Разработка технологии изготовления высококачественных макетов из сплошного картона на режущем плоттере Wild TA-10

Устройства плоттера - масштабный фактор.

Файл - Импорт - Импорт трехмерного изображения

С помощью этой функции возможен импорт трехмерных объектов из таких систем, как, например, 3D-Studio. Это может потребоваться при создании дизайна, который основан на объекте, взятом из трехмерной системы (при помощи сканера) - возможно применение трехмерного изображения для уверенности в том, что объект полностью соответствует размерам упаковки.

При активизации функции появляется диалоговое окно Импорт трехмерного изображения. Выбираются и отмечаются импортируемые данные и нажимается клавиша Открыть. При активизации опции Просмотр отмеченное изображение будет показано детально.

Если проект уже открыт, будет показано подтверждающее диалоговое окно, которое дает возможность вставки данных в текущий проект или создания нового проекта. При использовании активного проекта и активного слоя, являющегося трехмерным слоем, объект будет импортирован в этот слой, в противном случае будет создан новый трехмерный слой. При создании нового проекта будет создан проект с отдельным трехмерным слоем.

Файл - Экспорт - Экспорт

С помощью этой функции возможен экспорт активных чертежей в другом формате - например, IPDS Version 4, CF2, DXF или в качестве данных программы Impact.

При активизации функции появляется диалоговое окно Экспорт.

Определяются данные, под которыми будет запомнены данные.

Имя данных - дается название созданным данным.

Сохранить как тип - выбирается из списка формат, который будет использован при экспорте данных.

При нажатии на Сохранить будет показано подтверждающее диалоговое окно, где могут быть затребованы по желанию все блоки и символы. Нажатие на ОК приведет к появлению диалогового окна Экспорт данных. Диалоговое окно Экспорт данных содержит:

1. Установки - выбор из списка соответствующих установок для экспорта. Установки будут сохранены в опции Установки основных функций. Для временного изменения установок необходим двойной щелчок или щелчок правой кнопкой мышки на соответствующее название и измените значения в диалоговом окне Установки импорта/экспорта.

Формат экспортируемых данных будет показан сверху на правой стороне диалогового окна. В текстовом блоке в левом нижнем углу страницы будет показано описание избранных установок.

Опции.

Десятичные места - желаемое число показываемых десятичных мест для экспортируемых данных.

Устройство плоттера - фактор скалирования.

Использование установок видимости - необходимо установить, только ли видимые элементы экспортируются.

Игнорирование несоответствия палитр - при активировании этой функции элементы, не входящие в состав палитры, не будут импортироваться.

Если проект имеет несколько слоев, необходимо указать, будут ли экспортироваться все слои или только активные. В случае экспорта всех слоев будет показано диалоговое окно Экспорт слоев. Данное диалоговое окно содержит все слои активных проектов, а также названия и маршруты соответствующих данных. Если данные уже существуют, то будет активировано соответствующее диалоговое окно. При нажатии на кнопку ОК данные будут сохранены, а все существующие данные будут переписаны.

При экспорте данных в формате CFF2 по желанию можно указать подробности запроса. Эта информация будет сохранена внутри данных формата CFF2.

Файл - Экспорт - Экспорт трехмерного изображения

Эта функция позволяет экспортировать трехмерные изображения в различных форматах данных - 3D Studio Binary (*.asc), Impact 3D Interchange (*.3da), VRML 1.0 (*.wrl) и Impact 3D (*.i3d). Формат данных Impact 3D является запатентованным форматом, который может быть импортирован в только должным образом оснащенные Impact CAD\CAM системы. Формат Impact 3D Interchange поддерживает только геометрическую информацию. Формат 3D Studio Binary является стандартным форматом трехмерного моделирования и также поддерживает только трехмерную информацию. Формат VRML поддерживает еще и текстурную информацию.

При активировании функции появляется диалоговое окно Экспорт трехмерных изображений, содержащее информацию:

О запуске и сохранении данных.

Название данных - необходимо ввести название.

Сохранить как тип - выберите из списка формат, который будет использован при экспорте данных.

Файл - Повторная регистрация в PDB

Эта функция позволяет осуществить регистрацию в проектном банке данных под своим пользовательским именем, а также зарегистрироваться заново под другим именем. Появится диалоговое окно с вопросом «Вы действительно хотите зарегистрироваться в банке данных?». При положительном ответе все текущие чертежи будут закрыты. Также возможно определить, сохранять ли сделанные изменения. Смотри Файл - Сохранить. Далее появится диалоговое окно Проект - Просмотр (в зависимости от ваших установок банка данных), где можно перевести проекты из рабочей области пользователя в центральный банк данных. В заключение появится диалоговое окно Регистрация, где требуется ввести имя пользователя и пароль нового пользователя.

Файл - Плоттер

С помощью этой функции можно отослать текущие чертежи на вывод плоттера, либо напрямую чрез порт рабочей станции, либо через сеть, возможно через ожидающий принтер Windows. В качестве альтернативы можно отослать чертеж в данные, которые затем будут обработаны с помощью внешнего контролера плоттера.

Установки основных функций для машины и пост-процессора должны быть произведены для конкретного плоттера (смотри Атрибуты машины).

Активизируйте функцию; появится диалоговое окно Плоттер, где можно выбрать соответствующие установки и временно аннулировать функции. После ввода всей требуемой информации появляется промежуточный чертеж, который содержит только подходящие элементы. В зависимости от установок на странице Выходное устройство имеется возможность увидеть чертеж на экране монитора.

