نستینگ در برش لیزری چیست؟ راز کاهش مصرف ورق و ضایعات در تولید

نستینگ در برش لیزری یعنی چیدن هوشمندانه قطعات روی یک ورق فلزی پیش از شروع برش، به شکلی که فضای خالی کمتری باقی بماند و از سطح قابل استفاده ورق بیشترین بهره گرفته شود. کاهش ضایعات ورق، افزایش بهره‌وری متریال، چیدمان قطعات و بهینه‌سازی برش نتیجه مستقیم همین مرحله هستند. اما یک نکته مهم وجود دارد: بهترین چیدمان لزوما چیدمانی نیست که قطعات را با کمترین فاصله ممکن کنار هم قرار دهد؛ مسیر برش، حرارت، پایداری قطعه، جهت ورق و محدودیت‌های دستگاه هم باید در نظر گرفته شوند. 

نستینگ چگونه مصرف ورق را کاهش می‌دهد؟

نستینگ با کاهش فضای مرده بین قطعات و استفاده بهتر از سطح ورق، مقدار متریالی را که برای ساخت هر قطعه لازم است پایین می‌آورد. نرم‌افزار به‌جای اینکه قطعات را جداگانه روی ورق قرار دهد، آن‌ها را به‌عنوان یک مجموعه بررسی می‌کند و به دنبال آرایشی می‌گردد که فضای خالی کمتری ایجاد کند.

برای درک بهتر، دو ورق یکسان را تصور کنید. در حالت اول، قطعات بزرگ در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند اما فضای خالی بین لبه‌های آن‌ها باقی مانده است. در حالت دوم، قطعات با چرخش مناسب در کنار هم قرار گرفته‌اند و قطعات کوچک‌تر در فضاهایی جا گرفته‌اند که در حالت اول تبدیل به ضایعات می‌شدند. تعداد قطعات تولیدشده یکی است، اما میزان ورق مصرفی یکسان نیست. برای خرید دستگاه برش لیزر F-3015-3000 w کلیک کنید.

میزان استفاده از ورق یا Material Utilization یکی از شاخص‌های مهم برای بررسی نتیجه نستینگ است. هرچه سهم بیشتری از سطح قابل استفاده ورق به قطعات نهایی اختصاص پیدا کند، مقدار اسکلت و ضایعات باقی‌مانده کمتر خواهد بود. البته این درصد به تنهایی معیار کافی برای ارزیابی برنامه تولید نیست؛ چون تعداد سوراخ‌کاری‌ها، مسیر حرکت هد، فاصله قطعات، حرارت و ترتیب برش نیز روی عملکرد واقعی اثر می‌گذارند. 

چه عواملی بیشترین تأثیر را روی مصرف ورق دارند؟

• ابعاد ورق خام
• شکل هندسی قطعات
• تعداد قطعات موردنیاز
• امکان چرخش قطعات
• فاصله مجاز بین قطعات
• جهت بافت یا پرداخت سطح ورق
• محدودیت‌های دستگاه برش لیزری
• وجود سوراخ و فضای داخلی قطعات
• امکان استفاده از ورق‌های باقی‌مانده
• قوانین ایمنی و پایداری قطعات هنگام برش

تفاوت True-Shape Nesting با چیدمان معمولی چیست؟

True-Shape Nesting قطعات را بر اساس شکل واقعی آن‌ها روی ورق قرار می‌دهد، نه بر اساس یک مستطیل فرضی که دور هر قطعه کشیده شده است. همین تفاوت در قطعات نامنظم می‌تواند مقدار زیادی از فضای بلااستفاده را از بین ببرد. 

در روش ساده‌تر، نرم‌افزار ممکن است برای یک قطعه L شکل، محدوده مستطیلی اطراف آن را در نظر بگیرد. در این حالت قسمت خالی داخل L عملا قابل استفاده تلقی نمی‌شود. اما در True-Shape Nesting خودِ لبه‌های واقعی قطعه بررسی می‌شوند. بنابراین قطعه دیگری می‌تواند در قسمت فرورفته آن قرار بگیرد.

