NOWOCZESNE TECHNIKI WYCINANIA PO OBRYSIE

            Produkcja naklejek o różnych kształtach, oryginalnych zaproszeń czy opakowań z nadrukiem do niedawna była sporym problemem i wymagała od operatora dużej precyzji i wyczucia. Przy braku powtarzalności operacji często generowało straty. Aby rozwiązać ten problem producenci nowej generacji ploterów tnących rozbudowali te urządzenia o optyczne systemy automatycznego pozycjonowania. Najpopularniejsze z nich to opracowany przez firmę Graphtec ARMS oraz OPOS  firmy SUMMA. Systemy różnią się między sobą  nieznacznie szczegółami technicznymi, lecz realizują to samo zadanie. Korygują zarówno błędy ułożenia mediów jak i błędy wynikające z nieliniowości wydruków. Zapewniają precyzyjne wycinanie po obrysie wcześniej naniesionej grafiki uniezależniając efekty od operatora.

            Aby wykorzystać automatyczne pozycjonowanie konieczne jest przygotowanie odpowiedniego projektu.  Poza grafiką przeznaczoną do wycinania, na wydruku muszą pojawić się znaczniki. Dla różnych systemów znaczniki są odmienne. Najprostszym znacznikiem może być np. ramka otaczająca projekt (lub same jej narożniki). Identyczne jak na wydruku znaczniki należy umieścić na projekcie linii cięcia, tak aby po nałożeniu na siebie obu projektów znaczniki pokrywały się, a linie cięcia znajdowały się na obrysach wycinanej grafiki. Dobrą praktyką przy tworzeniu projektów jest zaplanowanie pewnego marginesu błędu, gdyż nawet najwyższej klasy plotery dopuszczają błąd wycinania po obrysie na poziomie 0,5 mm.

                                                                                   mgr inż. Krzysztof Jaworski

OPTYCZNE SYSTEM ODCZYTU ZNACZNIKÓW

            Optyczny system odczytu znaczników ARMS (Automatic Registration Mark Sensor system) japońskiej firmy Graphtec umożliwia precyzyjne wycinanie po obrysach wcześniej naniesionej grafiki. Eliminuje zarówno błędy ułożenia mediów jak i błędy nieliniowości wydruku. Plotery wyposażone w ten system mogą współpracować z dowolnym urządzeniem drukującym tworząc wydajny zestaw drukująco-tnący.

            Aby możliwe było wykorzystanie systemu konieczne jest umieszczenie na wydruku odpowiednich znaków, które system jest w stanie odczytać i odpowiednio zinterpretować. Określamy je mianem znaczników. W systemie ARMS znacznikami może być ramka otaczająca projekt lub jej narożniki. Możliwe jest też wykorzystanie narożników odwróconych o 180 stopni.

            Zalecane jest stosowanie znaczników czarnych na białym tle naniesionych linią o grubości 0,3 – 1 mm.  W niektórych modelach możliwe jest stosowanie znaczników białych na czarnym tle. Dopuszczalne jest w pewnym ograniczonym zakresie stosowanie kolorystyki znaczników i tła innej niż czerń i biel – dotyczy to szczególnie ploterów wyposażonych w kalibrację czułości odczytu znaczników.

       Identyczne jak na wydruku znaczniki muszą znajdować się na projekcie linii cięcia. Po nałożeniu na siebie projektu do wydruku oraz projektu do wycinania warunkiem koniecznym jest, aby znaczniki pokrywały się, a linie cięcia znajdowały się na obrysach grafiki. 

            System ARMS wyposażony jest w funkcję automatycznego wyszukiwania pierwszego znacznika oraz funkcję szybkiego przemieszczania głowicy w obszar kolejnych znaczników.

            W parametrach systemu ARMS możemy zdefiniować wielkość znaczników. Może ona wynosić 0,5 cm., 1 cm. lub 1,5 cm. Dla poprawności odczytu obszar wokół każdego znacznika nie może zawierać grafiki. W zależności od wyboru wielkości znacznika obszar ten jest odpowiednio kwadratem o boku 0,5 cm., 1 cm. lub 1,5 cm. zlokalizowanym w narożnikach projektu.