Если выбрана функция Не отсылать чертеж останется открытым и действие функции будет закончено. Если выбрана Остановить и отослать, то в списке правки будут содержаться кнопки Принять и Отменить; при нажатии на кнопку Принять данные будут выведены. Промежуточный чертеж будет в этом случае либо автоматически закрыт, либо оставлен открытым в зависимости от установок для пост-процессора. В этом случае нужно выбрать в меню Файл - Закрыть, чтобы закрыть чертеж. При выборе опции Отослать данные будут немедленно посланы на вывод.

Файл - Отправить - Электронное послание

Можно использовать эту функцию для импорта текущих чертежей в качестве данных программы Impact (*.ipd) и добавления их в новое электронное послание в качестве установки.

Файл - Отправить - Графические данные

С помощью этой функции возможно отослать открытые части ваших текущих проектов в графические данные (данные Bitmap).

В настоящее время могут быть экспортированы только активные части открытых чертежей. Получаемая картина соответствует вашим текущим установкам видимости.

В диалоговом окне Сохранить изображение нужно выбрать соответствующий графический формат и где данный формат будет сохранен. Кнопку Опции можно использовать для изменения размера сохраняемых данных Bitmap (нужно обратить внимание на то, что сохраняется соотношение размеров активных окон - при изменении высоты изображения будет изменена и ширина изображения и наоборот).

Файл - Последний проект в банке данных

С помощью этой функции можно открывать последние из рабочих проектов. Не используя функцию Проект - Просмотр.

Внизу в меню Файл будет приведен список последних из рабочих проектов. при нажатии на любой из проектов происходит его открытие. В случае если выбранный проект сохранен не в рабочей области пользователя, появится диалоговое окно Проект.

Число проектов, перечисленных в списке определяется в опции Текущий список в диалоговом окне Опции Impact - Процессы в банке данных.

2.Правка

Функции правки - общая информация

При помощи функций правки можно подвергать изменениям имеющиеся в наличие элементы; при работе с большинством данных функций сначала нужно отметить изменяемые элементы.

Также имеется возможность использовать функцию Проверка элемента для изменения большинства свойств элементов.

3.Рисование

Функции рисования - общая информация.

Данная функция позволяет конструировать большинство элементов, включая геометрические элементы (линии, дуги и круги), кривые, надписи и т.д.

Обычно конструирование происходит в активных слоях текущих чертежей.

Большинство элементов расположены на палитре - в большинстве случаев это активная палитра, показанная в дизайнерском списке (имеется возможность расположить надписи, измерения и вспомогательные элементы на определенной по умолчанию палитре).

При выборе точки для позиционирования нового элемента лучше всего использовать начальные и ограничительные функции для наиболее точного расположения точки.

В качестве альтернативы можно использовать Обработку элементов для изменения большинства свойств элементов.

Когда используется Impact-модуль Техника для штанцевальных форм, то многие из геометрических функций имеют две дополнительные опции:

Изготовление двойных элементов - возможно конструирование дополнительной линии, дуги, круга.

Палитра - палитра существующих элементов.

5.Блоки

Блоки - общая информация

Данная функция позволяет изготавливать блоки и символы, а также ими манипулировать. Также возможно преобразование блоков в слои.

Структура слоев и блоков чертежа продемонстрирована на странице Иерархия в путеводителе по программе Impact. Большинство блоков доступно через контекстные меню, которые появляются при нажатии правой кнопкой мышки области в Проверки блоков или Иерархии чертежа.

6.Измерения

Измерения - Общая информация

Эти функции предоставляют информацию об активных слоях чертежа. Результаты многих функций можно увидеть в списке Правки. Дополнительно они появляются на панели инструментов.

При использовании большинства измерительных функций сначала необходимо отметить требуемые элементы. Некоторые функции остаются неактивными до тех пор, пока элементы не будут отмечены.

7.Банк данных

8.Макрофункции

Макрофункции - общая информация

Макросы - это данные, которые были записаны в синтезе с макро-языком Impact (IML) в качестве первоначальных данных *.mac и впоследствии преобразованы в данные с расширением *.run, готовые к выполнению.

Обычно пользователь не нуждается в макрофункциях - они предназначены для программистов и администраторов, чтобы они могли разрабатывать новые макросы.

9.Утилиты

11.3D

12. Установки

13.Окна

14.Помощь [5]

Самой удобной из рассмотренных программ является MarbaCAD. Она не только поддерживает различные форматы из которых можно конвертировать файл, но она и сама является программой конструктивного дизайна. В ней можно не только проектировать упаковку, но также штанцформы и отделения для удаления облоя.

Глава 5. Методика разработки технологии изготовления макета

5.1 Методика проведения исследований

Оборудование, которое применялось в работе - плоттер Wild TA-10.

Описание:

1. поверхность для резки 1760х1600мм

2. производительность при черчении

- макс. скорость 500 мм/с;

- ускорение (по оси) 2 м/с²

3. точность черчения

разрешающая способность измерительной системы 0,02 мм,

точность позиционирования 0,04 мм, статичная точность при повторениях

+/- 0,03 мм

4. размеры стола - длина 2400 мм, ширина 2380мм, высота поверхности стола 780мм, вес 440кг

5. стандартные функции

a. установка нулевой точки (автоматическая при включении и ручная установка);

b. ограничение допустимого поля черчения; моментальное прекращение черчения (резки) без потери точности с возможностью продолжения начатой работы;

c. выбор инструмента, его опускание/подъём;

d. перемещение каретки (с помощью пульта управления в 3-х режимах: пошаговое, нормальное, быстрое);

e. оцифровка (поточечный перенос координат в компьютер).

