Compatibilité multi-matériaux, une seule machine à faire : sur l'intégration du système et l'application innovante de la machine de refendage composite

Dans le secteur de la fabrication haut de gamme, les matériaux composites jouent un rôle de plus en plus important, de l'aérospatiale et de la production d'énergie éolienne aux véhicules à énergies nouvelles et aux équipements sportifs. Leurs applications sont omniprésentes. Cependant, la diversité des matériaux composites (fibres de carbone, fibres de verre, aramides, préimprégnés, âmes en nid d'abeille, etc.) pose également des défis importants pour la transformation finale. Les équipements de refendage traditionnels sont souvent des machines spéciales, peu flexibles et peu performantes, ce qui constitue un obstacle à l'efficacité de la production et à la maîtrise des coûts.

Par conséquent, la machine de refendage intelligente pour matériaux composites, compatible avec plusieurs matériaux et réalisable sur une seule machine, n'est plus une simple exigence de processus, mais une tendance incontournable du développement industriel. Son objectif principal est de transformer une machine en une unité de traitement intelligente, flexible et numérique, grâce à un haut degré d'intégration des systèmes et à des applications innovantes continues.

Premièrement, les défis techniques compatibles multi-matériaux et les méthodes d'intégration de systèmes

Réaliser une « machine unique » n’est pas une tâche facile, derrière laquelle se cache le dépassement et l’intégration systématiques d’une série de défis techniques clés.

1. Intégration du contrôle de précision de la tension :

◦ Défi : Les propriétés physiques des différents matériaux varient considérablement. La fibre de carbone est cassante et une tension excessive peut entraîner des ruptures de fils et un peluchage ; l’aramide présente une ténacité élevée, mais rebondit facilement, et un mauvais contrôle de la tension affecte la qualité du rembobinage ; le préimprégné présente une viscosité élevée et nécessite un déroulement constant à basse tension.

◦ Solution intégrée : Système de contrôle de tension en boucle fermée avec « contrôle vectoriel multimoteur + capteur de tension haute précision + algorithme intelligent ». Grâce à l'intégration d'un automate programmable ou d'un contrôleur dédié, les données de tension de chaque maillon de déroulement, de traction et de rembobinage sont collectées en temps réel, et le couple et la vitesse de chaque servomoteur sont ajustés dynamiquement pour un contrôle haute précision et adaptatif de différentes tensions, du gramme au kilogramme.

2. Intégration des outils et procédés de coupe :

◦ Défi : La découpe de fibre de carbone nécessite des lames revêtues de diamant avec une dureté et une résistance à l'usure élevées ; La technologie de découpe par ultrasons est utilisée pour couper l'aramide afin d'éviter l'étirage des fibres ; Le traitement des substrats de films plastiques peut nécessiter une découpe laser de haute précision ou une découpe au couteau circulaire.

◦ Solution intégrée : Conception d'un système de tête de découpe modulaire à changement rapide. L'équipement est équipé d'interfaces standard (mécaniques, électriques et pneumatiques) permettant de remplacer rapidement les modules de découpe par ultrasons, les modules de découpe circulaire, les modules laser, etc., selon la tâche à traiter. Le système CNC intègre également des paramètres de processus de découpe pour différents matériaux (vitesse, angle et pression de l'outil) pour une commutation et une adaptation des paramètres en un clic.

3. Intégration des systèmes de dépoussiérage et de nettoyage :

◦ Défi : Le processus de refendage composite génère une grande quantité de poussière nocive (comme la poussière de fibre de carbone, qui est conductrice d'électricité, ce qui est nocif pour l'homme), et certains matériaux, comme le préimprégné, ont des exigences de propreté extrêmement élevées.

◦ Concept intégré : système de dépoussiérage efficace, composant central de l'appareil et non accessoire. La filtration multi-étages (par exemple, séparation cyclonique + filtration HEPA haute efficacité) et l'adsorption par pression négative permettent de collecter la poussière directement au point de production (près de la tête de l'outil) afin de garantir un environnement de travail propre et de protéger les pièces fragiles de l'équipement.

