Innovation technologique et expansion des applications des machines de refendage face aux défis des nouveaux matériaux et des nouveaux procédés

Équipements clés du traitement des matériaux, les machines de refendage sont largement utilisées dans les processus de fabrication des films, feuilles, papier, composites fibreux, électrodes de batterie et autres industries. Leur mission principale est de découper la large bobine maîtresse en plusieurs bobines étroites à grande vitesse et avec une grande précision, afin de garantir la qualité du refendage. Avec le développement rapide d'industries émergentes stratégiques telles que les nouvelles énergies, l'électronique et les écrans flexibles, les exigences en matière de performance des matériaux deviennent de plus en plus strictes. L'émergence de nouveaux matériaux et procédés pose un défi sans précédent aux technologies de refendage traditionnelles, stimulant ainsi une innovation profonde et un large développement des applications de ces technologies.

1. Les principaux défis posés par les nouveaux matériaux et procédés

Les techniques de découpe traditionnelles ciblent principalement les matériaux homogènes tels que le papier et le film plastique ordinaire, mais l’émergence de nouveaux matériaux a révolutionné la donne.

1. Matériaux extrêmement fins et très cassants :

◦ Défis : Par exemple, les feuilles de cuivre et d'aluminium pour batteries au lithium sont fines, de 4 à 6 µm, voire moins. Ce type de matériau est extrêmement fin, facile à étirer, à froisser et à casser, et exige une précision et une stabilité de contrôle de tension extrêmement élevées. De faibles fluctuations peuvent entraîner des ruptures de bandes ou des plis.

◦ Nouvelles exigences de processus : la découpe après le revêtement de l'électrode doit être exempte de bavures et de poussière, sinon elle provoquera un court-circuit à l'intérieur de la batterie.

2. Films multicouches laminés et fonctionnalisés :

◦ Défis : films optiques multicouches pour écrans OLED, films d'emballage haute barrière, etc. Ces matériaux sont composés de différents matériaux (PET/PA/AL/CPP, etc.), et le coefficient de frottement, la résistance à la traction et la dureté entre chaque couche varient considérablement. Lors de la découpe, il est facile de provoquer un délaminage, un sertissage ou des contraintes internes dues à une contrainte inégale, ce qui affecte les performances de traitement et d'utilisation ultérieures.

◦ Nouvelles exigences de processus : Il est nécessaire d'éviter d'endommager les couches fonctionnelles (telles que la colle optique et la couche barrière) en raison des contraintes thermiques de refendage.

3. Matériaux adhésifs à haute adhérence :

◦ Défis : films protecteurs à haute viscosité, rubans adhésifs double face, adhésifs optiques OCA, etc. Lors de la découpe, un transfert d'adhésif (couteaux collants) peut facilement se produire, contaminant les bords et les lames du matériau, entraînant une mauvaise qualité de découpe, voire une incapacité à produire en continu. Les temps d'arrêt pour nettoyage sont longs et inefficaces.

◦ Nouvelles exigences de processus : Il est nécessaire de résoudre les problèmes d'anti-adhérence et de coupe précise à longueur fixe.

4. Composites en fibres à haute résistance :

◦ Défis : fibre de carbone, préimprégné de fibre de verre, papier aramide, etc. Ce matériau présente une dureté et une résistance à l'usure élevées, et l'usure de la lame est extrêmement importante. Parallèlement, le contrôle des copeaux de fibre et de la poussière est essentiel, car ils peuvent affecter la propreté et les performances du produit.

◦ Nouvelles exigences de processus : les équipements de refendage doivent présenter une rigidité et une résistance à l'usure extrêmement élevées, ainsi qu'un système d'élimination des poussières efficace.

5. Exigences d’intégration des processus :

◦ Défi : Le nouveau procédé vise une efficacité et une cohérence élevées, en associant harmonieusement la découpe à l'inspection en ligne, au bobinage, à l'emballage et à d'autres processus pour former une ligne de production intelligente. Cela impose des exigences plus élevées en matière d'automatisation, d'informatisation et de contrôle collaboratif de la machine de découpe.

2. Innovation systématique de la technologie des machines de refendage

Afin de répondre aux défis ci-dessus, la technologie moderne des machines de refendage connaît des innovations complètes, principalement reflétées dans les aspects suivants :

1. Système de contrôle de tension de très haute précision :

◦ Innovation : Adoptez un entraînement entièrement servomoteur pour remplacer l'embrayage à poudre magnétique traditionnel. Le retour d'information en temps réel sur le diamètre de la bobine est assuré par un codeur haute résolution et des algorithmes adaptatifs (tels que le contrôle PID flou) permettent de contrôler la tension de la bobine tout au long du processus, du déroulement à la traction et au rembobinage. La précision du contrôle de tension peut atteindre ± 0,5 %, voire plus, garantissant la stabilité des matériaux ultra-minces lors du refendage à grande vitesse.

2. Technologie de lame intelligente et solutions de coupe :

◦ Innovation :

▪ Matériau de l'outil : Revêtement ultra-dur (par exemple, diamant DLC, nitrure de titane TiN), insert en céramique ou insert en diamant polycristallin (PCD) pour gérer les composites de coupe et les matériaux à forte usure, prolongeant considérablement la durée de vie de l'outil.