1- биговальная насадка

2- тангенциальный нож

3- перо для черчения

В качестве материала был использован упаковочный картон «Аляска» одностороннего двухслойного мелования, оборотная сторона - беленая целлюлоза цвета манила (кремового).

2 листа картона 0,3 мм размерами 70х100

2 листа картона 0,35 мм размерами 70х100

2 листа картона 0,45 мм размерами 70х100

2 листа картона 0,5 мм размерами 70х100

2 листа картона 0,6 мм размерами 70х100.

В качестве образца взят макет упаковки под рулет. С размерами 460х160 мм

Было вырезано по десять образцов - макетов для каждой толщины картона на 10-ти скоростях. С измерением времени резки каждой скорости.

5.2 Определение качества резки на картоне толщиной 0.3мм, 0.35мм, 0.45мм, 0.5мм, 0.6мм

Ход работы:

1. Подготовка материала (укладка на плоттер)

2. Включение вакуумного присоса, для фиксации материала.

3. Регулировка высоты биговки под толщину картона.

4. Установка требуемой скорости (1-10)

5. Установка нулевой точки для плоттера (то откуда он начнет резку)

6. Загрузка файла в MarbaCAD

7. Запуск плоттера в работу через программу MarbaCAD

8. Фиксирование начала времени резки с помощью таймера для каждой из скоростей (1-10)

9. Фиксирование окончания времени резки с помощью таймера для каждой из скоростей (1-10)

10. Получение готового образца.

11. Делаем это на 10 скоростях для 5 толщин картона (итого 50 раз).

12. Анализируем полученные образцы

13. Заносим данные в таблицу

5.3 Уменьшение скорости резки с помощью оптимизации в программе MarbaCAD

Оптимизация проводилась с помощью программы MarbaCAD, и заключается в том, что с помощью установок в меню программы изменяется траектория движения ножа, за счет этого он не делает лишних движений и сокращается время резки.

Ход работы:

1. Заходим в меню программы MarbaCAD, Master Tool Settings - Plotter Machines - Machine Attributes - Plot - Optimisation (Назначения главного инструмента - механизмы плоттера - функции механизма - плоттер - оптимизация)

2. Нам открываются функции:

o Optimise output (оптимизировать продукцию)

o Optimise output between Breaks (оптимизировать продукцию в перерывах)

o Tiled Optimisation (плиточная оптимизация)

o Explode blocks before optimization (разделить блоки перед оптимизацией)

o Explode symbols before optimization (разделить символы перед оптимизацией)

o Continue optimization at Breaks (продолжить оптимизацию в перерывах)

o Optimise output for internal cuts (оптимизировать продукцию для внутренних отрезков)

o Optimise combination line (оптимизировать комбинацию линий)

o Optimise slots (оптимизировать слоты)

По умолчанию включены функции:

Optimise output (оптимизировать продукцию)

Optimise output between Breaks (оптимизировать продукцию в перерывах)

Explode blocks before optimization (разделить блоки перед оптимизацией)

Explode symbols before optimization (разделить символы перед оптимизацией)

Continue optimization at Breaks (продолжить оптимизацию в перерывах)

3. Экспериментальным методом, устанавливаем, какие функции могут повлиять на скорость резки. Это функция Optimise output for internal cuts (оптимизировать продукцию для внутренних отрезков). Отмечаем её.

4. Запускаем плоттер на резку нашего образца.

5. Фиксируем время начала работы.

6. Фиксируем время окончания работы.

7. Анализируем полученные данные и заносим в таблицу для сравнения с обычным временем резки.

Глава 6. Результаты работы

6.1 Определение качества резки

Определение качества, проводилось на 10-ти скоростях на картоне пяти толщин с измерением времени резки для каждой скорости. Для того, чтобы графически оценить ухудшение качества была введена условная величина Ворсистость, которая определялась как количество неровностей и ворсинок на см.

Таблица 6.1 Качество готового макета при резке разной скоростью

Скорость	Время резки [c]	Ворсистость [ворс./см]
		картон 0,3 мм	картон 0,35 мм	картон 0,45 мм	картон 0,5мм	картон 0,6 мм
1	316	0	0	0	0	0
2	207	0	0	0	0	0
3	170	0	0	0	0	0
4	150	0	0	0	0	0
5	141	0	0	0	1	1
6	137	0	0	1	1	1
7	132	0	1	3	2	3
8	125	1	3	3	3	4
9	121	1	4	5	5	5
10	117	2	4	5	6	6

По полученным данным были построены графики, демонстрирующие ухудшение качества резки макета с увеличением скорости.

Рис. 6.1. График качества резки для картона 0,3 мм



Рис.6.2 . График качества резки для картона 0,35 мм

Рис. 6.3. График качества резки для картона 0,45 мм

Рис. 6.4. График качества резки для картона 0,5 мм



Рис. 6.5. График качества резки для картона 0,6 мм

Рис. 6.6. Сводный график для картона разной толщины

Качество макетов упаковки зависит от скорости с которой режется макет. Для каждой из толщины картона существует своя оптимальная скорость, при превышении которой возникают различные дефекты.