            W zależności od ilości aktywnych znaczników system ARMS może pracować w następujących trybach:

1.         Namierzanie dwupunktowe – eliminuje jedynie błędy ułożenia mediów, ale jest najszybsze

2.         Namierzanie trzypunktowe – eliminuje błędy ułożenia mediów oraz zniekształcenia wydruku na osi X

3.         Namierzanie czteropunktowe – eliminuje błędy ułożenia mediów oraz zniekształcenia wydruku zarówno na osi X jak i na osi Y. Jest trybem najdokładniejszym.

            System ARMS wyposażony jest w mechanizmy usprawniające obsługę trudnych projektów o dużych rozmiarach. Pomiar znaczników skrajnych umieszczonych na granicy obszaru roboczego nawet w metodzie czteropunktowej może powodować błędy wycinania po obrysach szczególnie istotne  w obszarach odległych od znaczników. Aby rozwiązać ten problem wprowadzono możliwość podziału dużego projektu z powtarzającą się grafiką na mniejsze identyczne obszary wyposażone w osobne  znaczniki. Do plotera przesyłane są linie cięcia dla jednego obszaru oraz przesyłany jest schemat projektu – ilość wierszy i kolumn powtarzających się obszarów oraz odległość między nimi. Ploter odczyta znaczniki i wytnie pierwszy wskazany obszar, po czym automatycznie przystąpi do namierzania i wycinania kolejnych obszarów aż do wyczerpania projektu. Dzięki tej funkcjonalności możliwe jest wycinanie dużych projektów bez utraty dokładności w każdym obszarze projektu.

Wyżej opisany mechanizm znakomicie rozwiązuje problem wycinania naklejek, etykiet i innych powtarzających się grafik o małych wymiarach.

            Do precyzyjnego wycinania po obrysach dużych i niepodzielnych grafik służy inny mechanizm. Polega on na umieszczeniu wzdłuż osi X dowolnej ilości dodatkowych znaczników. Przed rozpoczęciem wycinania odczytywane są znaczniki skrajne oraz wszystkie znaczniki pośrednie, dzięki czemu systemy korygujące plotera uzyskują informację o zniekształceniach wydruku na całej długości i wprowadzają odpowiednie przeskalowania.

Dopuszczalny błąd wycinania po obrysach dla systemu ARMS wynosi 0,5 mm. Większość ploterów wyposażonych w ten system posiada dodatkowo dostępny z poziomu użytkownika system kalibracji odczytu znaczników pozwalający jeszcze bardziej zwiększyć dokładność wycinania.

 W artykule wykorzystano fragmenty folderu plotera Graphtec FC8000           

mgr inż. Krzysztof Jaworski      

PLOTERY PŁASKIE W DZIAŁALNOŚCI PRODUKCYJNEJ

Jak oszacować opłacalność produkcji opakowań z wykorzystaniem ploterów tnących.

( Kalkulacje przeprowadzone w oparciu o plotery GRAPHTEC FC2240/FC2250 )

            Plotery płaskie wycinają „na wylot” kartony, tekturę litą oraz mikrofalę. Wyposażone są też w narzędzie do bigowania. Mogą zatem stanowić atrakcyjne narzędzie do produkcji pudełek, kart okolicznościowych o dowolnych kształtach, modeli, makiet oraz do realizacji wszelkich zadań, gdzie wymagane jest bardzo precyzyjne wycinanie.

            Jak oszacować konkurencyjność tej metody w stosunku do szeroko stosowanych metod opartych na wykrojnikach ?  W przypadku produkcji jednostkowej lub bardzo niskonakładowej w sposób oczywisty ploter jest urządzeniem najlepszym, generującym  znaczące oszczędności. W przypadku prototypów eliminuje żmudną pracę polegającą na wycinaniu i bigowaniu ręcznym, dla krótkich serii eliminuje konieczność inwestowania w wykrojniki. Jednak należy się zastanowić, co to znaczy seria krótka i gdzie leży granica opłacalności dla metody ploterowej. Aby odpowiedzieć na to pytanie konieczne staje się oszacowanie czasu potrzebnego na wyprodukowanie sztuki jednostkowej. Najlepiej wykonać to eksperymentalnie. Oszacowanie teoretyczne jest bardzo trudne i z pewnością obarczone zostanie sporym błędem. Na czas operacji wpływa wiele czynników. Najważniejsze, które należy uwzględnić, to :

