Nesting — jak układać elementy na arkuszu i marnować mniej materiału

Czym jest nesting

Nesting (z ang. nest — gniazdo) to rozmieszczenie elementów do wycięcia na arkuszu materiału. Cel: zmieścić jak najwięcej sztuk i nie złamać zasad cięcia — odstępu między elementami, marginesu od krawędzi i kierunku słojów, jeśli ma znaczenie. Płyta kosztuje, a to, co zostaje między elementami, zwykle ląduje w koszu.

Miarą jest wykorzystanie arkusza — pole wyciętych elementów podzielone przez pole arkusza. Stu procent nie osiągniesz przy żadnym kształcie innym niż prostokąt: sam nietoperz wypełnia tylko 44% prostokąta, w który jest wpisany. Przy takim kształcie 40% to dobry wynik, a skok z 25 do 40% oznacza ponad jedną trzecią płyt mniej na to samo zamówienie.

Ręcznie czy automatycznie

Układ w rzędach zrobisz w programie do lasera w minutę: kopiujesz element w siatkę (w LightBurnie „Grid Array”). Przy prostokątach i kołach to często wystarcza. Przy nieregularnych kształtach każdy element zajmuje jednak cały swój prostokąt.

Ręcznie da się lepiej: obrócić co drugi element, wsunąć skrzydło między skrzydła, dołożyć kilka sztuk na brzegu. Dwa nietoperze obrócone o 90° w wolnym pasie po prawej dają 14 sztuk zamiast 12. Do 19 dojdziesz dopiero, dopasowując każdy element do sąsiadów — to potrafi zająć pół godziny i trzeba to powtarzać przy każdej zmianie rozmiaru albo arkusza.

Na jednym arkuszu różnica to kilka sztuk. Przy serii — kilka albo kilkanaście płyt.

Przykład: ile kosztuje odpad w miesiącu

Założenia (przykład): sklejka 3 mm, arkusz 600 × 400 mm za 12 zł, nietoperz szerokości 150 mm, odstęp 3 mm, margines 5 mm. W rzędach mieści się 12 sztuk, po nestingu — 19.

Teraz miesiąc pracowni, która tnie ok. 1000 takich elementów. Materiał w samych nietoperzach jest wart ok. 254 zł. W rzędach płacisz za płyty 1008 zł, więc ok. 750 zł idzie na odpad, po nestingu — ok. 380 zł. Do tego 31 wymian płyty mniej: przy 2 minutach na arkusz to godzina pracy, czyli przy stawce 80 zł/h kolejne ok. 80 zł. Razem ok. 450 zł miesięcznie, ponad 5 tys. zł rocznie — na jednym kształcie i najtańszej płycie. Czas samego cięcia się nie zmienia, bo linii jest tyle samo. Przy akrylu albo litym drewnie arkusz kosztuje kilka razy więcej — i tyle razy większa jest różnica. Jak doliczyć odpad do ceny, opisujemy w poradniku o wycenie cięcia laserem.

Nie każdy kształt zyska tyle. Ten sam arkusz i ustawienia, jeden kształt naraz:

Im więcej wcięć, wypustek i skrzydeł, tym więcej da nesting. Koła, serca i prostokąty układają się dobrze już w rzędach — tam więcej daje rozsądny odstęp i przesunięcie co drugiego rzędu o pół elementu.

Obracanie i odbicia lustrzane

Najwięcej miejsca zyskujesz, obracając elementy tak, żeby wypukłość jednego weszła we wcięcie drugiego. W układzie z nietoperzami 10 z 19 sztuk jest obróconych, a 9 odbitych lustrzanie. Element bez graweru odbity lustrzanie to po prostu ten sam element odwrócony na drugą stronę. Tę swobodę trzeba jednak ograniczyć w trzech sytuacjach:

• Grawer, napis, logo. Obrót jest w porządku — grawer obraca się razem z elementem. Odbicie odwróci jednak napis, więc elementów z grawerem nie odbijaj nigdy.
• Materiał z lepszą stroną — ładniejsza okleina na wierzchu, akryl lustrzany, laminat grawerski. Odbity element niesymetryczny (litera, lewy i prawy bok) trzeba po wycięciu odwrócić, a wtedy dobra strona ląduje pod spodem.
• Kierunek słojów — o tym niżej.