این موضوع برای قطعاتی با فرم‌های L، U، T، منحنی، حلقه‌ای، شیار‌دار و نامنظم اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. حتی سوراخ یا فضای داخلی بعضی قطعات نیز می‌تواند در شرایط مناسب محل قرارگیری قطعه‌ای کوچک‌تر باشد. برای خرید قیچی الکترومکانیک 2002 کلیک کنید. 

چرا شکل قطعات در بهینه‌سازی مصرف ورق اهمیت دارد؟

شکل هندسی قطعه یکی از مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده مقدار ضایعات است. یک قطعه مستطیلی ساده معمولا به‌صورت طبیعی فضای ورق را خوب پر می‌کند، اما قطعات دارای قوس، زائده، فرورفتگی و گوشه‌های نامنظم می‌توانند فضای خالی زیادی اطراف خود ایجاد کنند.

برای مثال، دو براکت L شکل را در نظر بگیرید. اگر هر دو در یک جهت قرار بگیرند، فضای خالی قابل‌توجهی بین آن‌ها باقی می‌ماند. با چرخاندن یکی از قطعات، امکان قرار گرفتن آن در فضای خالی قطعه دیگر ایجاد می‌شود. این همان جایی است که چرخش قطعات و درهم‌نشینی هندسی ارزش خود را نشان می‌دهند.

در یک سفارش ترکیبی، موضوع حتی جذاب‌تر می‌شود. فرض کنید تعداد زیادی قطعه بزرگ در کنار تعدادی قطعه کوچک قرار دارند. قطعات کوچک می‌توانند از فضاهایی استفاده کنند که برای قطعه بزرگ قابل استفاده نیستند. در بعضی الگوریتم‌ها، امکان قرار دادن قطعات کوچک داخل بازشو یا فضای داخلی قطعات بزرگ نیز بررسی می‌شود.

این مقاله را از دست ندهید: در چه مواردی برش لیزر ممنوع است

آیا نستینگ فقط برای کاهش ضایعات ورق است؟

خیر. نستینگ علاوه بر کاهش مصرف متریال، می‌تواند روی زمان تولید، مسیر حرکت هد، تعداد عملیات و هزینه نهایی قطعه نیز اثر بگذارد. دلیلش این است که چیدمان قطعات با برنامه برش ارتباط مستقیم دارد.

در یک چیدمان مناسب، امکان دارد فاصله حرکت بدون برش هد کمتر شود. همچنین در بعضی شرایط، قطعات مجاور می‌توانند از Common-Line Cutting یا برش مشترک استفاده کنند؛ یعنی یک مسیر برش مشترک میان دو قطعه ایجاد شود. این روش در صورت سازگاری با هندسه، دستگاه و الزامات تولید می‌تواند تعداد مسیرهای تکراری را کاهش دهد. 

از طرف دیگر، تراکم بیش از اندازه می‌تواند نتیجه معکوس داشته باشد. فاصله بسیار کم ممکن است کنترل حرارت را دشوار کند یا پایداری قطعات کوچک را هنگام برش کاهش دهد. در ماشین‌های تخت لیزری، پژوهش‌ها حتی احتمال برخورد هد با قطعاتی که پس از برش از جای خود بلند شده‌اند را به‌عنوان یکی از محدودیت‌های واقعی مسئله Nesting بررسی کرده‌اند. بنابراین می‌توان اثر نستینگ را در چند حوزه دید:

• کاهش ضایعات ورق
• افزایش بهره‌وری ورق
• بهبود برنامه‌ریزی تولید
• کاهش مقدار متریال موردنیاز
• کمک به کنترل هزینه مواد اولیه
• امکان استفاده مجدد از باقی‌مانده‌ها
• کاهش بخشی از حرکت‌های غیرضروری هد

در واقع، نستینگ موفق باید بین صرفه‌جویی در ورق و قابلیت اجرای واقعی برنامه تعادل ایجاد کند. برای خرید خم کن هیدرولیک Panbrake 4003 کلیک کنید.