1.    Łączna długość linii cięcia

2.    Możliwa szybkość poruszania się głowicy z nożem

3.    Łączna długość linii bigowania

4.    Rodzaj linii ( pojedyncza, podwójna, potrójna)

5.    Ilość powtórzeń wymagana do skutecznego bigowania

6.    Szybkość poruszania się głowicy z narzędziem bigującym

Kluczowym parametrem jest rodzaj materiału. Od tego zależy możliwa szybkość wycinania i bigowania oraz ilość powtórzeń i rodzaj linii bigowania, przy czym im grubszy i twardszy jest materiał, tym możliwa szybkość jest mniejsza, rośnie natomiast wymagana ilość powtórzeń linii bigowania. Dla szczególnie trudnych materiałów może okazać się, że również linie cięcia będą musiały być powtarzane.

Na szybkość wykonania produktu wpływa również:

1.    Funkcja symulacji noża aktywnego, która zwiększa skuteczność wycinania ostrych krawędzi kosztem zwiększenia wymaganego czasu

2.    Odczyt znaczników ( dwu, trzy lub czteropunktowy ) umożliwiający precyzyjne wycinanie po obrysach wcześniej naniesionej grafiki z automatycznym pozycjonowaniem

Jak widać, czynników wpływających na czas jednostkowy realizacji produktu na ploterze jest wiele. Skuteczne szacowanie wymaganego czasu jednostkowego jest możliwe dopiero po eksperymentalnym zbadaniu parametrów obrabianego materiału i wyznaczeniu dla niego maksymalnych prędkości, wymaganych linii bigowania i ilości powtórzeń.

Wracając do tematu głównego tego artykułu należy podkreślić, że zawsze wymagany czas jednostkowy produkcji na ploterze będzie większy niż czas wymagany przy sztancowaniu. Spróbujmy zatem przeprowadzić kalkulację opłacalności opierając się na danych przykładowych. Załóżmy, że wykonanie pudełka kartonowego formatu A3 na ploterze  zajmuje 5 min., a czas wykonania takiego samego pudełka na wykrojniku jest pomijalny. Wykrojnik kosztuje np. 300 zł., jedna godzina pracy operatora to 20 zł.  Z tych danych wynika, że koszt wykrojnika możemy zamienić na 15 godzin pracy naszego pracownika, który w tym czasie powinien wykonać (15godz. x 60min/godz.) / 5min./pudełko =180 pudełek. Zatem zakładając, że operator ‘pilnuje’ plotera graniczną opłacalną serią byłoby  około 180 pudełek.

Jednak do tematu opłacalności można podejść nieco inaczej. Dysponując ploterem o dużym obszarze roboczym, np. 1800 mm x 920 mm jednorazowo możemy zmieścić 8 naszych przykładowych projektów.  Czas obróbki będzie zatem wynosił  8 x 5 min = 40 minut. W czasie pracy ploter nie wymaga obsługi. Sterowany kolorystyką linii projektu automatycznie zmienia narzędzia na odpowiednie. Po skończonym cyklu operator musi odpowiednim przyciskiem wyłączyć ssanie, zmienić arkusz, ponownie włączyć ssanie i uruchomić projekt. Czynności te nie powinny zająć operatorowi więcej niż 1 min. Przyjmując z poprzednich rozważań zaoszczędzoną na wykrojniku ilość 15 godzin i biorąc pod uwagę, że efektywny czas operatora na wyprodukowanie 8 przykładowych pudełek wynosi 1 min. można oszacować opłacalność serii. Wynosi ona : 15 godz. x 60 min./godz. x 8 szt/min. =7200 szt .Aby wykonać 7200  pudełek operator wykrojnika bez automatycznego podawania  musiałby poświęcić około 7 godz. co daje oszczędność ok. 140 zł.  Największym mankamentem jest jednak czas realizacji takiego zamówienia. Przyjmując powyższe założenia przy wykorzystaniu jednego plotera konieczny byłby czas 7200szt. x 5 min/szt=36000 min (600 godz.). Do powyższej kalkulacji należy doliczyć koszt  materiałów eksploatacyjnych, w szczególności zużywających się noży. 