Sprawdź, czy Twój program pozwala wyłączyć odbicia, i przed cięciem obejrzyj podgląd arkusza — napis czytany od tyłu widać od razu.

Małe elementy w otworach i lukach

Środek ramki na zdjęcie, wnętrze wieńca czy litery O to materiał, który normalnie wypada do tacy. Jeśli w zamówieniu są drobne elementy — zawieszki, literki, żetony — wstaw je właśnie tam. To samo z lukami między dużymi elementami: między skrzydłami nietoperzy zostaje sporo miejsca.

Wypełniacze mają sens, gdy masz na nie zbyt: gratis do paczki, etykiety do prezentów, próbki. Materiał jest prawie darmowy, czas lasera — nie: 88 serduszek to prawie 6 m dodatkowej linii cięcia, ponad połowa tego, co tnie się w 19 nietoperzach (ok. 11 m). Przy drobnych elementach pamiętaj też o dwóch rzeczach:

• Kolejność cięcia. Najpierw mały element, potem otwór, na końcu obrys dużego. Jeśli najpierw wytniesz otwór, jego środek razem z miejscem na mały element może opaść albo się przesunąć. W LightBurnie pilnuje tego opcja „Cut inner shapes first” w ustawieniach optymalizacji.
• Drobiazgi a stół. Elementy mniejsze niż oczko plastra miodu wpadają pod spód albo się przechylają i wiązka trafia w ich krawędź. Podeprzyj je szpilkami albo zostaw mostki, które utrzymają je w arkuszu.

Odstęp między elementami: rez i ciepło

Odstęp w programie liczy się między liniami projektu, czyli środkami cięć. Wiązka zabiera z niego rez — zwykle 0,1–0,3 mm, zależnie od lasera, soczewki i materiału. Przy odstępie 0,5 mm między dwoma cięciami zostaje więc pasek drewna cieńszy niż pół milimetra.

Rez to nie wszystko. Cienki pasek między dwoma cięciami nie ma gdzie oddać ciepła: ciemnieje, wygina się, potrafi się przepalić albo zapalić, a krawędzie obu elementów wychodzą ciemniejsze — więcej w poradniku o przypaleniach przy cięciu laserem. Punkt wyjścia:

• Sklejka, MDF i akryl 3–4 mm: odstęp 2–3 mm.
• Grubsze płyty (6 mm i więcej): np. 4–5 mm — cięcie trwa dłużej i mocniej grzeje.
• Margines od krawędzi: 5 mm i więcej. Brzegi płyt bywają obite, a na brzegu wypaczonej płyty ucieka ostrość.

Najpewniej sprawdzisz to na swojej maszynie: wytnij pary prostokątów z odstępem 1, 2 i 3 mm i zobacz, przy którym pasek zostaje jasny i sztywny. Sam rez zmierzysz testem materiału.

Kierunek słojów

Przy sklejce kierunek słojów zewnętrznej okleiny ma znaczenie z dwóch powodów:

• Wygląd. Ścianki pudełka czy komplet podkładek wyglądają spójnie, gdy słoje na wszystkich idą w tę samą stronę. Grawer w poprzek słojów potrafi też wyjść inaczej niż wzdłuż.
• Wytrzymałość cienkich części. Typowa sklejka 3 mm ma trzy warstwy, a dwie zewnętrzne biegną w tym samym kierunku. Wąski pasek wycięty wzdłuż słojów okleiny ma włókna wzdłuż w dwóch warstwach z trzech, w poprzek — tylko w jednej. Cienkie palce, uszka zawieszek i litery z wąskimi mostkami ustawiaj więc wzdłuż słojów.