مراحل انجام نستینگ در برش لیزری چگونه است؟

فرایند معمول با آماده‌سازی فایل‌های قطعات شروع می‌شود و بعد از تعیین متریال و محدودیت‌های تولید، نرم‌افزار بهترین آرایش قابل‌اجرا را جست‌وجو می‌کند. در پایان، چیدمان به مرحله CAM و ایجاد مسیرهای برش منتقل می‌شود.

1. آماده‌سازی فایل قطعه

هندسه قطعات معمولا از محیط CAD و در قالب‌هایی مانند DXF وارد فرایند می‌شود. خطوط باز، خطوط تکراری یا هندسه نامناسب می‌توانند باعث ایجاد مشکل در مرحله بعد شوند.

2. تعیین مشخصات ورق

ابعاد ورق، ضخامت، جنس و در صورت نیاز جهت بافت یا پرداخت سطح مشخص می‌شود.

3. تعیین تعداد قطعات

نرم‌افزار باید بداند از هر قطعه چند عدد لازم است. ترکیب چند قطعه متفاوت می‌تواند فرصت‌های بیشتری برای استفاده از فضای خالی ایجاد کند.

4. تعیین قوانین چیدمان

فاصله بین قطعات، فاصله از لبه ورق، محدودیت چرخش و سایر قوانین تولید وارد می‌شوند.

5. اجرای الگوریتم نستینگ

نرم‌افزار آرایش‌های مختلف را بررسی می‌کند تا به ترکیبی با بهره‌وری مناسب برسد. در روش‌های پیشرفته، الگوریتم‌های بهینه‌سازی می‌توانند تعداد زیادی حالت را بررسی کنند. 

6. بررسی نهایی

درصد استفاده از ورق، مقدار باقی‌مانده، موقعیت قطعات و قابلیت اجرای چیدمان کنترل می‌شود.

7. تولید مسیر برش

در مرحله CAM، اطلاعات لازم برای مسیر برش، ترتیب عملیات و پارامترهای دستگاه آماده می‌شود. نستینگ به‌تنهایی جایگزین برنامه‌ریزی کامل برش نیست.

چه زمانی نستینگ بیشترین صرفه‌جویی را ایجاد می‌کند؟

بیشترین ظرفیت صرفه‌جویی معمولا زمانی دیده می‌شود که سفارش شامل قطعات متعدد با اندازه و شکل متفاوت باشد. در چنین پروژه‌ای، چیدمان دستی سخت‌تر می‌شود و فضای خالی بین قطعات نیز می‌تواند بیشتر باشد.

قطعات کاملاً مستطیلی معمولا از قبل قابلیت چیدمان نسبتا خوبی دارند؛ بنابراین استفاده از الگوریتم پیچیده‌تر لزوماً تغییر بزرگی ایجاد نمی‌کند. در مقابل، قطعات L شکل، U شکل، منحنی، حلقه‌ای و مجموعه‌های چندشکلی فرصت بیشتری برای درهم‌نشینی دارند. 

یک عامل مهم دیگر، تعداد قطعات است. وقتی تعداد قطعات کم باشد، آزادی عمل برای پیدا کردن یک آرایش ایده‌آل محدودتر است. اما در سفارش‌های بزرگ، الگوریتم می‌تواند از ترکیب قطعات مختلف برای پر کردن فضاهای خالی استفاده کند.

بنابراین برای ارزیابی عملکرد یک سیستم نستینگ، بهتر است به جای یک وعده ثابت درباره درصد کاهش مصرف، نتیجه واقعی چند سفارش مشابه قبل و بعد از بهینه‌سازی مقایسه شود.

آیا هرچه قطعات فشرده‌تر باشند بهتر است؟

نه. چیدمان فشرده فقط زمانی مفید است که همچنان برای برش، تخلیه قطعات و کنترل حرارت قابل اجرا باشد. تلاش برای حذف تمام فاصله‌های بین قطعات می‌تواند مشکلات تولیدی ایجاد کند.

در برش لیزری، حرارت ایجادشده، ترتیب برش، ضخامت ورق و شکل قطعات روی رفتار ورق اثر می‌گذارند. قطعات کوچک یا باریک ممکن است پس از جدا شدن از ورق حرکت کنند یا بالا بیایند و در مسیر هد قرار بگیرند. به همین دلیل، نرم‌افزارهای حرفه‌ای و برنامه‌ریزی CAM باید محدودیت‌های تولید را نیز لحاظ کنند. 