По тем же данным были получены графики показывающие, качество резки картона разной толщины, при постоянных скоростях. Для них были построены логарифмические линии трейда, с помощью которых можно прогнозировать качество готового макета для картона этой марки - толщин, которых мы не рассматривали. Логарифмическая выбрана потому, что она хорошо описывает величину, которая сначала возрастает, а затем постоянно стабилизируется. Значение показателя определенности R², отражающего близость значений линии тренда к фактическим данным, для скоростей 7-10 находится в пределах от 0.7921 до 0.9831, поэтому можно говорить о том, что аппроксимирующая кривая описывает данные с достаточно высокой степенью достоверности. Для 5 скорости R² = 0.6025, потому что изменения прогнозировать сложно, т.к. до толщины 0.45 мм, качество высокое, а для картона больших толщин оно изменяется незначительно. Проанализировав эти графики увидеть, что самой оптимальной скоростью, является 5. Также можно заметить, что с увеличением скорости качество резки макета упаковки уменьшается. Ниже представлены графики, характеризующие эту зависимость.

Рис. 6.17. График отражающий влияние толщины картона на качество резки, при неизменной составляющей, скорости 5

Рис. 6.18. График отражающий влияние толщины картона на качество резки, при неизменной составляющей, скорости 6



Рис. 6.19. График отражающий влияние толщины картона на качество резки, при неизменной составляющей, скорости 7

Рис. 6.20. График отражающий влияние толщины картона на качество резки, при неизменной составляющей, скорости 8



Рис. 6.21. График отражающий влияние толщины картона на качество резки, при неизменной составляющей, скорости 9

Рис. 6.22. График отражающий влияние толщины картона на качество резки, при неизменной составляющей, скорости 1 - 4

Был построен график, показывающий, как изменяется оптимальная скорость для картона каждой толщины. Значение показателя определенности R², отражающего близость значений линии тренда к фактическим данным равна 0.9675. Поэтому можно говорить о том, что аппроксимирующая кривая описывает данные с достаточно высокой степенью достоверности. С помощью этой кривой можно прогнозировать оптимальную скорость для картона этой марки - толщин, которые не были рассмотрены.

Рис.6.23. График отражения изменения оптимальной скорости с увеличением толщины картона

6.2 Уменьшение времени резки

Оптимизация проводилась с помощью программы MarbaCAD, и заключается в том, что с помощью установок в меню программы изменяется траектория движения ножа, за счет этого он не делает лишних движений и сокращается время резки. Результаты предс-тавлены в таблице 5.2, где можно оценить время до и после оптимизации. Можно заметить, что время в среднем уменьшилось на 8.5 %.

Измерялось время резки макетов до оптимизации траектории движения ножа и после, полученные данные сведены в таблицу.

Таблица 6.2 Уменьшение времени резки с помощью оптимизации траектории движения ножа в программе MarbaCAD

Скорость	Время до оптимизации	Время после оптимизации	Уменьшение времени на [%]
1	316	284	10
2	207	192	7
3	170	154	9
4	150	135	8
5	141	131	7
6	137	127	7
7	132	120	9
8	125	115	8
9	121	111	9
10	117	106	10

По этим данным были построены гистограмма (рис.6.24) и график (рис.6.25), которые наглядно отражают сокращение времени.

Рис. 6.24. Гистограмма оптимизации



Рис. 6.25. График оптимизации

Глава 7. Утилизация упаковки из картона в России

7.1 Общее состояние утилизации в России

Сегодня картон для упаковки, - основа основ, без него ничего не обходится. Он остается главным упаковочным материалом - на упаковочные изделия из бумаги и картона приходится примерно 38% потребляемой в России упаковки.

По данным Abercade Consulting в производственной таре бумага и картон составляют 73,9 % от общего объема потребления, в потребительской таре -- 15,1 %. В упаковке картон -- один из немногих материалов, хорошо поддающихся вторичной переработке. В основном из него изготавливают макулатурный картон, который на сегодня считается во всем мире самым перспективным вторичным упаковочным материалом ближайшего времени. Спрос на него уже сейчас растет опережающими темпами в сравнении со всеми остальными продуктами переработки упаковки. Связано это, в первую очередь, с сокращением мировых запасов первичной целлюлозы и ужесточением экологических стандартов в развитых странах. Неслучайно макулатурный картон выделяется в отдельную строку в статистике мирового производства картона, и его доля в ней постепенно увеличивается. Кроме макулатурного картона из вторсырья также изготавливаются различные волокнистые плиты, бугорчатые прокладки и другие строительные материалы.

Впрочем, на российском рынке, как обычно, есть своя специфика. Наше отечество всегда было богато древесиной и ее производными, а экологические проблемы у нас мало кого волновали, поэтому вопрос об утилизации бумажных и картонных отходов практически не стоял. В последнее время сбор макулатуры, теперь уже в России, стал понемногу возрождаться, но на новой, рыночной основе.

По подсчетам Госсанэпиднадзора, сегодня в России накоплено порядка 80 млрд т как промышленных, так и твердых бытовых отходов. Под их хранение отчуждено более 2 млн гектаров земли. При этом большинство легальных мусорохранилищ исчерпало свой объем вместимости, а оставшиеся близки к заполнению. По данным санитарного врача РФ Г. Онищенко, только в Москве и области стихийными свалками занято порядка 1,4 тыс. гектаров.