600 godzin ( 75 dni ) na niezbyt duże zlecenie nie wygląda zachęcająco. Gdzie zatem szukać sposobu na skrócenie tego czasu i czy jest to w ogóle możliwe ?  Otóż, biorąc pod uwagę, że w procesie produkcji pudełka na ploterze zwykle nie wycinanie a bigowanie pochłania najwięcej czasu, można rozważyć możliwość przeniesienia samego bigowania na inne, zaprojektowane wyłącznie z myślą o bigowaniu urządzenie a ploter zatrudnić wyłącznie do wycinania. W takiej sytuacji można spodziewać się nawet pięciokrotnego skrócenia wymaganego czasu. Z 600 godzin obniżymy czas realizacji zamówienia do 120 godz. W przypadku, gdy jednak chcemy pudełko wykonać w całości na ploterze, można rozważyć zamianę procesu bigowania na nadcinanie linii zagięć. Dla wielu materiałów końcowy efekt jest identyczny lub bardzo zbliżony, a oszczędność czasu jest ogromna. Przy takiej metodzie czas potrzebny na bigowanie staje się zbliżony do czasu potrzebnego na wycięcie ( lub krótszy). Zatem czas jednostkowy dla naszego przykładowego pudełka zredukowałby się do ok. 2 min.

Oczywistym choć z pewnością nie najtańszym sposobem na skrócenie czasu realizacji zleceń jest zakup kilku ploterów i ich równoległa praca obsługiwana przez jednego przeszkolonego operatora.

Podsumowując rozważania na temat opłacalności produkcji z wykorzystaniem metod ploterowych należy podkreślić, że w przypadku większych serii (tzn. w przypadku naszego przykładowego pudełka powyżej 180 szt.) produkcyjne wykorzystanie plotera ma ekonomiczne uzasadnienie tylko wówczas, gdy wykorzystamy go do ‘samodzielnej’ pracy, a operator poświęci mu krótką chwilę raz na kilkanaście, czy kilkadziesiąt minut. Aby obsługa plotera jak najmniej nas absorbowała,  należy wybierać modele o dużych obszarach roboczych.

W przypadku produkcji jednostkowej lub bardzo krótkich serii, metoda ploterowa jest z całą pewnością najtańsza i najszybsza.

Warto podkreślić, że również dla firm, które ukierunkowane są na produkcję wielkoseryjną, plotery mogą odegrać niezwykle istotną rolę w procesie projektowania i tworzenia prototypów, a producent wykrojnika otrzyma w formie cyfrowej sprawdzony  i jednoznacznie określony projekt.

Cenną zaletą wykorzystania metody ploterowej jest znaczne skrócenie wymaganego czasu od złożenia zamówienia do wykonania pierwszych pudełek - opakowanie powstaje natychmiast po zrobieniu i sprawdzeniu projektu. Uniezależnia to firmę od mocy przerobowych producentów wykrojników i daje mocniejszą pozycję przetargową szczególnie tam, gdzie warunkiem stawianym przez zleceniodawcę jest jak najszybsze dostarczenie pierwszej serii opakowań. Równolegle z produkcją pierwszej serii na ploterze mogą trwać prace przygotowawcze do produkcji wielkoseryjnej. Pozycję przetargową wzmacnia również możliwość szybkiego i nie obarczonego kosztami zaprezentowania wielu gotowych modeli do wyboru i akceptacji.