4. Intégration des systèmes de vision et d’inspection :

◦ Défi : La détection en ligne en temps réel des défauts courants dans le processus de refendage, tels que les bavures, les fils sautés et les textures biaisées, est essentielle pour garantir une production de haute qualité et réduire les déchets.

◦ Solution intégrée : Intègre des caméras linéaires haute résolution et des algorithmes de vision industrielle pour réaliser une inspection complète des matériaux immédiatement après la découpe. Dès qu'un défaut est détecté, le système peut déclencher une alarme, enregistrer sa localisation et même arrêter automatiquement la machine en temps réel, passant ainsi d'une « post-inspection » à un « contrôle en cours de fabrication ».

Deuxièmement, des applications innovantes : des équipements autonomes aux nœuds de production intelligents

L'intégration du système confère à l'appareil un corps « compatible multi-matériaux », tandis que des applications innovantes lui injectent une âme « intelligente ».

1. Jumeau numérique et débogage virtuel :

◦ Au stade de la conception de l'équipement, en construisant un modèle jumeau numérique, le processus de découpe de différents matériaux est simulé dans un environnement virtuel, et la rationalité de la structure de l'équipement, de la logique de contrôle et des paramètres du processus est vérifiée à l'avance, ce qui raccourcit considérablement le cycle de R&D et le temps de mise en service sur site.

2. Optimisation des processus d'IA et maintenance prédictive :

◦ Exploiter l'intelligence artificielle et les algorithmes d'apprentissage automatique pour analyser en profondeur les données de traitement historiques (type de matériau, température et humidité ambiantes, paramètres de l'équipement, qualité du produit fini). Le système recommande non seulement les paramètres de processus optimaux, mais prédit également la durée de vie des composants critiques (par exemple, broches, roulements, pales), prévient les opérations de maintenance avant toute panne et optimise l'utilisation et la productivité des équipements.

3. Collaboration IoT et Cloud :

◦ L'appareil est connecté au MES (Manufacturing Execution System) de l'usine ou à la plateforme cloud via l'Internet industriel des objets. Il permet la surveillance à distance, la distribution des programmes, la traçabilité des données et l'analyse des capacités. Les responsables peuvent consulter l'état de fonctionnement, les rapports d'efficacité et la consommation énergétique de n'importe quel équipement dans le monde en temps réel, sur leur téléphone portable ou leur ordinateur, afin d'optimiser les ressources de production à l'échelle mondiale.

4. Personnalisation personnalisée et production flexible :

◦ Le concept « une seule machine pour tout faire » répond parfaitement aux besoins de production flexibles des petites séries et des multiples variantes de l'industrie manufacturière moderne. Une commande client peut contenir plusieurs exigences de refendage de matériaux et de spécifications différents. La machine de refendage intelligente et hautement intégrée peut passer facilement d'une tâche de production à l'autre et s'adapter rapidement aux évolutions du marché en appelant différents programmes au sein d'un même lot.

conclusion

La machine de refendage pour matériaux composites est le fruit d'une intégration poussée de la conception mécanique moderne, des technologies d'automatisation, des technologies de l'information et de l'intelligence artificielle. Il ne s'agit plus d'une machine d'usinage isolée, mais d'une plateforme qui répond à la multifonctionnalité du matériel grâce à l'intégration des systèmes et réalise des unités de production intelligentes, auto-optimisées et interconnectées, pilotées par les données, grâce à des applications innovantes.

Ce changement améliore non seulement considérablement la précision, l'efficacité et la flexibilité du traitement des matériaux composites, tout en réduisant les coûts globaux, mais illustre également parfaitement la transformation et la modernisation intelligentes et axées sur les services du secteur de la fabrication d'équipements haut de gamme. À l'avenir, avec l'émergence constante de nouveaux matériaux et de nouveaux procédés, l'intégration des systèmes et l'application innovante des machines de refendage de matériaux composites continueront de s'approfondir, offrant ainsi une base d'équipements plus solide pour le « Made in China ».