الابتكار التكنولوجي وتوسيع نطاق تطبيق آلات التقطيع في ظل تحديات المواد الجديدة والعمليات الجديدة

باعتبارها المعدات الأساسية في مجال معالجة المواد، تُستخدم آلات التقطيع على نطاق واسع في العمليات النهائية للأفلام، والرقائق، والورق، والألياف المركبة، وأقطاب البطاريات، وغيرها من الصناعات. وتتمثل مهمتها الأساسية في تقطيع الملف الرئيسي العريض إلى عدة ملفات صغيرة ضيقة بسرعة ودقة عاليتين، لضمان جودة التقطيع. مع التطور السريع للصناعات الاستراتيجية الناشئة، مثل الطاقة الجديدة، والمعلومات الإلكترونية، والشاشات المرنة، أصبحت متطلبات أداء المواد أكثر صرامة، ويشكل ظهور سلسلة من المواد والعمليات الجديدة تحديًا غير مسبوق لتكنولوجيا التقطيع التقليدية، ويدفع أيضًا نحو الابتكار العميق والتوسع الواسع في تطبيقات تكنولوجيا آلات التقطيع.

1. التحديات الأساسية التي تفرضها المواد والعمليات الجديدة

تستهدف تقنيات التقطيع التقليدية في المقام الأول المواد المتجانسة مثل الورق والأغشية البلاستيكية العادية، إلا أن ظهور مواد جديدة أحدث ثورة في هذه اللعبة.

1. المواد شديدة الترقق والهشاشة:

◦ التحديات: على سبيل المثال، تتراوح سماكة رقائق النحاس والألومنيوم المستخدمة في بطاريات الليثيوم بين 4 و6 ميكرومتر، أو أقل. هذا النوع من المواد رقيق للغاية، وسهل التمدد والتجعد والكسر، ويتطلب دقة عالية جدًا في التحكم بالشد وثباتًا، وقد تؤدي التقلبات الطفيفة إلى كسر الأشرطة أو الطيات.

◦ متطلبات العملية الجديدة: يجب أن تكون عملية التقطيع بعد طلاء القطب خالية من النتوءات والغبار، وإلا فسوف تتسبب في حدوث ماس كهربائي داخل البطارية.

2. الأفلام متعددة الطبقات والمُصممة حسب الوظائف:

التحديات: مثل الأغشية البصرية متعددة الطبقات في شاشات OLED، وأغشية التغليف عالية الحاجز، وغيرها. تتكون هذه المواد من مواد مختلفة (PET/PA/AL/CPP، وغيرها)، ويختلف معامل الاحتكاك ومعدل الشد والصلابة بين كل طبقة اختلافًا كبيرًا. أثناء عملية القطع، من السهل حدوث انفصال الطبقات، أو التواء (تجعيد)، أو إجهاد داخلي بسبب الإجهاد غير المتساوي، مما يؤثر على المعالجة اللاحقة وأداء الاستخدام.

◦ متطلبات العملية الجديدة: من الضروري تجنب إتلاف الطبقات الوظيفية (مثل الغراء البصري وطبقة الحاجز) عن طريق قطع الإجهاد الحراري.

3. مواد لاصقة عالية الالتصاق:

◦ التحديات: مثل استخدام أنواع مختلفة من الأغشية الواقية عالية اللزوجة، والأشرطة اللاصقة ثنائية الجوانب، ومواد OCA اللاصقة البصرية، وغيرها. أثناء عملية التقطيع، قد يحدث انتقال للمادة اللاصقة (السكاكين اللاصقة) بسهولة، مما يؤدي إلى تلويث حواف وشفرات المادة، مما يؤدي إلى ضعف جودة التقطيع أو حتى عدم القدرة على الإنتاج بشكل مستمر. كما أن فترة توقف التنظيف طويلة وغير فعالة.

◦ متطلبات العملية الجديدة: من الضروري حل مشاكل عدم الالتصاق والقطع الدقيق إلى طول ثابت.

4. مركبات الألياف عالية القوة:

◦ التحديات: مثل ألياف الكربون، والألياف الزجاجية المُشبّعة مسبقًا، وورق الأراميد، وغيرها. تتميز هذه المواد بصلابة عالية ومقاومة عالية للتآكل، كما أن تآكل الشفرة شديد للغاية. في الوقت نفسه، يُعدّ التحكم في شظايا الألياف والغبار أمرًا بالغ الأهمية، وإلا سيؤثر ذلك على نظافة المنتج وأدائه.

