Sztancowanie

Co to jest sztancowanie?

Sztancowanie (wykrawanie) to proces mechanicznego wycinania kształtów z płaskich materiałów za pomocą stalowej formy tnącej zwanej sztancą (wykrojnikiem). Noże tnące osadzone w drewnianej lub stalowej podstawie wycinają jednocześnie cały kontur elementu w jednym uderzeniu prasy. Proces odbywa się na zimno – bez podgrzewania materiału. Jedno uderzenie prasy trwa 0,3-1 sekundę i wycina 1-6 elementów jednocześnie (w zależności od rozmiaru formy i arkusza).

Sztancowanie to operacja introligatorska stosowana po druku. Arkusze z nadrukiem trafiają na prasę wykrawającą, gdzie sztanca wycina gotowe elementy – opakowania, etykiety, kartki okolicznościowe, zawieszki, wobblery, teczki i inne produkty o niestandardowych kształtach. Bez sztancowania każdy z tych elementów musiałby być wycinany pojedynczo nożem, nożyczkami lub laserem – co jest wielokrotnie wolniejsze.

Budowa sztancy (wykrojnika)

Sztanca składa się z kilku warstw i elementów funkcyjnych:

• Podstawa (deska). Sklejka brzozowa o grubości 18-24 mm z nacięciami laserowymi pod noże. Alternatywnie: płyta stalowa (przy sztancach rotacyjnych). Wymiar dopasowany do formatu prasy – od 30×40 cm do 120×160 cm
• Noże tnące. Taśma stalowa o grubości 0,7-1,07 mm i wysokości 23,8 mm (standard). Wygięta w kontur wycinanego elementu i osadzona w nacięciach laserowych w desce. Ostrze tnące może być proste (cięcie przelotowe), perforacyjne (linia przerywana do odrywania) lub bigujące (linia zgięcia bez cięcia)
• Noże bigujące. Tępe noże tworzące linię zgięcia na kartonie. Karton nie jest przecinany, ale zgniatany wzdłuż linii co umożliwia równe składanie opakowania. Szerokość biga zależy od grubości kartonu: 1-krotność grubości dla bigów wewnętrznych, 2-krotność dla zewnętrznych
• Gumy wypychające. Guma poliuretanowa lub piankowa naklejona wokół noży. Po wycięciu elementu guma wypycha materiał z noża zapobiegając zakleszczeniu. Twardość gumy dobierana do materiału: miękka (30-40 Shore A) dla papieru, twarda (50-70 Shore A) dla kartonu
• Kontrsztanca (matryca). Płaska lub żłobkowa płyta pod spodem na którą naciska materiał. Przy bigowaniu kontrsztanca ma rowki odpowiadające pozycji noży bigujących. Wykonana z kartonu kanalikowego, tworzywa lub stali

Rodzaje sztancowania

Sztancowanie płaskie (flatbed die cutting)

Arkusz leży na płaskim stole, sztanca opada pionowo i wycina kształt jednym uderzeniem. Prasy płaskie generują nacisk 50-300 ton. Największe maszyny obsługują arkusze o formacie B1 (72×102 cm). Wydajność: 2000-8000 arkuszy na godzinę. Metoda uniwersalna – stosowana do kartonu, papieru, tektury falistej, folii, gumy, skóry i cienkich tworzyw sztucznych.

Prasy autoplatynowe (np. Bobst, Heidelberg) automatycznie podają arkusze, wykrawają, separują odpady i składają gotowe elementy. Cena maszyny: 500 000 – 3 000 000 zł. Standard w dużych drukarniach opakowaniowych.

Sztancowanie rotacyjne (rotary die cutting)

Sztanca w formie cylindra z nożami tnącymi na powierzchni. Materiał przechodzi między cylindrem tnącym a cylindrem dociskowym. Proces ciągły – bez zatrzymywania materiału. Wydajność: 10 000-30 000 elementów na godzinę. Idealne do etykiet samoprzylepnych, elementów z folii i cienkich materiałów w roli.

