Резка по цифрам

Напечатать — это ещё не всё

На примере плоттера Summa F-1612 видны конвейерная подача (1) и ролики для работы с рулонными материалами (2). Колонны 3 имеются по всем четырём углам: это часть системы безопасности. Каретка движется довольно быстро, и приближение к работающему механизму чревато неприятностями

Планшетные режущие плоттеры по мере распространения цифровой печати и сокращения тиражей продукции применяются всё шире. С их помощью делаются POS-материалы, макетирование и упаковка малыми тиражами, нарезка самоклеющихся этикеток и многое другое.

Современные плоттеры могут работать с разнообразными материалами: картоном, гофрокартоном, POS-материалами, пластиками, сэндвич-панелями. Заменяя инструменты, на одном аппарате можно обрабатывать бумагу, ткань, тонкий алюминий и ламинированные древесно-волокнистые плиты. Помимо резки, такие аппараты способны делать биговку, фрезерование и т. п.

Рабочий стол

Ограничения по материалам связаны, в первую очередь, с размерами рабочего поля. Понятно, что размер стола не является жёстким ограничением для размера обрабатываемого материала: плоттер — не офсетная машина, в которую не подашь бумагу больше максимального формата.

Стол плоттера обычно оснащён вакуумным прижимом и поднимающимися штифтами для фиксации материала. Чтобы повысить силу прижима и уменьшить расход энергии, используют либо зонирование рабочего стола, либо механизм, меняющий ширину вакуума. Например, у ESKO-Kongsberg XP может быть 8 вакуумных зон. А в плоттерах Zünd меняется ширина зоны вакуума: в серии G3 можно задавать её ширину с шагом 7 см, а в серии S3 – бесступенчатое изменение ширины вакуума.

Кроме вакуумного прижима, в рабочем столе может быть и обратное действие, т. е. функция поддува, которая позволяет легко передвигать по столу тяжёлые материалы.

Во время резки материал неподвижен, а рабочий орган плоттера сам подъезжает к «месту работы». Но у большинства плоттеров есть опция конвейерной подачи материала: стол плоттера охватывается конвейерной лентой из прочного, гибкого и воздухопроницаемого материала, устойчивого к порезам, пыли и крошкам. Он пропускает воздух, поэтому не мешает вакуумному прижиму. Служит эта опция для гибких материалов, которые не вмещаются в формат стола, а также при автоматизированной подаче листовых материалов.

Кроме конвейерной подачи, плоттер может оснащаться устройствами размотки для рулонных материалов. В сочетании они позволяют осуществлять точную резку даже достаточно протяжённых объектов.

Если необходима высокая производительность системы, актуальна установка дополнительных подающих и приёмных столов – например, на плоттерах ESKO-Kongsberg и Zünd. Плоттер и столы охватываются единой конвейерной лентой. Пока машина работает с очередным листом, оператор успевает положить лист на подающий стол и забрать готовый продукт с приёмного.

	Примеры работ в демозале завода Zünd
Автоматическое устройство подачи листов на плоттерах Dyss (слева) и Zünd

Инструменты

У режущих плоттеров богатый набор инструментов для различных материалов

Непосредственное воздействие на материал осуществляется через сменные инструменты. Обычно в рабочей головке их три. Смена происходит быстро и просто. Например, на плоттерах ESKO-Kongsberg, Summa и Zünd инструмент распознаётся машиной автоматически.

Существуют несколько видов ножей для резки.

Kiss cut: нож подпружинен (либо нагружен моментом от двигателя), усилие подбирается так, что лезвие прорезает/надрезает верхний слой и как бы скользит по более плотной подложке (лайнера), не прорезая её.

Статический: нож опускается вниз на заданную глубину и положение по оси Z более не меняется.

Осциллирующий: при перемещении по контуру резки лезвие ножа совершает возвратно-поступательные движения вверх-вниз. Собственно резка происходит в основном при движении ножа вниз. Особенно подходит для гофрированного картона, картона и вспененных материалов. Осциллирующие ножи бывают с электрическим и пневматическим приводом, последние гораздо мощнее.