По данным НИЦПУРО (Научно-исследовательский центр по проблемам ресурсосбережения и отходам), объем образующихся отходов в России составляет 3,4 млрд т в год. Доля макулатуры в промышленных отходах по данным на 2000 год составляет 0,9 %, в ТБО доля макулатуры обычно составляет около 30 %. Согласно данным Европейской конфедерации производителей бумаги (CEPI) с начала 90-х годов объемы переработки макулатуры в мире возросли более чем на 69 %, в Европе -- на 55 %. При общих запасах макулатурной массы, оцениваемой в 230-260 млн т, в 2000 году было собрано примерно 50 млн т картонной макулатуры, а к 2011 году прогнозируется увеличение сбора до 90 млн т. При этом средний мировой уровень потребления составит 48 %. В 2001 г. мировое производство картона из вторичного сырья составило 52018 тыс. т, в 2006 г. прогнозируется его рост до 63467 тыс. т. По оценкам Credit Lyonnais Securities, сейчас 40 % всех мощностей Европы по производству картона и бумаги работают на вторичном сырье. На этом фоне показатели по России более чем скромные. Суммарные ресурсы макулатуры составляют около 1,5 млн т. Объем ее заготовки уменьшен по сравнению с 1980 г с 1,6 до 0,5 млн т.

Крупнейшими переработчиками макулатуры в России являются ОАО «Санкт- Петербургский КПК» (входит в лесопромышленную группу ЗАО «Илим Палп Энтерпрайз», до 18 % рынка), ЗАО «Набережно-Челнинский КБК» (10,5 %), Алексинская КФ (12,1 %), ООО «Ступинский КПК» (10 %), ОАО «Картонтара» (Майкоп, 9 %), перерабатывающие более 100 тыс. т макулатуры в год каждый, от 20-50 тыс. т в год могут перерабатывать Балахнинский ЦКК, Пермский ЦБК, Светогорский ЦБК, Рязанский КРЗ, ОАО «Караваево». Остальные переработчики имеют мощности 20 тыс. т в год и менее. В 2003 г. было сообщено, что АЦБК совместно с иностранными инвесторами запускает проект строительства нового производства тарного картона из макулатурного сырья в Центральной России. Предполагается, что реализация данного проекта строительства предприятия стоимостью более 200 млн евро и годовой мощностью 300-400 тыс. т должна начаться в конце 2004 года.

В 2002 году в России из макулатуры было произведено более 20 % картона для плоских слоев и бумаги для гофрирования и 10 % остальных видов картона от общего объема изготовленной бумажной продукции. Производство гофрированного картона является самым крупным потребителем макулатуры и основным ее компонентом являются старые картонные ящики и коробки. На сегодня до 16 % внутреннего потребления тарного картона, который служит сырьем для производства гофрокартона, изготовлено из макулатурного сырья. Основная часть макулатуры (до 75 %) используется для производства туалетной бумаги и картона (коробочного, тарного, гофрокартона). До 20 % макулатуры используется в производстве кровельных материалов. На территории России имеются 27 предприятий, использующих макулатуру для производства бумаги и картона и 14 предприятий, применяющих макулатуру в производстве кровельных материалов. Как правило, переработчики макулатуры располагаются в промышленно развитых районах России -- местах образования основной массы макулатуры.

Объем образования отходов картонно-бумажной упаковки оценивается в 1,0-1,2 млн т, а объем использования -- около 500 тыс. т.

Наиболее эффективным путем переработки картонно-бумажных отходов является их использование в производстве тароупаковочных видов бумаги и картона, санитарно-гигиенической бумаги, в производстве мягких кровельных материалов (рубероид, пергамин), в производстве бугорчатых прокладок. Кроме того, макулатура используется в производстве волокнистых плит и теплоизоляционных материалов.

7.2 Зарубежный опыт

За границей переработка картона осуществляется уже давно. В Финляндии, например, более 20 лет осуществляется селективная сортировка бытовых упаковочных отходов, причем в последние годы их утилизируется около 80 %. В этой стране действует первый в мире завод, перерабатывающий картонные пакеты из-под молока и фруктовых соков, выпускающий из этих отходов бумагу и картон, а также алюминиевый порошок, и использующий отходящее тепло для производства электроэнергии. Финляндская фирма Corenso инвестировала 34 млн евро в производственную линию на заводе в городе Варкаус, на которой фольга, используемая при производстве упаковочных пакетов, перерабатывается в алюминиевый порошок. Завод перерабатывает 60 тыс. т упаковки в год и получает несколько десятков тысяч тонн бумаги и картона и 3 тыс. т алюминиевого порошка, который поставляется металлургическим фирмам Германии. Кроме того, получаемое при переработке отходов тепло обеспечивает производство 25 млн кВт/ч электроэнергии, которая используется на самом предприятии в Варкаусе и поставляется еще шести предприятиям. По мнению экспертов, новая технология переработки упаковки почти безотходна. Реализация такой технологии в России, несомненно, была бы перспективной как в экономическом, так и в экологическом смысле.

Проблемы утилизации отходов упаковки заботят всю Европу. В июле 2003 г. органы ЕС пересмотрели директиву об утилизации бытовой упаковки, которая действовала с 1994 г. Директива обязывает все страны --члены ЕС создать систему сбора, сортировки и утилизации упаковочных отходов; она установила более жесткие нормативы утилизации. Например, во Франции масса упаковочных отходов составляет 120 тыс. т в год, а перерабатывается лишь 20 тыс. т. Согласно директиве ЕС повышены в два раза нормативы минимальной утилизации, которые составляют для бумаги, картона, стекла 60 %, металлов -- 50 %, пластмассы -- 22,5 %, дерева -- 15 %. Новые нормативы вступят в силу в 2006 году. Для привлечения инвесторов в эту сферу в Европе создана система льготных кредитов, в ряде стран накладываются ограничения на потребление продукции, изготовляемой без использования отходов и так далее. Европейский парламент принял рассчитанную на пять лет программу улучшения использования вторичных ресурсов. [13]

7.3 Проблемы переработки макулатуры

Предприятия по производству картона и бумаги, а также мягких кровельных материалов являются многотоннажными, и все они применяют мокрую технологию производства. Такие предприятия потребляют основную часть макулатуры (до 90 %). Утилизированный гофрокартон обычно применяется для производства тарного картона (до 80 % от всего объема потребления), из оставшихся 20 % половина идет на выпуск коробочных картонов и половина на изготовление прочих материалов. Макулатура является заменителем таких видов первичного сырья и полуфабрикатов, как целлюлоза, древесная масса, бумажная масса.

