องตัดภายใต้ความท้าทายของวัสดุใหม่และกระบวนการใหม่

ในฐานะอุปกรณ์หลักในสาขาการแปรรูปวัสดุ เครื่องตัดโลหะจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในกระบวนการเบื้องหลังของฟิล์ม ฟอยล์ กระดาษ คอมโพสิตเส้นใย อิเล็กโทรดแบตเตอรี่ และอุตสาหกรรมอื่นๆ ภารกิจหลักของบริษัทคือการหั่นขดลวดหลักขนาดกว้างให้เป็นขดลวดขนาดเล็กแคบๆ หลายม้วน ภายใต้ความเร็วสูงและความแม่นยำสูง และเพื่อรับประกันคุณภาพของการตัดโลหะ ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมเกิดใหม่เชิงกลยุทธ์ เช่น พลังงานใหม่ ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ และจอแสดงผลแบบยืดหยุ่น ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของวัสดุจึงเข้มงวดยิ่งขึ้น การเกิดขึ้นของวัสดุและกระบวนการใหม่ๆ ถือเป็นความท้าทายที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับเทคโนโลยีการตัดโลหะแบบดั้งเดิม และยังผลักดันให้เกิดนวัตกรรมที่ล้ำสมัยและการขยายขอบเขตการใช้งานเทคโนโลยีเครื่องตัดโลหะอย่างกว้างขวาง

1. ความท้าทายหลักที่เกิดจากวัสดุและกระบวนการใหม่

เทคนิคการผ่าแบบดั้งเดิมนั้นมุ่งเน้นไปที่วัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกัน เช่น กระดาษและฟิล์มพลาสติกธรรมดา แต่การเกิดขึ้นของวัสดุใหม่ๆ ได้ปฏิวัติวงการนี้ไป

1. วัสดุที่มีความบางและเปราะบางสูง:

◦ ความท้าทาย: ยกตัวอย่างเช่น แผ่นฟอยล์ทองแดงและอะลูมิเนียมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมมีความบางเพียง 4-6 ไมโครเมตร หรือบางกว่านั้น วัสดุประเภทนี้มีความบางมาก ยืดง่าย ยับง่าย แตกหักง่าย และต้องการความแม่นยำและเสถียรภาพในการควบคุมแรงดึงที่สูงมาก หากเกิดความผันผวนเพียงเล็กน้อย อาจทำให้แถบขาดหรือพับงอได้

◦ ข้อกำหนดกระบวนการใหม่: การตัดหลังจากเคลือบอิเล็กโทรดจะต้องไม่มีเสี้ยนและฝุ่นละออง มิฉะนั้น จะทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายในแบตเตอรี่

2. ฟิล์มเคลือบหลายชั้นและมีฟังก์ชัน:

◦ ความท้าทาย: เช่น ฟิล์มออปติคอลหลายชั้นในหน้าจอ OLED ฟิล์มบรรจุภัณฑ์ที่มีความสามารถในการกั้นสูง ฯลฯ วัสดุเหล่านี้ประกอบด้วยวัสดุที่แตกต่างกัน (PET/PA/AL/CPP เป็นต้น) และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน อัตราการดึง และความแข็งระหว่างแต่ละชั้นจะแตกต่างกันอย่างมาก ในระหว่างการกรีด มักเกิดการแยกชั้น การย่น หรือความเค้นภายในเนื่องจากความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการประมวลผลและการใช้งานในภายหลัง

◦ ข้อกำหนดกระบวนการใหม่: จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อชั้นฟังก์ชัน (เช่น กาวออปติคอลและชั้นกั้น) โดยการตัดความเครียดจากความร้อน

3. วัสดุยึดติดที่มีแรงยึดเกาะสูง:

◦ ความท้าทาย: เช่น ฟิล์มป้องกันความหนืดสูงชนิดต่างๆ เทปกาวสองหน้า กาว OCA ออปติก ฯลฯ ในระหว่างการกรีด การถ่ายโอนกาว (มีดเหนียว) อาจเกิดขึ้นได้ง่าย ทำให้ขอบและใบมีดของวัสดุปนเปื้อน ส่งผลให้คุณภาพการตัดต่ำลง หรืออาจไม่สามารถผลิตได้อย่างต่อเนื่อง การทำความสะอาดต้องใช้เวลานานและไม่มีประสิทธิภาพ

