二氧化碳激光器實現在包裝上高速打孔

時間:2015-08-25 09:18來源:OFweek激光網作者:liuli 點擊:
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摘要:食品包裝經常被特別地設計構造,目的是為了通過隔絕濕氣、氧氣甚至光線來保持產品新鮮。然而對于消費者來說,堅固的、密封完好的包裝可能也是難以打開的。

關鍵字:激光,二氧化碳激光器,激光技術

  食品包裝經常被特別地設計構造,目的是為了通過隔絕濕氣、氧氣甚至光線來保持產品新鮮。然而對于消費者來說,堅固的、密封完好的包裝可能也是難以打開的。因此,有時包裝廠商會在包裝上劃線或打孔,使得它們更容易被打開。對于大量的冰淇淋甜筒生產商而言,現在CO2激光器已經成為實現高速精密包裝打孔的不可或缺的技術。
 
  包裝的挑戰
 
  在這個特殊的應用中,填滿了冰淇淋的圓錐甜筒被包裝在一種材料中,這種材料由70-80微米厚的紙制作而成,紙的一面涂上了一層大約20微米厚的鋁膜。為了便于打開這種包裝,制造商打孔穿透紙層的同時保留鋁層完全沒有被觸及到。保留鋁層是必需的,它可以維持包裝的機械穩定性,同時避免危及到隔離潮濕和氧氣的包裝功能。
 
  當一個大規模的甜點包裝制造商最初發展打孔處理過程時,明確地說明任何新的方法應當迎合幾個重要的標準。首先,打孔過程必須能與現存的生產線集成在一起,在這個現存的生產線中,包裝盒是通過傳送帶以每秒3個的速率來傳輸。其次,該打孔過程應當向產品中僅添加非常少的單元成本。最后,這種新處理過程不能使紙變色或者引起顯而易見的碎屑,因為這會使消費者對食品產生負面的感受。
 
  該包裝廠商馬上明白現有的機械方法沒有一個能滿足所有的這些限制。尤其是,沒有一個傳統的切紙工具能夠在高速的傳送帶上完成這種精確水平的操作。于是該公司轉向激光系統開發產品——激光清洗系統,來尋求解決方案。
 
  CO2激光器的解決方案
 
  由激光清洗系統發展而來的包裝打孔系統將一臺相干公司的GEM-100與聚焦光學和二維振鏡掃描系統緊密配合在一起。GEM-100是一款輸出功率100W的連續激光器,同時它是脈寬可調的,60%~80%占空比的脈寬調制是為了在產品上制造出虛線,而不是連續的實劃線。
 
  在處理環節中,紙是平的三角形。激光切割出一個平滑的曲線,同時在每個線末端帶有兩個額外的“輔助線”(以幫助在精密正確的點處開始撕口)。在這張紙被卷成最終的圓錐筒狀并用膠水粘好后,這種打孔形成的曲線就變成了一條直線。
 
  傳送帶的速度大約是1米/秒并且保持不變,掃描器會補償這種運動,并在產品移動時進行切割。既然激光功率是固定的(只有激光的占空比是變化的,峰值功率是不變的),所以掃描速度是唯一的作用變量。如果切口太深或太淺,那么可以改變掃描速度來重新優化該處理過程。
 
  激光器需要考慮的事項
 
  激光清洗系統選擇CO2激光器應用在這種應用中,因為它的10.6微米輸出波長容易被紙吸收,同時被鋁高反射。這使得完全切割穿透紙層而保留鋁層未被觸及更加簡單容易。
 
  相干公司的GEM-100激光器具有特別的優勢。首先,它的折疊波導結構使得它非常緊湊(相對于它的輸出功率而言),由于空間是一個主要考慮因素。其次,它給予的±3%功率穩定性充分地低于±5%所需要的處理窗口之內。穩定性指標是通過高效的水冷系統減少了諧振腔的熱變形來達到的,GEM-100也有一個長的諧振腔,可以維持大量的同時發生的縱模,進一步將由于任何模式變化所帶來的功率浮動降低到最小。
 
  該激光器的長折疊腔與專利的光學設計帶來了好的光斑模式質量,這消除了光斑中較低功率邊的功率突高,這種功率突高會燒焦而不是切割紙張。另一種避免燒焦的因素是快速的脈沖上升和下降時間。這種類型的激光器上升時間自然是快速的,但是下降時間不得不通過氣體的混合與壓力來控制,在GEM-100激光器中, 這些已經被特別地優化進而給予了短的脈沖下降時間,因而消除了會導致燒焦的在功率上的長拖尾。
 
  作為結論,激光打孔已經使包裝制造商增強了消費者對他們產品的體驗,同時并沒有實質性地增加生產成本。用非激光的方法去實現該處理過程將是不切實際的,只有CO2激光器能夠實現這種必需的結合:輸出特性、物理特點和使得該應用成功的全部成本。
 
【光粒網綜合報道】( 責任編輯:光粒網 )
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