Переработка макулатуры для использования в производстве бумаги и картона осуществляется по мокрой технологии и включает следующие операции:

1) роспуск макулатуры;

2) очистку макулатурной массы от посторонних примесей;

3) дороспуск макулатурной массы;

4) тонкую очистку макулатурной массы.

Роспуск макулатуры на волокна осуществляется в воде в гидроразбивателях при концентрации 4-6 %. Под воздействием потоков воды происходит процесс измельчения макулатуры на кусочки и разделение на волокна. Гидроразбиватели оснащены ситом с отверстиями (10-12 мм). Получившаяся суспензия макулатурной массы проходит через отверстия сита и поступает на следующую операцию. Кроме того, в гидроразбивателях происходит и отделение грубых включений из макулатуры -- тяжелые удаляются из специального грязесборника, а легкие -- в виде текстиля и полимерных пленок -- удаляются либо в виде жгута постоянно, либо периодически. Макулатурная масса после гидроразбивателя содержит как волокна, так и нераспустившиеся кусочки макулатуры.

Далее по технологическому процессу макулатурная масса очищается от тяжелых и легких примесей. Очистка от тяжелых примесей -- песка, стекла, скрепок и т. д. осуществляется в очистителях макулатуры (циклон). Тяжелые примеси осаждаются в грязесборнике и периодически удаляются.

Легкие примеси в виде полимерных пленок и кусочков макулатуры удаляются на вибросортировках с отверстием щелевого типа. Прошедшая сито макулатурная масса направляется на дальнейшую перегруппировку.

Очищенная макулатурная масса, содержащая как растительные волокна, так и пучки волокон и кусочки макулатуры, проходит стадию дороспуска на специальном оборудовании -- энтиштиперах различной конструкции (типа конических или дисковых мельниц). Условием, необходимым для нормальной работы энтиштиперов, является тщательная предварительная очистка массы от тяжелых и легких примесей. Статор и ротор энтиштипера оснащены специальной размалывающей гарнитурой, зазор между которыми составляет 0,5-2 мм. В результате пульсации и трения массы внутри турбулентного потока происходит разделение кусочков макулатуры и пучков волокон на отдельные волокна. Дороспуск макулатурной массы осуществляется на различного вида центробежных сортировках, сортировках давления с круглыми или щелевыми отверстиями. Особенностями конструкции центробежных сортировок является неподвижно расположенное в корпусе цилиндрическое сито, внутри которого вращается лопастной ротор. Несортированная масса макулатурного сырья подается в центральную часть сортировки, где она подхватывается лопастями ротора и отбрасывается на внутреннюю поверхность сита. Прошедшие через сито волокна направляются на дальнейшую переработку. Неразволокненные пучки волокон и примеси продвигаются вперед и отводятся через патрубок для удаления отходов. Для снижения потерь макулатурной массы во всех типах очистительного оборудования, как правило, подается вода.

Сортировки в зависимости от конструкции и назначения работают как при низкой (0,2 до 1,5 %), так и при средней (до 2-3 %) и высокой (4-5 %) концентрации массы.

Для окончательной очистки макулатурной массы от узелков и мелких точечных вкраплений широко применяются вихревые конические очистители, которые обычно устанавливаются в три ступени. Оптимальная концентрация массы для эффективной очистки составляет 0,5 %.

Кроме этого, одним из способов сортирования макулатурной массы с целью ее более рационального использования является фракционирование. Целью его является отделение длинноволокнистой фракции макулатурной массы. Как правило, длинноволокнистая фракция обогащена волокнами хвойной целлюлозы, имеющими большую длину, чем волокна древесной массы.

Многие виды картона (как и бумаги) имеют сложный состав, включающий битум, воск, парафин, клей и другие вещества. Указанные вещества при переработке загрязняют оборудование, забивают сетки и сукна бумагоделательных и картоноделательных машин, налипают на поверхность сушильных цилиндров и т. д. Такие картоны подвергаются термомеханической обработке, которая осуществляется после очистки макулатурной массы при концентрации 25-35 %. Целью термомеханической обработки является диспергирование примесей до размеров, при которых их отрицательное действие на процесс дальнейшей переработки не сказывается. Применяется два способа термомеханической обработки -- холодный и горячий. При холодном способе диспергирование проводится при атмосферном давлении и температуре до 95° С, а при горячем -- при повышенном давлении до 0,3-0,5 МПа и температуре 130-150° С.

В зависимости от качества макулатуры и вида производимой картонно-бумажной продукции некоторые из указанных операций на практике могут быть исключены. В заключение заметим, что мокрая технология переработки макулатуры характеризуется высокой энергоемкостью производства и высоким удельным расходом воды (до нескольких десятков метров кубических на тонну продукции), а также большим объемом сточных вод, что является ее отрицательной стороной. Мощность указанных предприятий со-ставляет от нескольких десятков тысяч тонн до 200 тыс. т в год.