◦ متطلبات العملية الجديدة: تتطلب أن تتمتع معدات التقطيع بصلابة عالية للغاية ومقاومة للتآكل، بالإضافة إلى نظام فعال لإزالة الغبار.

5. متطلبات تكامل العملية:

التحدي: تسعى العملية الجديدة إلى تحقيق كفاءة عالية واتساق عالٍ، بهدف ربط عملية التقطيع بسلاسة مع عمليات الفحص واللف والتغليف وغيرها عبر الإنترنت، لتشكيل خط إنتاج ذكي. وهذا يتطلب متطلبات أعلى فيما يتعلق بإمكانيات الأتمتة والمعلوماتية والتحكم التعاوني في آلة التقطيع.

2. الابتكار المنهجي لتكنولوجيا آلات التقطيع

من أجل مواجهة التحديات المذكورة أعلاه، تخضع تكنولوجيا آلة التقطيع الحديثة لابتكارات شاملة، تنعكس بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

1. نظام التحكم في التوتر عالي الدقة:

الابتكار: اعتماد نظام دفع كامل بمحرك سيرفو ليحل محل قابض المسحوق المغناطيسي التقليدي. يتم رصد تغيرات قطر الملف في الوقت الفعلي من خلال مُشفِّر عالي الدقة، واستخدام خوارزميات تكيفية (مثل التحكم الضبابي PID) لتحقيق تحكم كامل في شد اللفة، بدءًا من فك اللفة، مرورًا بالسحب، ووصولًا إلى إعادة اللف. تصل دقة التحكم في الشد إلى ±0.5% أو أعلى، مما يضمن استقرار المواد فائقة الرقة عند القطع عالي السرعة.

2. تقنية الشفرة الذكية وحلول القطع:

◦ الابتكار:

▪ مادة الأداة: طلاء شديد الصلابة (على سبيل المثال، DLC الماسي، أو نتريد التيتانيوم TiN)، أو حشوة سيراميكية، أو حشوة ماسية متعددة البلورات (PCD) للتعامل مع المواد المركبة المقطوعة والمواد عالية التآكل، مما يطيل عمر الأداة بشكل كبير.

▪ تصميم السكاكين: تطوير شفرات خاصة لمواد مختلفة، مثل الشفرات المطلية بطبقة مضادة للالتصاق للمواد اللاصقة، والسكاكين المستديرة ذات زوايا الاحتكاك المنخفضة.

▪ وضع القيادة: أصبح التحكم في محور القاطع المؤازر هو المعيار، والذي يمكنه تحقيق "القص الطائر" (القطع المتزامن للأداة أثناء تشغيل المواد)، والتحكم الدقيق في عمق العض وقمع الاهتزاز لضمان قطع سلسة وخالية من النتوءات.

▪ سكين دعم الهواء (سكين وسادة الهواء): يستخدم لتقطيع المواد الحساسة للغاية، من خلال فيلم الهواء لجعل المادة والشفرة غير متلامستين، وتجنب الخدوش والغبار تمامًا.

3. نظام التشغيل الذكي ومراقبة الحالة:

◦ الابتكار:

▪ الرؤية الآلية (AOI): نظام متكامل للكشف عن عيوب السطح عبر الإنترنت لمراقبة النتوءات والخطوط والبقع والثنيات والعيوب الأخرى في عملية التقطيع في الوقت الفعلي، ويمكنه وضع علامة على نظام الفرز أو ربطه تلقائيًا.

▪ اللف الذكي (IRC/IBC): يعتمد على لف المؤازرة الكامل، مع خوارزمية منحنى اللف المتقدمة، ويحسب ويضبط الضغط وعزم الدوران والسرعة تلقائيًا، ويتحكم بشكل مثالي في صلابة الملف، ويتجنب انهيار القلب ونمط الأقحوان وغيرها من العيوب.

▪ الصيانة التنبؤية: تقوم أجهزة الاستشعار بمراقبة المعلمات مثل تآكل الشفرة، واهتزاز المحمل، وحمل المحرك، وتستخدم تحليل البيانات الضخمة للتنبؤ بوقت الفشل، وتوفير الإنذار المبكر، والحد من التوقف غير المخطط له.