از طرف دیگر، جهت قرارگیری قطعه نیز همیشه آزاد نیست. بعضی ورق‌ها دارای جهت بافت یا پرداخت سطح هستند و در چنین شرایطی چرخاندن آزادانه قطعه ممکن است از نظر ظاهری یا تولیدی قابل قبول نباشد. 

• آیا همه قطعات بدون آسیب برش می‌خورند؟
• آیا فاصله‌ها برای شرایط واقعی مناسب هستند؟
• آیا قطعات بعد از برش پایدار می‌مانند؟
• آیا مسیر برش منطقی است؟
• آیا باقی‌مانده ورق قابل استفاده است؟
• آیا تعداد ورق مصرفی واقعاً کاهش پیدا کرده است؟

سخن پایانی

نستینگ در برش لیزری در اصل یک مسئله ساده چیدن چند قطعه کنار یکدیگر نیست؛ یک مرحله مهم در برنامه‌ریزی تولید است که می‌تواند مقدار مصرف ورق، ضایعات، تعداد ورق‌های موردنیاز و حتی بخشی از زمان ماشین‌کاری را تحت تأثیر قرار دهد.

مهم‌ترین نکته این است که درصد استفاده از ورق را نباید جدا از واقعیت تولید بررسی کرد. یک چیدمان فشرده زمانی ارزشمند است که قطعات با کیفیت مناسب، مسیر منطقی و بدون ایجاد مشکل برای دستگاه برش تولید شوند.

برای قطعات نامنظم، استفاده از True-Shape Nesting، ترکیب قطعات مختلف، چرخش کنترل‌شده و مدیریت ورق‌های باقی‌مانده می‌تواند فرصت بیشتری برای کاهش مصرف ورق ایجاد کند؛ البته نتیجه واقعی باید با شرایط هر سفارش و هندسه قطعات سنجیده شود.

سوالات متداول

نستینگ در برش لیزری چیست؟

نستینگ فرایند چیدمان قطعات مختلف روی ورق پیش از برش است. نرم‌افزار با بررسی شکل، تعداد و ابعاد قطعات تلاش می‌کند فضای قابل استفاده ورق را بهتر پر کند و مقدار باقی‌مانده را کاهش دهد. نتیجه نهایی باید علاوه بر مصرف مناسب متریال، قابلیت اجرای ایمن روی دستگاه را هم داشته باشد. 

آیا نستینگ باعث کاهش هزینه برش لیزری می‌شود؟

می‌تواند هزینه بخش مربوط به مواد اولیه را کاهش دهد، چون برای تولید همان تعداد قطعه ممکن است ورق کمتری مصرف شود. با این حال، قیمت نهایی فقط به مصرف ورق وابسته نیست و عواملی مانند زمان برش، تعداد سوراخ‌کاری، گاز، آماده‌سازی و عملیات تکمیلی نیز در آن نقش دارند. 

True-Shape Nesting چه تفاوتی با نستینگ معمولی دارد؟

در True-Shape Nesting، شکل واقعی قطعات برای پیدا کردن محل مناسب استفاده می‌شود؛ بنابراین قطعات نامنظم می‌توانند بهتر در کنار یکدیگر قرار بگیرند. در روش مبتنی بر Bounding Box، هر قطعه عملا داخل یک محدوده مستطیلی فرضی قرار می‌گیرد و بخشی از فضای خالی اطراف شکل از دست می‌رود. 

آیا می‌توان قطعات کوچک را داخل فضای خالی قطعات بزرگ قرار داد؟

در برخی سیستم‌های Nesting بله. این قابلیت با عنوان Part-in-Part Nesting شناخته می‌شود و در صورت سازگاری هندسه می‌تواند از فضای داخلی بازشوها یا قسمت‌هایی که در حالت عادی ضایعات محسوب می‌شوند استفاده کند

منبع:

sendcutsend.com