Zünd G3 может за одно задание вырезать V-образные канавки в сэндвич-панелях под тремя различными углами. На большинстве других плоттеров резка ведётся под углом 45 градусов, чтобы материал складывался под прямым углом. На фото видны два универсальных модуля, в которые вставлены инструменты V-cut для вырезания V-образных канавок: в данном случае можно вырезать две V-образные канавки с разными углами за один проход. На образце снизу — несколько канавок, вырезанных под разными углами

Ротационный/дисковый: нож в виде диска или, например, десятиугольника. Может иметь привод, но есть и вариант, когда привод отсутствует, а нож пассивно вращается при движении (пицца-нож: чтобы качество раскроя таким ножом было выше, рекомендуется использовать специальную полиуретановую подложку). Дисковый нож хорош для вырезания деталей с прямыми линиями или большими радиусами закругления. Для волокнистых материалов (стеклоткань, парусина) и ПВХ очень важно, чтобы их поверхность после резки была чистой и без пыли, что соблюдается при использовании дисковых ножей. Бывают и перфорирующие дисковые ножи.

Есть два типа управления поворотом ножа по вектору резки. Первый — флюгерный: нет управления поворотом лезвия. Нож поворачивается сам по вектору резки при изменении направления движения его держателя. Обычно такие ножи используются на дешёвых машинах. Так как нож поворачивается с запаздыванием (сначала должно измениться направление движения), то в программе управления должна закладываться компенсация запаздывания. Но этот параметр зависит от свойств материала, поэтому обычно используют несколько усреднённых значений. Соответственно, могут быть проблемы при резке острых углов, особенно более толстых или плотных материалов.

Второй тип — тангенциальный: нож поворачивается по вектору реза специальным двигателем, что обеспечивает постоянную правильную ориентацию ножа при резке. Это более профессиональное решение: нож всегда в точке начала вектора повернут по его направлению. Качество раскроя выше и для тонких, и для толстых материалов.

Кроме ножей, в распоряжении пользователей — инструменты для биговки (отличаются в зависимости от толщины и других параметров материала) и фрезы для сверления, фрезерования, вырезания по контуру (некоторые материалы удобнее резать именно таким инструментом).

Именно от инструмента во многом зависит толщина материала, который обрабатывается на плоттере. Максимальная толщина, указанная в таблице, относится не ко всем инструментам, доступным на данной машине, и не ко всем материалам. Если на плоттере можно кроить тонкий алюминий, то это не значит, что он так же лихо раскроит металлическую плиту толщиной в несколько сантиметров.

В моделях ESKO-Kongsberg XN-20, XN-48 инструментальная головка FoamHead (XN) предназначена для работы с толстыми вспенёнными материалами (до 86 мм). Для этого она оборудована прижимным колесом большого диаметра.

Универсальность

Режущие плоттеры, несмотря на название, могут делать много операций. Пользуясь различными инструментами, можно не только вырезать изделие по контуру и проделать отверстия в необходимых местах, но и сделать биговку. Конечно, при работе с простым картоном идеальное решение для биговки — всё-таки штамп, поскольку сочетание штампа и противоштампа обеспечивает наилучшее качество выполнения этой операции. Но, даже не касаясь вопроса стоимости коротких тиражей, надо заметить, что на толстых материалах плоттер бигует лучше. Обычной биговки для них недостаточно, часто нужна резка под углом, чтобы лист толстого материала можно было сложить.

В последнее время всё большую популярность приобретают сотовые сэндвич-панели. Так как этот материал не сгибается, но достаточно легко режется, для изготовления объёмных конструкций из этих панелей используется резка под углом.

Фреза на плоттере обычно служит для прорезания отверстий или выполняет роль ещё одной разновидности ножа для некоторых жёстких материалов: пластика, композитов, фанеры и т. д. Но, в принципе, на некоторых плоттерах можно фрезеровать даже достаточно плотные материалы — например, дерево. Фрезерный модуль Zünd G3 имеет опцию «минимальное количество масла», которая позволяет фрезеровать даже мягкие алюминиевые сплавы. Но в общем и целом мощность фрезы у плоттеров обычно невысокая, поэтому такая работа имеет смысл для единичных заказов или при моделировании. Хотя есть и свои исключения: у ESKO-Kongsberg мощность фрезы — 3 кВт, что гораздо выше, чем у конкурентов.