Одним из решающих условий улучшения качества готовой продукции является улучшение качества сырья: сортирование макулатуры по маркам и ее очистка от различных загрязнений. Возрастающая степень загрязненности вторичного сырья отрицательно влияет на качество продукции. Для повышения эффективности использования макулатуры необходимо соответствие ее качества виду выпускаемой продукции. Так, тарный картон, бумага для гофрирования должны вырабатываться с применением макулатуры преимущественно марок МС-4А, МС-5Б и МС-6Б по ГОСТ 10700, обеспечивающих достижение высоких показателей продукции. Создаваемый при этом резерв прочности обуславливает возможность дальнейшего увеличения содержания макулатуры в композиции при обеспечении физико-механических показателей на требуемом уровне.

Применение вторичного волокна взамен свежих древесных полуфабрикатов связано с определенными трудностями вследствие нестабильности состава макулатурной массы. Вторичная масса и составляющие ее фракции различаются между собой, в основном, средней длиной волокна и способностью образовывать связи между волокнами в бумаге.

В этой связи следует отметить одну негативную тенденцию в области переработки макулатуры -- это медленное понижение ее качества. Как отмечают все эксперты, данный процесс будет продолжаться и впредь. Систематический многократный возврат макулатурного волокна в производство делает этот процесс практически неизбежным, ведь макулатурные волокна по своим физико-химическим и морфологическим свойствам значительно отличаются от первичных целлюлозных волокон. Наряду с целыми волокнами имеются разорванные, раздавленные с поперечными трещинами, присутствует волокнистая мелочь. В ряде случаев при переработке происходит расщепление волокон вдоль оси. Вторичные волокна проходят как минимум один цикл переработки, включающий процессы измельчения и сушки. Химическая и физическая структура волокон претерпевает необратимые изменения: большая часть пор и капилляров разрушается, поверхность волокна сжимается и ороговевает, что препятствует прониканию воды внутрь волокна и его последующему набуханию. Процессы ороговения приводят к уменьшению удельной поверхности волокна, а это сопровождается частичной потерей способности к образованию химических связей, что является основной причиной ухудшения физических качеств волокон из макулатуры.

Другая негативная сторона процесса роспуска и размола -- разрушение волокнистой структуры. Подвергшиеся сушке волокна макулатурной массы из-за ороговения во время этих процессов оказываются по сравнению с первичными полуфабрикатами значительно измельченными и слабо фибриллированными, а получаемая бумага -- менее прочной, более рыхлой, мягкой и непрозрачной. Следовательно, наличие мелких волокон и их обрывков, так называемого мельштофа -- одна из основных отрицательных характеристик макулатурной массы. Присутствие мелкой фракции обуславливает не только увеличение степени помола и ухудшение обезвоживания бумажной массы на сетке бумагоделательной машины, но и не позволяет нормализировать процесс размола для максимального восстановления бумагообразующих свойств вторичных волокон. Кроме того, мелкие обрывки имеют слабую способность к образованию межмолекулярных связей, при формировании листа бумаги уменьшают механическое сцепление волокон, что в целом приводит к снижению прочностных характеристик готовой продукции. Вообще же, по своему составу макулатурная масса представляет собой полидисперсную систему с повышенным содержанием мелких волокон, и именно поэтому роспуск волокон должен осуществляться бережно, с сохранением целостности волокон при минимальном размельчении загрязнений.

Кроме макулатурного картона, из использованной картонной упаковки изготавливают бугорчатые прокладки (используются, например, для упаковки яиц) и плиты (используются в строительстве). Процесс производства бугорчатых прокладок заключается в роспуске макулатуры в воде (концентрация -- до 4 %), разбавлении массы водой до концентрации 1-2 %, формовании прокладок на вакуумформующем устройстве и сушке прокладок. Операции загрузки макулатуры и удаления сырых изделий выполняют вручную. На аналогичных установках сырые изделия помещают на поддоны или полки-этажерки, которые затем подают в сушильную камеру. Производство бугорчатых прокладок часто применяется как санитарное производство при птицефабрике (или группы птицефабрик) для переработки собственного брака прокладок, картонной тары и макулатуры.

Технология производства плитного материала из макулатуры заключается в роспуске макулатуры в воде на волокна при концентрации около 4 %, отливе ковра, прессовании и сушке. Оборотная вода при отливе ковра заново используется в производстве. Плитный материал из макулатуры применяется для внутренней облицовки производственных и жилых помещений. При его изготовлении не используются вредные вещества. Производство волокнистых плит можно рекомендовать к внедрению на предприятиях, имеющих собственные отходы бумаги и картона и обладающих дешевыми источниками тепла.

Относительно новой является технология, разработанная Научно-исследовательским центром по проблемам ресурсосбережения и отходам (НИЦПУРО). Она позволяет перерабатывать отходы ламинированной и других видов влагопрочной бумаги (картона) в материал строительного назначения. Такой картон обычно очень трудно поддается переработке в силу своих физико-химических свойств. Новизна технологии в том, что плиту изготавливают из смеси отходов влагопрочной бумаги и картона (ламинированной бумаги или отходов парафинированной бумаги), и отходов термопластичных полимеров. В качестве последних наибольшее распространение имеет полиэтилен, хотя могут быть использованы и другие термопласты, например, полистирол, полипропилен, поливинилхлорид, пластик АВС, одноразовые шприцы, отходы оплетки кабеля, полимеросодержащие отходы переработки макулатуры (легкие отходы гидроразбивателя, отходы вибросортировок) и другие. Технология включает измельчение отходов, смешивание, прессование плит и их обрезку. Отходы обрезки и брак плит снова используют в производстве. Достоинством технологии является нечувствительность к загрязнениям отходов, возможность переработки смеси отходов полимеров. Полученные плиты используются для обшивки стен, потолков, перегородок жилых, производственных и складских помещений, дач, гаражей и т. п., изготовления деталей мебели и тары. [16]