4. التصميم المعياري والمتخصص:

◦ الابتكار: لم تعد آلات التقطيع معدات عامة، بل أصبحت تصميمات متخصصة ومعيارية تعتمد على خصائص المواد. على سبيل المثال:

▪ آلة تقطيع أقطاب بطارية الليثيوم: تتميز بأنها خالية من الغبار، وخالية من المعادن، ومقاومة للانفجار، ومجهزة بنظام شفط عالي التردد وإجراءات مضادة للكهرباء الساكنة.

▪ آلة تقطيع الأفلام البصرية: تؤكد على بيئة الغرفة النظيفة، والتحكم في التوتر المنخفض للغاية، واللف المضاد للكهرباء الساكنة.

▪ ماكينة تقطيع الشريط: مجهزة ببكرات توجيهية خاصة مضادة للالتصاق وبكرات سيليكون وأنظمة سكين باردة.

3. توسيع مجالات التطبيق

تساهم الابتكارات التكنولوجية بشكل مباشر في توسيع حدود تطبيقات آلات التقطيع:

١. مجال الطاقة الجديدة: يُعدّ هذا المجال من أهم مجالات النمو حاليًا. يُعدّ تقطيع أقطاب بطاريات الليثيوم (الأنود/الكاثود) جوهر التصنيع، وتتميز آلة التقطيع بأعلى مستويات الدقة والنظافة والموثوقية. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب أغشية تبادل البروتونات لخلايا وقود الهيدروجين، وأغشية الألواح الكهروضوئية، وغيرها، معدات تقطيع عالية الأداء.

2. الإلكترونيات المرنة ومجالات العرض: تتطلب ركائز العرض المرنة OLED (فيلم PI)، وأجهزة استشعار شاشة اللمس (فيلم ITO)، والأفلام الموصلة الشفافة، وما إلى ذلك، التقطيع في بيئة خالية من الغبار على مستوى 100/1000 لضمان عدم وجود غبار أو خدوش أو أضرار ثابتة.

3. مجالات التعبئة والتغليف الراقية: تحتاج تعبئة المواد الغذائية ذات الحاجز العالي، والتعبئة والتغليف الصيدلانية، والتعبئة والتغليف المضادة للكهرباء الساكنة للمنتجات الإلكترونية، وما إلى ذلك، إلى قطع الأفلام المركبة متعددة الطبقات دون المساس بسلامتها البنيوية.

4. مجال مواد أشباه الموصلات الجديدة: التقطيع الدقيق للمواد المساعدة لأشباه الموصلات مثل فيلم طحن الرقاقة، وشريط التقطيع (شريط قطع الرقاقة)، ​​ومنصات تلميع CMP، وما إلى ذلك.

5. مجالات المواد المتطورة: بدأت عملية تحضير ومعالجة المواد الناشئة مثل أفلام الأنابيب النانوية الكربونية وأفلام الجرافين ومواد الهلام الهوائي تتطلب أيضًا حلول تقطيع دقيقة مخصصة.

الاستنتاجات والآفاق

تُعدّ المواد والعمليات الجديدة تحدياتٍ ومحركاتٍ أساسيةً لتطور تكنولوجيا ماكينات التقطيع. لن تكون ماكينات التقطيع المستقبلية منتجًا ميكانيكيًا واحدًا، بل نظامًا فائق الذكاء يجمع بين الآلات الدقيقة والتحكم الذكي وتكنولوجيا الاستشعار والبيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي.

وسوف تركز اتجاهات تطويرها على:

• متطرف: تحدي للحصول على سرعات أعلى، وعرض أضيق، ودقة أعلى.

• ذكي: تحقيق الإدراك الذاتي، واتخاذ القرارات الذاتية، والتنفيذ الذاتي، والإنتاج الذكي "غير المأهول" التكيفي.

• التكامل: التكامل العميق مع العمليات السابقة واللاحقة، ليصبح عقدة رقمية لا غنى عنها للمصانع الذكية.

لا يمكن إلا للابتكار التكنولوجي المستمر تلبية الاحتياجات المتزايدة لمعالجة المواد، وبالتالي دعم التطور النشط للصناعات الاستراتيجية الناشئة. ويُعدّ ابتكار تكنولوجيا آلات التقطيع نموذجًا مصغرًا وعميقًا لانتقال الصين من "قوة تصنيع" إلى "قوة تصنيع ذكية".