Директор по маркетингу компании «Времена года» Сергей Белокуров считает, что универсальность имеет ограничения по сравнению с узкоспециализированной техникой: «При сравнении фрезерно-гравировального аппарата и режущего плоттера надо учитывать следующее:

• у плоттера больше ограничений при обработке 3D-фигур;
• есть ограничения в выборе фрез;
• рабочий стол плоттера не имеет пазов для установки струбцин, которые нужны для жёсткого закрепления материала;
• есть ограничения в скорости обработки многих материалов — например, алюминий будет обрабатываться медленнее, а вот с пластиком и композитом проблем не будет.

Поэтому для изготовления многих рекламных конструкций плоттер действительно может выступить в роли фрезерного агрегата. Но для мебельного производства, тем более при обработке металлов нужно специализированное оборудование».

Руководитель проекта Zünd компании Oktoprint Виктор Миленин придерживается иного мнения: «Можно сказать, что мнение о пригодности универсального станка только для единичных заказов или моделирования следует отнести к разряду мифов. Универсальные станки могут качественно и быстро обрабатывать пластики, оргстекло (трудно сказать предельную толщину, но до 10 мм, а, может быть, и более), любые алюминиевые композиты, тонкие (до 3 мм) алюминиевые листы и т. п., причём в требуемом количестве. Однозначно то, что следует выбирать фрезерный станок, когда речь идёт о постоянной обработке материалов толщиной в несколько сантиметров».

Как ни парадоксально, универсальность порой позволяет работать в узкой нише. Технология Raster от Zünd удобна для изготовления тактильных табличек Брайля для незрячих и слабовидящих: фрезерующий модуль подготавливает отверстия, а специальный инструмент вставляет в них штифты для создания выпуклых точек. Таблички можно изготовить из дерева, алюминия, акрила и других пластиков.

Производительность

Как и у многих видов техники, производительность режущего плоттера прямо не зависит от скорости перемещения рабочей головки (выбирая инструмент, обратите внимание, о какой скорости идёт речь: скорость холостого хода — особая величина).

Увеличение максимальной линейной скорости перемещения, даже если речь идёт о рабочем режиме, не даёт пропорционального увеличения производительности. Если, например, скорость повысилась вдвое, то реальный выход продукции может вырасти только на 20% – поскольку далеко не всё время занято именно рабочей операцией (резкой, биговкой, фрезеровкой). Таким образом, высокая скорость перемещения инструмента окажет большее влияние в автоматизированных системах, где меньше времени теряется на замену материала и т. п. операции. Но главный ограничитель скорости – это свойства самих материалов. На многих материалах качество раскроя обратно пропорционально скорости. Например, если при резке гофрокартона скорость движения ножа превысит оптимальную, он может деформироваться, что приведёт к совершенно неприемлемому качеству. К тому же повышение скорости ускоряет износ механизмов привода.

Повысить производительность может такая опция, как интерфейс распознавания штрих-кода, но, чтобы он работал, необходимо создавать файлы в общем программном пространстве принтера и режущего плоттера.

В плоттерах ESKO-Kongsberg XP один из элементов, повышающих производительность, – автоматическая калибровка после замены инструмента. После замены режущего инструмента (ножа или фрезы) плоттер должен «знать», какова длина нового инструмента. Для этого в моделях ХР установлен специальный сенсор.

В момент выполнения задания плоттер управляется не непосредственно оператором, он автоматически выполняет команды управляющего компьютера. Поэтому эффективность сильно зависит от ПО.

Программное обеспечение

ПО для плоттеров — высокотехнологичный продукт. Машина должна знать, по какой траектории вести тот или иной инструмент на каждом конкретном материале, для максимального качества или максимальной производительности. Надо и учитывать толщину материала (подробнее – в статье В. Миленина «Семь раз отмерь», стр. 60).

Например, EZ Control от MultiCam — одна из наиболее мощных, но и простых для оператора систем управления движением, из применяемых на сегодняшний день в станках с ЧПУ. Само название намекает на «простое управление». Среди функций — электронная система защиты глубины, коррекция работы в зависимости от инструмента, коррекция скорости резки или частоты вращения шпинделя в зависимости от материала и т. д.

Поскольку Kongsberg является подразделением ESKO, то набор программных продуктов, в том числе и для разработки упаковки, теперь интегрирован. Благодаря этому можно сделать дизайн в ArtiosCAD и через минимальное время получить результат – образец, вырезанный на Kongsberg.