Koszt sztancy rotacyjnej (cylindra z nożami) to 3000-20 000 zł – znacznie drożej niż sztanca płaska. Opłaca się przy nakładach powyżej 50 000 elementów. Cylindry wykonane z hartowanej stali wytrzymują miliony cięć.

Sztancowanie laserowe

Wiązka lasera CO₂ (moc 100-500 W) wycina kształt w materiale bez fizycznego kontaktu. Nie wymaga sztancy – kształt programuje się w pliku wektorowym. Zmiana kształtu nie wymaga nowej formy. Idealne do prototypów, krótkich serii (1-500 sztuk) i bardzo skomplikowanych wzorów (perforacje, filigranowe ornamenty).

Ograniczenia: wolniejsze niż sztancowanie mechaniczne (10-100 elementów na godzinę zamiast tysięcy), przypalenie krawędzi na materiałach organicznych (papier, karton), wyższy koszt jednostkowy przy dużych nakładach. Nie nadaje się do bigowania.

Cięcie ploterowe

Ploter tnący z ostrzem oscylacyjnym lub obrotowym wycina kształty z arkusza na płaskim stole. Jak laser – nie wymaga sztancy. Wolniejszy od prasy sztancującej ale szybszy od lasera przy grubszych materiałach (karton, tektura falista, pianka). Koszt urządzenia: 30 000-200 000 zł. Przeznaczony do prototypów i krótkich serii.

Metoda	Wydajność	Koszt przygotowania	Min. nakład opłacalny	Precyzja
Sztancowanie płaskie	2000-8000 ark./h	Sztanca: 300-3000 zł	500 szt.	±0,3 mm
Sztancowanie rotacyjne	10 000-30 000 szt./h	Cylinder: 3000-20 000 zł	50 000 szt.	±0,2 mm
Cięcie laserowe	10-100 szt./h	Plik wektorowy: 0 zł	1 szt.	±0,1 mm
Cięcie ploterowe	50-500 szt./h	Plik wektorowy: 0 zł	1 szt.	±0,2 mm

Materiały poddawane sztancowaniu

Sztancowanie mechaniczne przetwarza szeroki zakres materiałów. Karton o gramaturze 200-600 g/m² to najczęstszy materiał – opakowania, teczki, zawieszki, wobblery. Tektura falista (mikrofala, fala E, B, C) to drugie zastosowanie co do wolumenu – pudełka wysyłkowe, displaye sklepowe, opakowania zbiorcze.

Papier (80-170 g/m²) – etykiety, kartki okolicznościowe, elementy dekoracyjne. Folie (PCV, PET, PP) o grubości 0,1-1 mm – okienka w opakowaniach, etykiety samoprzylepne, elementy techniczne. Skóra naturalna i sztuczna – elementy galanterii, zawieszki, naszywki. Guma i pianka (EVA, PE) – uszczelki, podkładki, elementy ochronne.

Zastosowania sztancowania w branży reklamowej

Opakowania i pudełka

Sztancowanie to podstawowa operacja w produkcji opakowań kartonowych. Każde pudełko w sklepie – od opakowania perfum po pudełko na buty – zostało wycięte sztancą z płaskiego arkusza kartonu. Sztanca jednocześnie tnie kontur, biguje linie zgięcia i perforuje otwory. Gotowy wykrój składa się w pudełko bez klejenia (zamknięcia zakładkowe) lub z minimalnym klejeniem.

Materiały POS i displaye

Materiały POS – wobblery, zawieszki, stoppery, cenówki niestandardowe, karteczki o kształcie produktu – wycinane są sztancą z zadrukowanego kartonu lub folii PCV. Sztancowanie pozwala na masową produkcję elementów o dowolnym konturze w cenie porównywalnej z prostokątnymi.

Teczki i segregatory

Teczki firmowe z klapkami, okienkami na wizytówkę i kieszenią na dokumenty. Sztanca tnie kontur teczki, biguje linie zgięcia klapek i wycina okienka – wszystko w jednym uderzeniu. Nakład: 500-50 000 sztuk.