◦ ข้อกำหนดกระบวนการใหม่: จำเป็นต้องแก้ไขปัญหาการยึดเกาะและการตัดที่แม่นยำตามความยาวคงที่

4. คอมโพสิตไฟเบอร์ที่มีความแข็งแรงสูง:

◦ ความท้าทาย: เช่น คาร์บอนไฟเบอร์ ไฟเบอร์กลาสพรีเพร็ก กระดาษอะรามิด ฯลฯ วัสดุนี้มีความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูง และการสึกหรอของใบมีดก็รุนแรงมาก ขณะเดียวกัน การควบคุมเศษใยและฝุ่นละอองก็เป็นสิ่งสำคัญ มิฉะนั้นจะส่งผลต่อความสะอาดและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์

◦ ข้อกำหนดกระบวนการใหม่: กำหนดให้อุปกรณ์ตัดต้องมีความแข็งแกร่งและทนต่อการสึกหรอสูงมาก รวมถึงมีระบบกำจัดฝุ่นที่มีประสิทธิภาพ

5. ข้อกำหนดการบูรณาการกระบวนการ:

◦ ความท้าทาย: กระบวนการใหม่นี้มุ่งเน้นที่ประสิทธิภาพสูงและความสม่ำเสมอสูง โดยหวังว่าจะเชื่อมโยงกระบวนการตัดเข้ากับกระบวนการตรวจสอบ การม้วน การบรรจุ และกระบวนการอื่นๆ ได้อย่างราบรื่นเพื่อสร้างสายการผลิตอัจฉริยะ สิ่งนี้ทำให้มีความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับระบบอัตโนมัติ การนำข้อมูลมาใช้ และความสามารถในการควบคุมร่วมกันของเครื่องตัด

2. นวัตกรรมระบบของเทคโนโลยีเครื่องตัด

เพื่อรับมือกับความท้าทายดังกล่าว เทคโนโลยีเครื่องตัดสมัยใหม่จึงได้มีการพัฒนานวัตกรรมใหม่ ๆ อย่างครอบคลุม ซึ่งสะท้อนให้เห็นเป็นหลักในด้านต่าง ๆ ต่อไปนี้:

1. ระบบควบคุมแรงตึงที่มีความแม่นยำสูงพิเศษ:

◦ นวัตกรรม: ใช้มอเตอร์เซอร์โวขับเคลื่อนเต็มรูปแบบแทนคลัตช์ผงแม่เหล็กแบบเดิม ป้อนกลับแบบเรียลไทม์ของการเปลี่ยนแปลงเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดผ่านตัวเข้ารหัสความละเอียดสูง และใช้อัลกอริทึมแบบปรับได้ (เช่น การควบคุมแบบฟัซซี PID) เพื่อควบคุมความตึงแบบเรียวตลอดกระบวนการ ตั้งแต่การคลาย การดึง ไปจนถึงการกรอ ความแม่นยำในการควบคุมความตึงสูงถึง ±0.5% หรือสูงกว่า ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของวัสดุบางเฉียบภายใต้การตัดด้วยความเร็วสูง

2. เทคโนโลยีใบมีดอัจฉริยะและโซลูชันการตัด:

◦ นวัตกรรม:

▪ วัสดุเครื่องมือ: การเคลือบแบบแข็งพิเศษ (เช่น เพชร DLC, ไททาเนียมไนไตรด์ TiN), เซรามิกแทรก หรือเพชรโพลีคริสตัลไลน์ (PCD) แทรก เพื่อรองรับวัสดุผสมสำหรับการตัดและวัสดุที่มีการสึกหรอสูง ช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือได้อย่างมาก

▪ การออกแบบมีด: พัฒนาใบมีดพิเศษสำหรับวัสดุต่าง ๆ เช่น ใบมีดเคลือบสารกันติดสำหรับวัสดุที่มีกาว มีดกลมที่มีมุมเสียดทานต่ำ