Кроме программ, управляющих самой машиной, дизайнеру желательно иметь специализированные программы для работы с плоттерами: это сделает его работу и легче, и продуктивнее. Например, ESKO i-cut Preflight предназначена для проверки файлов перед отправкой на резку. Выполнять необходимые для этого операции в ней гораздо удобнее, чем в Adobe Illustrator. Все объекты редактируются отдельно, можно сделать припуск для резки, сгенерировать аналогичное изображение на оборот изделия. И это только часть из богатого функционала программы.

Zünd считает преимуществом своего плоттера то, что он является «открытой» системой и работает со множеством программ: GTK Drive/GTK Vision; семейство продуктов CAD/CAM Impact, OPTIScout и т. д.

Специализированное ПО Zünd Cut Center способствует автоматизации процесса печати и резки, сокращает сроки настройки и подготовки работы, экономит время и упрощает работу оператора: при импорте чертежа происходят ряд автоматических проверок и даже его чистка, программа пытается автоматически «подобрать» инструмент для каждого слоя чертежа, имеются функции коррекции траектории инструмента в соответствии с его формой и свойствами материала. За это Zünd Cut Center отмечено престижной EDP Award в 2011 г.

Экономика и цены

Оптимальная раскладка, которую «обучены» делать специализированные программы (например, ESKO i-cut Preflight Layout), сэкономит десятки процентов материала: это, пожалуй, один из главных моментов, которые надо учитывать при расчёте рентабельности. К тому же они ускоряют работу конструктора, следовательно, сокращают простои.

Цена «железа» у режущих плоттеров сильно колеблется в зависимости от комплектации. Виктор Миленин считает, что высокая цена швейцарских плоттеров Zünd – это ещё один миф, возникающий от недопонимания принципа модульности оборудования. Цена плоттера соответствует его потребительским свойствам и адекватна его универсальности и надёжности. Модульность позволяет выбирать оборудование исходя из бюджета и конкретных производственных задач и, при необходимости, дооснащать его впоследствии без существенных затрат.

Похожая идеология у Summa: F-1612 – это «системная» платформа, которая может дополняться требуемыми опциями. Собранный под требования заказчика плоттер в дальнейшем может быть дополнен любыми модулями и инструментами. Даже новые инструменты (например, недавно появившийся фрезерный модуль) можно без опасения устанавливать на уже работающий плоттер.

Таких очевидных расходных материалов, как чернила или фотобарабаны, в режущих плоттерах нет. Но надо иметь в виду необходимость замены ножей или покупки новых инструментов. Покрытие для конвейерной подачи, несмотря на высокую устойчивость, тоже иногда приходится менять.

Для многих материалов плоттер — единственная возможность послепечатной обработки. Но и при работе с обычным картоном он рентабелен, если тираж невысок. По мнению Esko, даже при ручной подаче плоттер актуален при тираже до 150 листов. При использовании автоматизированных систем подачи и приёмки рентабельность достигается при тиражах до 400 экз. Разумеется, этот расчёт нельзя механически переносить на все случаи жизни, тем более – на каждую отдельно взятую страну. Но постепенное распространение малотиражной упаковки, о которой говорилось в прошлом номере (Захаржевский Ю. Мал тираж, да дорог // Publish № 10, 2012), внушает оптимизм.

К тому же преимущества цифровых систем растут при совмещении маленьких тиражей: на «цифре» можно каждый лист заполнять разными изделиями.

Заключение

Цифровая печать растёт ощутимо быстрее традиционных способов. Но чтобы реализовать произведённую на «цифре» продукцию и получить прибыль, уже недостаточно просто запечатывать листы или рулоны. Фантазия дизайнеров создаёт всё более причудливые изделия, среди которых большинство требует послепечатной отделки.

Изготовление объёмных изделий приносит гораздо большую прибыль, чем простая печать. А если компания неспособна предоставить резку готовой продукции, она упустит значительную часть клиентов. Поэтому планшетный плоттер — необходимое оборудование для цифровых типографий, которые занимаются наружной и интерьерной рекламой, сувенирными изделиями и т. п. От него зависит и производительность, и качество продукции.

Фото предоставлено производителями и поставщиками