Etykiety i naklejki

Etykiety samoprzylepne o niestandardowym kształcie (kontur butelki, logo marki, kształt owocu) wycinane sztancą rotacyjną z roli materiału samoprzylepnego. Cięcie przechodzi przez warstwę papieru/folii i kleju, ale nie przez podkład silikonowy (peel & stick).

Bigowanie jako element sztancowania

Bigowanie (creasing) to formowanie linii zgięcia na kartonie bez jego przecinania. Nóż bigujący ma tępe ostrze (promień 0,3-0,7 mm) i jest niższy od noża tnącego o 0,3-0,5 mm. Wgniatany w karton tworzy rowek ułatwiający precyzyjne zgięcie.

Parametry biga zależy od kierunku włókien kartonu. Bigowanie równoległe do kierunku włókien wymaga mniejszej siły i daje czystszą linię zgięcia. Bigowanie prostopadłe do włókien może powodować pękanie zewnętrznej warstwy kartonu – szczególnie przy kartonach jednostronnie powlekanych (GC1). Rozwiązaniem jest bigowanie wielokrotne (dwa równoległe biegi w odległości 1-3 mm) lub zastosowanie kontrmatrycy z dokładnie dopasowanym rowkiem.

Odpady i optymalizacja arkusza

Przy sztancowaniu z arkusza pozostaje odpad (tzw. ażur) – materiał wokół wyciętych elementów. Optymalizacja rozkładu elementów na arkuszu (nesting) minimalizuje ilość odpadu. Dobrze zaprojektowany rozkład daje 15-25% odpadu. Źle zaprojektowany – nawet 40-50%. Przy nakładzie 100 000 arkuszy kartonu GC1 350 g/m² różnica między 20% a 40% odpadu to 6000-8000 zł oszczędności na samym materiale.

Programy do nestingu (np. Artios CAD, ArtiosCAD, PackEdge) automatycznie optymalizują rozkład wykrojów na arkuszu uwzględniając kierunek włókien kartonu, marginesy technologiczne i pozycję chwytaków maszyny. Przy elementach o prostym kształcie (prostokąt, koło) rozkład jest oczywisty. Przy kształtach nieregularnych (kontur maskotki, mapa) automatyczna optymalizacja potrafi zaoszczędzić 5-15% materiału w porównaniu z ręcznym układaniem.

Separacja odpadów odbywa się na prasie (stripping) – specjalne szpilki i łapki wyrywają ażur z arkusza zostawiając gotowe elementy na arkuszu nośnym. Przy skomplikowanych kształtach z wieloma małymi otworami (np. perforacja ozdobna, okienka) separacja jest najtrudniejszym etapem i wymaga precyzyjnego ustawienia narzędzi strippingowych.

Kontrola jakości w sztancowaniu

Podstawowe parametry kontrolowane w procesie sztancowania to dokładność wymiaru (mierzona suwmiarką lub skanerem optycznym, tolerancja ±0,3 mm), jakość krawędzi cięcia (czyste, bez wyrwań, bez pyłu kartonowego), głębokość i czystość bigu (równomierny rowek bez pęknięć lica kartonu) i rejestracja z drukiem (zgodność pozycji cięcia z nadrukowaną grafiką, tolerancja ±0,5 mm).

Najczęstsze wady: wyrwania na krawędziach (tępe noże, zbyt twardy materiał), pęknięcia na bigach (zbyt wąski big, kierunek prostopadły do włókien), niedocięcie (za mały nacisk prasy lub zużyta kontrsztanca), przesunięcie cięcia względem druku (błąd rejestracji arkusza). Każda z tych wad wymaga korekty ustawień maszyny lub wymiany elementów sztancy.

