01 引言

EPS 板材的拼接主要分為直拼式和承插式兩種形式，相對于直拼式的拼接方式，承插 式拼接具有更好的牢固性和保溫效果，承插式板材三維圖示，見圖 。但由于承插式的 造型比較復雜，目前的生產工藝主要采用 EPS 板材注塑加工成型，EPS 板材注塑加工成型 是以可發性聚苯乙烯為原料經事先預發泡（一次發泡）、干燥、熟化處理后，由 EPS 板材 機自動將預發泡后的珠粒料送入模腔內， 然后通入蒸汽加熱進行二次發泡， 保溫熔結成型， 再經排氣冷卻定形后，由頂出桿將制成品頂出模具 ，但制作成本較高、生產效率很低， 無法在相關行業得到推廣和廣泛應用。可通過熱熔絲切割的方式來批量生產承插式的 EPS 板材， 解決遇到的問題。但在切割過程中需要綜合控制物料在送料導軌上的運行速度， 電 熱熔絲切割時的行進速度、電熱熔絲通電時的電流大?。ㄟM而控制溫度變化），電熱切割 絲的張緊度等因素，才能得到最好的切口質量和成形效果。

圖  承插式泡沫板材三維圖示

02 EPS 板材切割的設備的發展現狀

目前市場上專門用于 EPS 板材造型切割的設備主要有片塊樣式切割機設備、裝飾用線 條類切割設備、仿照形狀類數控切割設備及相關的注塑設備等,見圖。

2.1 EPS 板材片塊樣式切割設備

片塊樣式切割設備機械結構簡單， 功能單一，精度低， 僅用于具有水平接口的塊狀板 材的切割。

2.2 EPS 板材裝飾用線條類切割設備

裝飾用線條類切割設備切割的主要型體為建筑檐線、腳線及板材的燕尾槽等型體， 由 于市場上的裝飾線條切割機沿用了普通龍門式切割機的結構，導致其切割效率較低。

2.3 EPS 板材仿照形狀類數控切割設備

仿照形狀類數控切割設備是為了歐式構件而專門設計的切割機械， 主要生產 EPS 造型 的錐體、球體等三維異形， 市場需求量微乎其微。只能切割時只能使用單根切割絲， 其加 工的效率不是很高。

2.4 承插式 EPS 板材注塑設備

實現了承插式 EPS 板材的生產， EPS 板材四個側面都具有承插接口， 板面具有燕尾槽， 有效防止建筑外墻保溫層出現開裂、空鼓、脫皮和內墻面返潮、結霜等工程質量通病， 極 大地提高了外保溫層的耐久性。但是注塑工藝的生產設備的價格昂貴， 且每種板材都需要 有一套單獨的模具， 使產品規格靈活性較低， 整套的生產設備費用將高達數十萬元乃至上 百萬元，導致生產出來的承插式板材價格居高不下，難以大規模推廣。

 圖  市場上的 EPS 板材切割機

03電熱切割絲技術的的國內外研究現

3.1 電熱切割絲技術的國外研究現狀

目前 EPS 塑料的二維電熱切割造型技術已經有了長足的發展和進步， 但是三維復雜造 型切切割技術還發展得不是十分完善。國外的很多科研機構和研發公司對電熱切割絲技術 的研究投入了大量的財力和人力， 但是取得的成果不是很多。黎巴嫩美洲大學的五軸聯動 機器人切割系統(Mode1Angelo) ，不需要進項分層切割的操作過程，就直可接加工出相 應的三維造型。韓國先進科學技術研究所研發 出了可改變層厚的快速成形系統 (VLM-st) ，該系統可根據實體的外形尺寸，首先切割出不同厚度的薄板，然后用可安裝 在不同角度位置的電熱切割絲， 利用計算機進行方向和脈沖的控制， 切割出不同位置關系 的輪廓， 最后將切割好的實體拼裝成需要的實體。這兩個系統均沒有進入實際生產， 進入 市場，只是在實驗室進行了實驗和驗證。美國 Croma 公司、Hotwire Direct 公司和波蘭 的 MEGAPLOT公司的數字化加工 EPS 制品實現了二維加工， 并制成了商品， 但仍存在設備 結構復雜、價格昂貴，不能完成真實三維形狀的快速加工等問題。Jouaneh 等科研人員 研究了五軸門式機器人加工系統， 將幾種提前加工好的具有基本幾何外形的電熱切割絲的 模具組合成不同安裝方式， 完成對聚苯乙稀泡沫塑料模三維形狀的簡單切割造型， 這種技 術對于三維結構表面的加工能力受限于電熱切割絲模具的幾何外形， 致使一些復雜造型切 割無法完成。Broek 等科研人員對于制作大尺寸聚苯乙稀泡沫塑料模型，提出了修正柔 性模具形狀的厚層分層加工的相關思想， 但是這種技術需要非常復雜的算法和程式， 模具 形狀的修正需要很高難度， 設備成本高昂和復雜加工的能力較差是目前這項技術僅停留在 實驗室階段的瓶頸的關鍵因素。