Общие выводы

Все поставленные цели и задачи в данном проекте были выполнены. Так в первой главе теоретической части была проанализирована актуальность плоттерной резки в настоящее время, на примере предприятия «Растр-технология». Во второй главе были рассмотрены свойства картона, важные для макетов упаковки и был выбран картон, который применялся в исследованиях. Это одна из самых распространенных марок, которая используется в производстве упаковки, именно благодаря своим свойствам. В третьей главе, был проанализирован рынок плоттерного оборудования. Самыми распространенными моделями оказались плоттеры китайского и корейского производства, но по качеству они уступают машинам европейского производства, в частности швейцарского. Именно на плоттере этой страны производителе разрабатывалась технология резки высококачественных макетов. В четвертой главе были рассмотрены программы для работы с плоттерами. Самой удобной является программа MarbaCAD. Она не только поддерживает различные форматы из которых можно конвертировать файл, но она и сама является программой конструктивного дизайна. В ней можно не только проектировать упаковку, но также штанцформы и отделения для удаления облоя. Также с помощью этой программы удалось оптимизировать траекторию движения ножа, за счет чего он не совершал лишних движений и сократилось время резки.

В исследовательской части, была разработана технология изготовления высоко-качественных макетов на плоттере. Были установлены оптимальные скорости для картона разной толщины - для 0.3 мм - 7, 0.35 мм - 6, 0.45 мм - 5 , 0.5 мм - 4 , 0.6 мм - 4. При превышении этих скоростей у макета могут наблюдаться различные дефекты - ворсистость, разрезы, неровность края.

Было проанализировано влияние толщины картона на качество резки при постоянной скорости. И в том случае если заказчик не указывает толщину материала, её можно выбрать согласно проведенным исследованиям. Также была установлена оптимальная скорость, при которой картон, до 0.45 мм режется с высоким качеством.

Для подведения результатов были построены графики зависимости качества резки от скорости, для картона каждой толщины. Эти графики наглядно показали ухудшение качества с ростом скорости. На практике наблюдается ворсистость и неровность краев.

Были построены логарифмические аппроксимации, с помощью которых можно прогнозировать качество резки готового макета для картона этой марки - толщин, которых мы не рассматривали, и для каждой из скоростей. Также можно заметить, что с увеличением скорости ухудшается качество готовых макетов.

Аналогично, линия аппроксимации была построена для графика, демонстрирующего, как изменяется оптимальная скорость для картона каждой толщины. Значение показателя определенности R², отражающего близость значений линии тренда к фактическим данным равна 0.9675. Поэтому можно говорить о том, что аппроксимирующая кривая описывает данные с достаточно высокой степенью достоверности. С помощью этой кривой можно прогнозировать оптимальную скорость для картона этой марки - толщин, которые не были рассмотрены.

Во второй части разработки с помощью изменения настроек программы MarbaCAD было уменьшено время резки для каждой скорости. В среднем время уменьшилось на 8.5%. Что позволяет сохранить качество при срочных заказах.

Были построены график, наглядно демонстрирующий уменьшение времени резки с помощью оптимизации в программе MarbaCAD.

Такая разработка и исследования проводились впервые. Все результаты будут применяться на практике на предприятии «Растр-технология».

И в экологической части была рассмотрена экологическая проблема утилизации упаковки в современном мире.

Список использованной литературы

1. Ефремов Н.Ф. Тара и её производство:Учебное пособие-М.:МГУП,2001-312с

2. Ефремов Н.Ф. Проектирование упаковочных производств. Часть1 :Упаковка из гофрокартона: Учебное пособие / Н.Ф. Ефремов, А.И. Васильев., Г.К. Хмелевский -М.:МГУП,2004.-319с.:ил.

3. Ефремов, Н.Ф. Конструирование и дизайн тары и упаковки: учебник для вузов /Н.Ф.Ефремов, Т.В.Лемешко, А.В.Чуркин; под ред. Н.Ф.Ефремова; М-во образования и науки РФ; Федеральное агентство по образованию, МГУП. - М.:МГУП, 2004. - 424 с.: ил.

4. Гротов А.С. - Автоматизация процесса разработки

5. Методы проектирования (черчения) в специализированных САПР на примере MarbaCAD, http://www.pakkograff.ru/reader/articles/business/practice/64.php

6. Технология плоттерной резки, http://www.sky-lab.ru/all_cutters.htm

7. Плоттерная резка, http://www.printcompany.ru/index.php?m1=4&m2=1

8. Плоттерное оборудование фирмы Zuend, www.zuend.ru

9. Планшетные плоттеры Aristomat, http://www.signart.ru

10. Российский ГОСТ на упаковочный картон, http://www.calculate.ru/book-karton-9.html

11. Режущие плоттеры. Краеугольные камни выбора, http://www.gmpspb.ru

12. An automatic media cutter for a drafting plotter, http://www.findarticles.com/p/articles/

13. Виктор Тетерин, "Проблемы утилизации макулатуры в России"- http://articles pakkermash.ru/

14. Штанцформы и оснастка для плоского штанцевания , http://www.r-tech.ru

15. ОктоПринт Сервис, www.oktoprint.ru

16. Оценка эффективности технологий переработки макулатуры, www.rospress.ru