▪ Conception de couteaux : Développer des lames spéciales pour différents matériaux, telles que des lames à revêtement antiadhésif pour les matériaux adhésifs, des couteaux ronds à faibles angles de frottement.

▪ Mode d'entraînement : le contrôle de l'axe de coupe servo est devenu standard, ce qui permet d'obtenir un « cisaillement volant » (coupe synchronisée de l'outil pendant le fonctionnement du matériau), un contrôle précis de la profondeur de morsure et une suppression des vibrations pour garantir des coupes lisses et sans bavures.

▪ Couteau à support d'air (couteau à coussin d'air) : utilisé pour fendre des matériaux extrêmement sensibles, à travers le film d'air pour rendre le matériau et la lame sans contact "fendage", évitant complètement les rayures et la poussière.

3. Système intelligent de surveillance des opérations et des conditions :

◦ Innovation :

▪ Vision industrielle (AOI) : Système intégré de détection des défauts de surface en ligne pour surveiller les bavures, les stries, les taches, les plis et autres défauts dans le processus de refendage en temps réel, et peut automatiquement marquer ou lier le système de tri.

▪ Enroulement intelligent (IRC/IBC) : adopte un enroulement servo complet, avec un algorithme de courbe d'enroulement avancé, calcule et ajuste automatiquement la pression, le couple et la vitesse, contrôle parfaitement la dureté de la bobine et évite le noyau effondré, le motif de chrysanthème et d'autres inconvénients.

▪ Maintenance prédictive : les capteurs surveillent des paramètres tels que l'usure des lames, les vibrations des roulements et la charge du moteur, et utilisent l'analyse des mégadonnées pour prédire le moment de la défaillance, fournir un avertissement précoce et réduire les temps d'arrêt imprévus.

4. Conception modulaire et spécialisée :

◦ Innovation : Les machines de refendage ne sont plus des équipements polyvalents, mais des machines spécialisées et modulaires conçues en fonction des caractéristiques des matériaux. Par exemple :

▪ Machine de refendage de pôles de batterie au lithium : met l'accent sur l'absence de poussière, l'absence de métal, l'antidéflagrant, équipée d'un système d'aspiration haute fréquence et de mesures antistatiques.

▪ Machine de découpe de film optique : met l'accent sur l'environnement de salle blanche, le contrôle de tension ultra-faible et l'enroulement antistatique.

▪ Machine de refendage de bande : équipée de rouleaux de guidage antiadhésifs spéciaux, de rouleaux en silicone et de systèmes de couteaux à froid.

3. Élargissement des domaines d'application

Les innovations technologiques repoussent directement les limites des applications des machines de refendage :

1. Nouveau secteur énergétique : Il s'agit du principal axe de croissance actuel. La découpe des électrodes des batteries au lithium (anode/cathode) est au cœur de la fabrication, et la précision, la propreté et la fiabilité de la machine de découpe sont optimales. De plus, les membranes échangeuses de protons des piles à combustible à hydrogène et les membranes de fond des panneaux photovoltaïques, etc., nécessitent également des équipements de découpe haute performance.

2. Électronique flexible et champs d'affichage : les substrats d'affichage flexibles OLED (film PI), les capteurs d'écran tactile (film ITO), les films conducteurs transparents, etc., nécessitent une découpe dans un environnement sans poussière de niveau 100/1000 pour garantir l'absence de poussière, de rayures et de dommages statiques.

3. Les domaines d'emballage haut de gamme : emballages alimentaires à haute barrière, emballages pharmaceutiques, emballages de protection antistatique pour produits électroniques, etc., nécessitent de découper des films composites multicouches sans compromettre leur intégrité structurelle.

4. Nouveau domaine des matériaux semi-conducteurs : découpe de précision de matériaux auxiliaires semi-conducteurs tels que film de meulage de plaquettes, bande de découpage en dés (ruban de découpe de plaquettes), tampons de polissage CMP, etc.

5. Domaines de matériaux de pointe : La préparation et le traitement de matériaux émergents tels que les films de nanotubes de carbone, les films de graphène et les matériaux d'aérogel ont également commencé à nécessiter des solutions de découpe de précision personnalisées.

Conclusions et perspectives

Les nouveaux matériaux et procédés constituent à la fois des défis et des moteurs essentiels de l'évolution technologique des machines de refendage. La machine de refendage du futur ne sera plus un simple produit mécanique, mais un système hautement intelligent intégrant machines de précision, contrôle intelligent, technologie de détection, big data et intelligence artificielle.

Ses orientations de développement porteront sur :

• Extrême : Défi pour des vitesses plus élevées, des largeurs plus étroites et une plus grande précision.

• Intelligent : réaliser l'auto-perception, l'auto-prise de décision, l'auto-exécution et la production intelligente adaptative « sans pilote ».

• Intégration : Profondément intégré aux processus en amont et en aval, devenant un nœud numérique indispensable pour les usines intelligentes.

Seule une innovation technologique continue peut répondre aux besoins croissants en matière de transformation des matériaux et ainsi soutenir le développement dynamique des industries émergentes stratégiques. L'innovation technologique des machines de refendage est un microcosme microscopique et profond de la transition de la Chine, d'une « puissance manufacturière » à une « puissance manufacturière intelligente ».