Na zakończenie warto zauważyć, że z wykorzystaniem plotera można wyciąć praktycznie dowolne kształty. Wykrojniki w sposób oczywisty posiadają pewne ograniczenia, wynikające z ich budowy a dotyczące szczególnie precyzyjnych kształtów. Zatem może okazać się, że metoda ploterowa, choć wolniejsza będzie jedyną skuteczną do niektórych zadań.

mgr inż. Krzysztof Jaworski

PLOTERY PŁASKIE

     Plotery tnące płaskie to szczególna grupa urządzeń o wszechstronnym zastosowaniu zarówno w branży reklamowej jak i w przemyśle. W przeciwieństwie do ploterów rolkowych, w których rolki napędowe stale przemieszczają materiał obrabiany, w ploterach płaskich materiał spoczywa nieruchomo, a głowica z narzędziem przemieszcza się w każdym kierunku.

      Taka konstrukcja, choć bardziej złożona technologicznie, daje ogromne możliwości, których realizacja z wykorzystaniem ploterów rolkowych jest bardzo trudna lub wręcz niemożliwa.

      Brak przemieszczania mediów podczas wycinania w sposób oczywisty eliminuje błędy poślizgu rolek, jednak wymaga skutecznego sposobu podtrzymywania. Dostępne są modele z podtrzymywaniem podciśnieniowym, elektrostatycznym oraz magnetycznym.

      Plotery z podtrzymywaniem podciśnieniowym wyposażone są w pompę próżniową oraz stół z dużą ilością małych otworów, które zasysając powietrze przyciągają materiał. Zaletą takiego rozwiązania jest znakomita skuteczność podtrzymywania niezależnie od obrabianego materiału, wadą zaś spory hałas związany z pracą pompy.

      Plotery z elektrostatyką skutecznie podtrzymują większość materiałów, w tym wszelkiego rodzaju folie, kartony i tektury. Gorzej radzą sobie z tworzywami sztucznymi i z materiałami nie wykazującymi właściwości elektrostatycznych. Oczywistą zaletą ploterów z podtrzymywaniem elektrostatycznym w stosunku do metody podciśnieniowej jest ich cicha praca.

      Plotery z podtrzymywaniem magnetycznym są najmniej uniwersalne i zwykle wymagają stosowania dodatkowych mat samoprzylepnych.

       Istnieje też grupa ploterów płaskich bez żadnego wbudowanego systemu podtrzymywania. Dla tej grupy oraz dla wszystkich ploterów z grup wyżej opisanych, gdy wbudowane mechanizmy okazują się niewygodne lub niewystarczające, możliwe jest stosowanie specjalnych mat samoprzylepnych o odpowiednio dobranych parametrach lepkości.

      W ploterach płaskich obszar pracy określony jest przez wielkość stołu. Najczęściej media występują w postaci arkuszy o wymiarach równych lub mniejszych od rozmiaru stołu. Możliwe jest jednak wycinanie w materiałach przekraczających długość stołu (np. z roli), jednak jednorazowo wycinany projekt nie może przekraczać maksymalnego obszaru roboczego.

WYBIERZ PLOTER TNĄCY NA POCZĄTEK

            Na rynku można znaleźć oferty ploterów tnących, które różnią się między sobą wielkością obszaru roboczego, przeznaczeniem oraz oczywiście ceną. Wybór optymalnego plotera na początek jest trudnym zadaniem. Przed podjęciem decyzji o zakupie dobrze byłoby określić główne przeznaczenie plotera, wybrać interesujący model i umówić się z dystrybutorem na szczegółową prezentację połączoną z testami cięcia. Każdy sprzedawca zwykle zachwala swoje produkty, ale tylko rzetelnie wykonane testy najlepiej z wykorzystaniem własnych projektów i materiałów dają gwarancję późniejszej satysfakcji.

      W komfortowej sytuacji są te firmy, które dokonują zakupu plotera w celu realizacji konkretnego, odpowiednio dużego zlecenia. Łatwo jest wówczas dobrać ploter, wykonać ściśle określone testy i oszacować korzyści z inwestycji.

      W zdecydowanie gorszej sytuacji są wszyscy ci, którzy dokonują zakupu licząc na pojawiające się w przyszłości zlecenia. Zrozumiałe jest, że w tej sytuacji istotnym czynnikiem jest cena urządzenia, która zbyt wysoka może budzić obawy o zasadność inwestycji.