3.2 電熱切割絲發展的國內研究現狀

國內對于電熱絲切割技術的研究獲得了一定的進展。一些企業中已經有電熱絲切割機 的成品面向市場出售， 一些先進設備利用了數字控制技術， 對二維平面圖形進行加工， 但 對三維加工仍然存在困難。如泊頭市明澤數控機械廠的數控全自動 EPS 線條電熱絲切割機，使用計算機控制，可加工 CAD 圖形或字體的 3B 代碼，僅可以實現二維加工，但仍需 要手動方式控制電熱切割絲的溫度。國內大專院校對于電熱切割絲技術的研究也開展的比 較普遍。例如： 中國礦業大學研究了低成本 EPS 盲孔仿形切割系統， 通過將仿形電熱切割 絲壓彎成不同的形狀，實現了將聚苯乙稀加工成某些特定形狀盲孔，還通過正反向轉動、 二維移動仿形熱絲實現復雜盲孔 的造型加工。西安建筑科技大學研究了電熱絲切割的穩 定溫度場， 由硬件電路實時測量與控制電熱切割絲與 EPS 板材切割時的接觸溫度， 最終加 工出來的表面平整度高， 外形尺寸準確、造型樣式美觀； 切割機三維運動可采用 MACH3 數 控軟件進行控制。深圳職業技術學院對車床式泡沫塑料切割裝置有進一步的研究， 仿照 普通車床的加工方式對電熱絲切割機進行改造， 為其添加了卡盤鎖緊機構， 并添加尺寸定 位裝置和走刀量控制機構， 使得在切割過程中可以按設定的尺寸準確加工， 產品表面平滑。 為了方便切割不同結構的泡沫制品， 為電熱切割絲添加了支架， 制成旋轉切割刀、平面切 割刀以及階梯孔切割刀， 同時對泡沫切割絲支承結構和引電結構設計進行了比較完備的研究。

結合國內外現狀，目前對電熱切割絲的研究仍主要停留在二維加工的水平，不能對 EPS 板材進行 6 面較復雜的加工，缺少對于 EPS 板材切割的行進部分、溫度控制部分的綜合調控的研究， 無法確保 EPS 板材的切口質量（表面光潔度） 達到要求。同時， 電熱切割 絲切割前和切割過程中的張緊度的控制對于整個 EPS 板材的切割的質量也起著十分關鍵 的作用。因此， 研究一套針對于 EPS 板材綜合控制行進部分、溫度控制部分以及張緊度控 制部分的智能切割調控系統是十分必要的。

04主流設備比較

針對承插式板材的特點， 將承插式 EPS 板材的造型工藝由注塑轉為切割， 免去了模具 費用及昂貴的快速成型機械費用（每套模具達 30 萬元以上），降低其生產成本約 67%。 省去承插式 EPS 板材冷卻成型的時間，提高效率 3 倍以上。