Historia sztancowania

Sztancowanie wywodzi się z przemysłu obuwniczego XIX wieku. Pierwsze sztance służyły do wycinania skórzanych elementów butów – podeszew, cholewek, pasków. W latach 1890-1920 technikę zaadaptowano do produkcji opakowań kartonowych. Rozwój automatycznych pras wykrawających w latach 1950-1970 umożliwił masową produkcję opakowań konsumenckich. Współczesne prasy autoplatynowe (Bobst Mastercut, Heidelberg Varimatrix) łączą wykrawanie, separację odpadów i składanie w jednej linii produkcyjnej z wydajnością ponad 8000 arkuszy na godzinę. Najnowsze generacje tych maszyn wyposażone są w systemy wizyjne kontrolujące każdy arkusz w czasie rzeczywistym.

Koszt sztancowania

Na koszt sztancowania składają się dwa elementy: koszt wykonania sztancy i koszt wykrawania (przeliczany na arkusz lub sztukę):

Element kosztu	Zakres cenowy	Od czego zależy
Sztanca płaska (mała, do 30×40 cm)	300-800 zł	Długość linii cięcia, skomplikowanie kształtu
Sztanca płaska (duża, do 72×102 cm)	800-3000 zł	Format, liczba elementów na arkuszu
Sztanca rotacyjna	3000-20 000 zł	Obwód cylindra, szerokość, materiał
Wykrawanie (nakład 1000 ark.)	0,10-0,50 zł/ark.	Format, materiał, prędkość maszyny
Wykrawanie (nakład 10 000 ark.)	0,05-0,20 zł/ark.	Format, materiał, prędkość maszyny

Sztanca jest kosztem jednorazowym i amortyzuje się przy nakładach powyżej 500 sztuk. Przy nakładzie poniżej 500 sztuk tańsze jest cięcie ploterowe lub laserowe (brak kosztu formy). Trwałość sztancy płaskiej: 100 000-500 000 uderzeń. Przy regularnych dodrukach ta sama sztanca służy latami.

Sztancowanie a druk cyfrowy – krótkie serie

Rozwój druku cyfrowego (HP Indigo, Konica Minolta, Xerox Iridesse) umożliwił opłacalny druk opakowań w nakładach 50-500 sztuk. Ale wydrukowane arkusze nadal wymagają wykrawania. Tradycyjna sztanca jest zbyt kosztowna dla tak małych serii (koszt formy dzieli się na kilkadziesiąt sztuk). Rozwiązaniem są plotery tnące z automatycznym podajnikiem arkuszy – łączą precyzję plotera z wydajnością zbliżoną do prasy (500-1500 arkuszy na godzinę). Firmy takie jak Zünd, Kongsberg i Esko produkują plotery dedykowane do krótkich serii opakowań.

Drugie rozwiązanie to laserowe wykrawanie in-line – moduł laserowy zamontowany za maszyną drukującą wycina elementy z arkusza bezpośrednio po druku. Laser o mocy 200-1000 W tnie karton do 600 g/m² z prędkością 5-20 metrów na sekundę. Systemy in-line (np. Highcon Euclid, Scodix Ultra) eliminują czas przygotowania formy i pozwalają na zmianę kształtu z arkusza na arkusz. Koszt systemu: 300 000-1 500 000 zł. Opłaca się przy produkcji personalizowanych opakowań i materiałów reklamowych w małych seriach.

Przy nakładach powyżej 2000 sztuk tradycyjna sztanca pozostaje najtańszym rozwiązaniem. Koszt formy (300-3000 zł) amortyzuje się szybko a koszt wykrawania (0,05-0,50 zł/arkusz) jest wielokrotnie niższy niż cięcie laserowe lub ploterowe. Dlatego w produkcji masowych opakowań sztancowanie mechaniczne dominuje i będzie dominować jeszcze przez dekady. Hybryda obu podejść – cyfrowy druk w krótkich seriach i mechaniczne sztancowanie przy dodrukach – staje się standardem w nowoczesnych drukarniach opakowaniowych łączących elastyczność z efektywnością kosztową.