▪ โหมดขับเคลื่อน: การควบคุมแกนเครื่องตัดเซอร์โวได้กลายเป็นมาตรฐาน ซึ่งสามารถทำ "การตัดแบบบิน" (การตัดเครื่องมือแบบซิงโครไนซ์ระหว่างการทำงานของวัสดุ) ควบคุมความลึกของการกัดที่แม่นยำ และระงับการสั่นสะเทือนเพื่อให้แน่ใจว่าจะตัดได้ราบรื่นและไม่มีเสี้ยน

▪ มีดรองรับลม (มีดเบาะลม): ใช้สำหรับกรีดวัสดุที่มีความละเอียดอ่อนเป็นอย่างมาก โดยผ่านฟิล์มลมเพื่อให้วัสดุและใบมีด "กรีด" แบบไม่สัมผัส หลีกเลี่ยงรอยขีดข่วนและฝุ่นละอองได้อย่างสมบูรณ์

3. ระบบการทำงานอัจฉริยะและการตรวจสอบสภาพ:

◦ นวัตกรรม:

▪ ระบบวิสัยทัศน์ของเครื่องจักร (AOI): ระบบตรวจจับข้อบกพร่องบนพื้นผิวแบบออนไลน์แบบบูรณาการเพื่อตรวจสอบเสี้ยน รอยเส้น รอยเปื้อน รอยพับ และข้อบกพร่องอื่นๆ ในกระบวนการตัดแบบเรียลไทม์ และสามารถทำเครื่องหมายหรือเชื่อมโยงระบบการเรียงลำดับโดยอัตโนมัติ

▪ การพันแบบอัจฉริยะ (IRC/IBC): ใช้การพันแบบเซอร์โวเต็มรูปแบบ พร้อมด้วยอัลกอริทึมการพันแบบเส้นโค้งขั้นสูง คำนวณและปรับความดัน แรงบิด และความเร็วโดยอัตโนมัติ ควบคุมความแข็งของคอยล์ได้อย่างสมบูรณ์แบบ และหลีกเลี่ยงแกนที่ยุบตัว ลวดลายดอกเบญจมาศ และข้อเสียอื่นๆ

▪ การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์: เซ็นเซอร์ตรวจสอบพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น การสึกหรอของใบมีด การสั่นสะเทือนของตลับลูกปืน และภาระของมอเตอร์ และใช้การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่เพื่อคาดการณ์เวลาที่เกิดความล้มเหลว ให้คำเตือนล่วงหน้า และลดเวลาหยุดทำงานที่ไม่ได้วางแผนไว้

4. การออกแบบแบบโมดูลาร์และเฉพาะทาง:

◦ นวัตกรรม: เครื่องตัดไม่ใช่อุปกรณ์อเนกประสงค์อีกต่อไป แต่ได้รับการออกแบบเฉพาะทางและแยกส่วนตามคุณลักษณะของวัสดุ ตัวอย่างเช่น

▪ เครื่องตัดเสาแบตเตอรี่ลิเธียม: เน้นการป้องกันฝุ่น การป้องกันโลหะ ป้องกันการระเบิด พร้อมด้วยระบบดูดความถี่สูงและระบบป้องกันไฟฟ้าสถิต

▪ เครื่องตัดฟิล์มออปติคอล: เน้นสภาพแวดล้อมห้องสะอาด การควบคุมแรงตึงต่ำพิเศษ และการพันป้องกันไฟฟ้าสถิต

▪ เครื่องตัดเทป: ติดตั้งด้วยลูกกลิ้งนำเทปป้องกันการติดแบบพิเศษ ลูกกลิ้งซิลิโคน และระบบมีดเย็น

3. การขยายขอบเขตการใช้งาน

นวัตกรรมทางเทคโนโลยีเป็นตัวขับเคลื่อนขอบเขตการใช้งานเครื่องตัดโดยตรง:

1. สาขาพลังงานใหม่: นี่คือจุดเติบโตที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน การตัดชิ้นอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียม (แอโนด/แคโทด) ถือเป็นหัวใจสำคัญของการผลิต และความแม่นยำ ความสะอาด และความน่าเชื่อถือของเครื่องตัดก็อยู่ในระดับสูงสุด นอกจากนี้ เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน เมมเบรนแผ่นหลังแผงโซลาร์เซลล์ ฯลฯ ยังต้องการอุปกรณ์ตัดประสิทธิภาพสูงอีกด้วย

2. สาขาอิเล็กทรอนิกส์และจอแสดงผลแบบยืดหยุ่น: แผ่นรองรับจอแสดงผลแบบยืดหยุ่น OLED (ฟิล์ม PI) เซ็นเซอร์หน้าจอสัมผัส (ฟิล์ม ITO) ฟิล์มนำไฟฟ้าใส ฯลฯ จำเป็นต้องมีการตัดในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากฝุ่นในระดับ 100/1,000 เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีฝุ่น ไม่มีรอยขีดข่วน และไม่มีความเสียหายจากไฟฟ้าสถิต

3. สาขาบรรจุภัณฑ์ระดับไฮเอนด์: บรรจุภัณฑ์อาหารที่มีการป้องกันสูง บรรจุภัณฑ์ยา บรรจุภัณฑ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ จำเป็นต้องตัดฟิล์มคอมโพสิตหลายชั้นโดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

4. สาขาวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ใหม่: การตัดอย่างแม่นยำของวัสดุเสริมเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ฟิล์มเจียรเวเฟอร์ เทปตัดเวเฟอร์ แผ่นขัด CMP เป็นต้น

5. สาขาวัสดุที่ล้ำสมัย: การเตรียมและการประมวลผลวัสดุใหม่ เช่น ฟิล์มคาร์บอนนาโนทิวบ์ ฟิล์มกราฟีน และวัสดุเอโรเจล เริ่มต้องใช้โซลูชันการตัดที่แม่นยำแบบปรับแต่งตามความต้องการ

บทสรุปและแนวโน้ม

วัสดุและกระบวนการใหม่ๆ ถือเป็นทั้งความท้าทายและปัจจัยขับเคลื่อนหลักของวิวัฒนาการทางเทคโนโลยีเครื่องตัด เครื่องตัดในอนาคตจะไม่ใช่แค่ผลิตภัณฑ์เชิงกลเพียงอย่างเดียวอีกต่อไป แต่จะเป็นระบบอัจฉริยะขั้นสูงที่ผสานรวมเครื่องจักรความแม่นยำ ระบบควบคุมอัจฉริยะ เทคโนโลยีการตรวจจับ บิ๊กดาต้า และปัญญาประดิษฐ์

แนวโน้มการพัฒนาจะมุ่งเน้นไปที่:

• สุดขีด: ความท้าทายสำหรับความเร็วที่สูงขึ้น ความกว้างที่แคบลง และความแม่นยำที่สูงขึ้น

• อัจฉริยะ: ตระหนักถึงการรับรู้ตนเอง การตัดสินใจตนเอง การดำเนินการตนเอง และการผลิตอัจฉริยะแบบ "ไร้คนขับ" ที่ปรับตัวได้

• การบูรณาการ: บูรณาการอย่างลึกซึ้งกับกระบวนการต้นน้ำและปลายน้ำ กลายเป็นโหนดดิจิทัลที่ขาดไม่ได้สำหรับโรงงานอัจฉริยะ

มีเพียงนวัตกรรมทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องเท่านั้นที่จะสามารถตอบสนองความต้องการด้านการแปรรูปวัสดุที่เพิ่มสูงขึ้น และสนับสนุนการพัฒนาอุตสาหกรรมเกิดใหม่เชิงยุทธศาสตร์อย่างเข้มแข็ง นวัตกรรมเทคโนโลยีเครื่องตัดกระดาษถือเป็นภาพสะท้อนอันลึกซึ้งและเล็กจิ๋วของการเปลี่ยนผ่านของจีนจาก "พลังการผลิต" ไปสู่ ​​"พลังการผลิตอัจฉริยะ"