與市場現有數控 EPS 板材切割機相比， 高精高效， 廢品率低， 低功耗。通過電熱切割 絲張緊度及切割絲溫度調控系統， 大幅度提高了切割精度， 使其保證在 0.3mm 至 0.8mm 之 間；通過 STM32 綜合控制電熱切割絲溫度部分和行進控制部分，避免了在棱角處的過切， 提高了切割效率， 為精密切割提供了技術保障， 同時也避免了因切割時溫度過高而引起火 災；通過對切割絲狀態的智能感知，當切割絲中斷時，暫停工作、發出告警，原路返回， 待修復后繼續工作，從而降低廢品率；安裝 50 根切割絲時，最大功耗為 17.6kW，而市場 上安裝同等數量切割絲的數控切割機功耗高達 32kW， 節省功耗 14.4kW,實現了大幅度降低 功耗的目的。通過調查國內 35 家機械制造企業，把市面上現有的 EPS 板材造型設備與新 研究的系統進行比較，見表。

05頭部企業

近年來，日鋼集團堅持創造性轉化、創新性發展，深入推動生產裝備大型化、現代化、智能化改造，引進被譽為鋼鐵工業第三次技術革命的ESP熱軋帶鋼生產技術，憑借自身強大的研發、設計和制造能力，進行二次開發、集成創新，成為世界上第二家、我國第一家全面掌握無頭軋制核心關鍵技術并擁有多項自主知識產權的鋼鐵企業和鋼鐵行業集成創新的典范。

ESP無頭軋制技術之所以能夠從歐洲漂洋過海扎根中國，并且在世界舞臺“先聲奪人”，源于日鋼集團善于在危機中育新機，主動求變、銳意革新的勇氣。2015年鋼鐵行業市場低迷，產品一度賣到“白菜價”，日鋼集團牢牢抓住供給側結構性改革主線不動搖，搭乘動能轉換東風，斥資330億元在國內率先引進4條ESP生產線。

“由普通產線1000米的長度縮短至193米，把常規熱軋3小時的生產周期縮短至7分鐘?！?/span>ESP制造部部長喻堯告訴記者，ESP生產線較傳統工藝節能50％-70％，節水60％-80％，省地2/3，成本降低40％，生產效率提高50％，從鋼水到熱軋卷成材率高達97％-98％；效益較傳統薄規格鋼增值6％-13％，低合金高強度鋼可增值16％-24％。

目前，日鋼集團擁有5條ESP生產線，配備集平整、酸洗、鍍鋅于一體的9條配套延伸鏈，形成了全球極具規模的高質量薄寬帶鋼短流程專業化生產基地，生產出的超薄超寬、高精度、性能均勻、低成本的系列產品，大規模應用于汽車、機械、電力工程、門業等行業，“以熱代冷”、結構輕量化、節能減排成效突出，對綠色制造、脫碳減排作出了積極貢獻。ESP產品還創造了全球最薄熱軋帶鋼新紀錄，獲得了中冶綠色產品認證，被列入山東省第一批重點新產品（技術）推廣目錄、山東省制造業單項冠軍產品，被工信部列入工業強基工程輕量化精密成形件產業鏈示范項目。

06未來趨勢

ESP板材切割設備的未來發展方向體現在幾個核心領域：智能化、精準化、高效能化和環境友好型技術的進一步集成與優化。隨著制造業對精度和效率要求的持續提升，以及全球對環境保護和節能減排的加強，未來的ESP板材切割設備必將向著更加智能化的方向發展，包括更高級的自動控制系統、實時監測和維護機制，以及通過人工智能和機器學習技術優化切割路徑和提升設備使用效率。此外，精準化技術的發展將進一步提高切割精度和表面質量，滿足更為復雜和精細的設計需求。高效能化不僅體現在生產效率的提升，還包括能耗的降低和生產成本的優化，使得ESP板材切割技術更加經濟實用，拓寬其應用范圍。環境友好型技術的應用將進一步減少生產過程中的廢物和排放，符合綠色制造和可持續發展的要求。綜上所述，未來ESP板材切割設備的發展將是一個多方位、綜合性的技術進步過程，旨在提供更高效、精準且環境友好的切割解決方案。

參考文獻：

[1] 郭洪宇.智能EPS板材切割調控系統的研究[D].吉林農業大學,2016.

[2] 冶金信息網

此文由中國復合材料工業協會搜集整理編譯，部分數據來源于網絡資料。文章不用于商業目的，僅供行業人士交流，引用請注明出處。