      Podstawowe czynniki wpływające na cenę to:

1. Rodzaj i przeznaczenie plotera ( rolkowy, stołowy)
2. Wielkość obszaru roboczego
3. Precyzja i niezawodność wycinania
4. Dodatkowe funkcje ( system pozycjonowania, automatyczne odcinanie folii po skończonym projekcie, przecinanie na wylot)
5. Wyposażenie standardowe
6. Specjalistyczne oprogramowanie 

Wraz z ofertą ploterów zwykle publikowane są ich parametry techniczne. Łatwe do porównania i nie wymagające komentarza są podawane tam obszary robocze. Przy innych parametrach wnioski z porównania nie muszą być już tak oczywiste. I tak np. dla maksymalnego nacisku noża, gdy porównujemy ze sobą różne modele, mogłoby się wydawać, że ten o większym nacisku jest skuteczniejszy. Tak jest w istocie, gdy porównywane plotery korzystają z takich samych noży. Gdy jednak używane noże nie są jednakowe, może okazać się, że ploter teoretycznie skuteczniejszy w istocie wycina gorzej, gdyż  o skuteczności wycinania decyduje nie tylko maksymalny nacisk, ale również jakość używanego ostrza, a tego w żadnym wykazie parametrów nie znajdziemy. Podobnie w przypadku parametru określającego maksymalną prędkość plotera porównanie nie zawsze będzie do końca miarodajne  – należy mieć świadomość, że podawana tu przez producenta wartość dotyczy wycinania długich prostych odcinków. Bardziej skomplikowaną grafikę każdy ploter wycina z prędkością znacznie mniejszą, zależną od wewnętrznych algorytmów plotera oraz od stopnia skomplikowania grafiki.

Podsumowując ostatnie rozważania można stwierdzić, że tak naprawdę najbardziej miarodajnym porównaniem ploterów, zarówno pod względem precyzji i skuteczności jak i szybkości wycinania, jest wykonanie praktycznych testów w oparciu o taki sam dla każdego plotera projekt i materiał.

Planując zakup pierwszego plotera warto zdecydować się na ploter markowy, wybierając na początek model o mniejszym obszarze roboczym, lecz o dużej precyzji i nowoczesnym wyposażeniu. Jest to znacznie lepsze rozwiązanie niż np. zakup w podobnej cenie dużego plotera o wątpliwej jakości. Przy ogólnym braku doświadczenia w wycinaniu nałożenie się błędów plotera z możliwymi, szczególnie w początkowym okresie pracy, błędami projektowymi może doprowadzić do dużych strat w wycinanych materiałach i do ogólnego zniechęcenia.

Zakup nawet najtańszego plotera markowego daje dodatkową, bardzo ważną korzyść związaną z biblioteką projektów i zdobywanym doświadczeniem. Markowi producenci zwykle oferują całą gamę urządzeń różniących się obszarem roboczym i możliwościami, które mają jednak wspólną cechę – sposób obsługi oraz użyte oprogramowanie. Dzięki temu, gdy zaistnieje potrzeba rozbudowy parku maszynowego o nowy ploter tnący,  wszystkie dotychczasowe projekty oraz nawyki można z łatwością wykorzystać w odniesieniu do nowego nabytku. Dotyczy to szczególnie projektów ze znacznikami, wygenerowanych w programach specjalistycznych takich jak np. Cutting Master firmy Graphtec 

Dobrym przykładem plotera na początek, spełniającego warunek najwyższej precyzji wycinania, wyposażonego w nowoczesny optyczny system odczytu znaczników oraz wygodne oprogramowanie może być Graphtec CE5000-60, sprzedawany na rynku polskim w bardzo korzystnej cenie. Gdy wzrosną potrzeby firmy, można będzie rozbudować park maszyn tnący o ploter o szerokości nawet do 160 cm. i o najwyższych parametrach technicznych zachowując kompatybilność dotychczasowych projektów oraz wykorzystując nabyte wcześniej doświadczenia.

mgr inż. Krzysztof Jaworski