W nestingu oznacza to obroty tylko o 0° i 180° — słoje zostają równoległe. Mieści się wtedy zwykle mniej sztuk, więc blokuj obroty tylko tam, gdzie słoje naprawdę mają znaczenie. MDF, HDF i akryl słojów nie mają. O klasach okleiny piszemy we wpisie Sklejka do lasera.

Wspólna linia cięcia (common line)

Prostokątne elementy można ustawić krawędzią do krawędzi, bez odstępu, i ciąć jedną linią dwa elementy naraz. To wspólna linia cięcia (ang. common line cutting).

Plusy są konkretne: krótsze cięcie (w przykładzie 1120 zamiast 1600 mm), mniej materiału i mniej ciepła w płycie. Ryzyka też:

• Podwójne linie. Samo przysunięcie elementów nie tworzy wspólnej linii — w pliku zostają dwa kontury jeden na drugim i laser przejdzie krawędź dwa razy: szerszy, przypalony rez i podwójny czas. Duplikaty trzeba usunąć (w LightBurnie: Edit → Delete Duplicates) — więcej w poradniku o błędach w plikach do cięcia laserem.
• Wymiar elementów. Na wspólnej krawędzi każdy element traci pół rezu, tak jak przy osobnym konturze. Jeśli jednak kompensujesz rez (np. przy łączeniach na wcisk), rozsuń elementy dokładnie o szerokość rezu i tnij jedną linią pośrodku.
• Przesuwające się elementy. Po przecięciu wspólnej linii element trzyma się arkusza z mniejszej liczby stron i może się przesunąć, a kolejne cięcie trafi obok. Tnij rzędami od jednej strony, przy drobnych elementach zostaw mostki.
• Skrzyżowania i krzywe. Na skrzyżowaniach linii wiązka przechodzi dwa razy — na rogach płytek mogą zostać ciemniejsze kropki. A krzywe dwóch różnych elementów praktycznie nigdy się nie pokrywają, więc wspólna linia ma sens przy prostokątach i wielokątach: płytkach, tabliczkach, przegródkach.

Przy łączeniach na wcisk i elementach, w których liczy się każda dziesiąta milimetra, zacznij od osobnych konturów.

Arkusze odpadowe, czyli resztki płyt

Z prawie każdego zlecenia zostaje kawałek płyty: pas przy brzegu, róg, arkusz z dziurami po wyciętych elementach. Wyrzucony — to strata. Odłożony bez podpisu — po miesiącu nikt nie pamięta, czy to 3, czy 4 mm. Prosty system:

1. Podpisz od razu: materiał, grubość zmierzona suwmiarką, data.
2. Przechowuj płasko — cienka resztka oparta o ścianę szybko się wypacza. Paski węższe niż najmniejszy element z dwoma marginesami wyrzucaj bez żalu.
3. Przy nowym zleceniu zacznij od resztek, zwłaszcza przy drobnych elementach i próbnych cięciach.
4. Licz resztkę w wycenie. Jeśli po zamówieniu zostaje ćwierć arkusza, której nie wykorzystasz, dolicz klientowi cały arkusz.

Resztki mają jedną wadę: nieregularny kształt, na którym ręczne układanie trwa najdłużej. Tu automat robi największą różnicę. Nesting Laser MTS sam układa elementy według ich prawdziwego kształtu i obraca je, dokłada drobne wypełniacze z biblioteki w wolne miejsca, a resztkę płyty dodajesz ze zdjęcia — program sam znajduje na niej wolny materiał, także wokół dziur po poprzednich elementach, i układa na nim części, zanim sięgnie po nowy arkusz. Przy wielu zamówieniach naraz automatyczny nesting zamówień rozkłada całość na kolejnych arkuszach. Wynik pobierasz jako SVG, DXF albo projekt LightBurna (.lbrn2).