Balenie potravínje často špeciálne konštruovaný tak, aby udržal produkty čerstvé tým, že ich izoluje od vlhkosti, kyslíka a dokonca aj svetla. Pevné, dobre uzavreté obaly však môžu byť pre spotrebiteľov ťažké otvoriť. Výsledkom je, že výrobcovia obalov niekedy bodujú alebo dierujú do obalov, aby sa dali ľahšie otvárať. Pre veľký počet výrobcov zmrzlinových kornútkovCO2 laserysú teraz nepostrádateľnou technológiou na dosiahnutie vysokorýchlostnej presnej perforácie balíka.
Baliaca výzva
V tejto konkrétnej aplikácii boli kornútky naplnené zmrzlinou zabalené do materiálu vyrobeného z papiera s hrúbkou 70-80 mikrónov, ktorý bol na jednej strane potiahnutý vrstvou hliníkového filmu s hrúbkou približne 20 mikrónov. Aby sa uľahčilo otváranie tohto obalu, výrobca dieruje cez vrstvu papiera, pričom hliníkovú vrstvu ponecháva úplne nedotknutú. Zachovanie hliníkovej vrstvy je nevyhnutné na udržanie mechanickej stability obalu, pričom sa predíde ohrozeniu funkcie obalu, ktorá spočíva v jeho izolácii od vlhkosti a kyslíka.
Keď veľký výrobca obalov na dezerty na začiatku vyvinie proces perforácie, jasne sa uvádza, že každý nový prístup by mal spĺňať niekoľko dôležitých kritérií. Po prvé, proces perforácie musí byť integrovaný do existujúcej výrobnej linky, kde sa škatule presúvajú na dopravnom páse rýchlosťou tri za sekundu. Po druhé, proces perforácie by mal pridať len veľmi malé jednotkové náklady na výrobok. Napokon, nový proces nemohol odfarbiť papier ani spôsobiť viditeľné omrvinky, ktoré by spotrebiteľom vytvorili negatívne vnímanie potraviny.
Výrobca obalov okamžite pochopil, že žiadna z existujúcich mechanických metód nespĺňa všetky tieto obmedzenia. Najmä žiadny z tradičných rezných nástrojov nemohol dosiahnuť túto úroveň presnosti na vysokorýchlostnom dopravnom páse. Preto sa spoločnosť obrátila na produkt vývoja laserového systému,laserový čistiaci systém, na riešenie.
CO2 laserové riešenie
Systém perforácie balíka, vyvinutý na základe laserového čistiaceho systému, kombinuje koherentný GEM-100 so zaostrovacou optikou a 2D galvanometrovým skenovacím systémom. GEM-100 je kontinuálny laser s výstupným výkonom 100 W a má tiež nastaviteľnú šírku impulzu, pričom modulácia šírky impulzu od 60 % do 80 % pracovného cyklu je navrhnutá tak, aby vytvárala na produkte prerušované čiary namiesto súvislých plné narysované čiary. laser sa používa v rôznych aplikáciách, ako je papier, lepenka, lepenka a lepenka.
V relácii spracovania sú papierom ploché trojuholníky. Laser vyreže hladkú krivku s dvoma dodatočnými "pomocnými čiarami" na konci každej čiary (na pomoc pri začatí trhania presne v správnom bode). Táto perforovaná krivka sa po zrolovaní plechu a zlepení do konečného tvaru kužeľa stáva priamkou.
Rýchlosť dopravného pásu je približne 1 meter/sekundu a zostáva konštantná, skener tento pohyb kompenzuje a pri pohybe výrobok reže. Pretože výkon lasera je pevný (len pracovný cyklus lasera je premenlivý a špičkový výkon je konštantný), rýchlosť skenovania je jedinou pôsobiacou premennou. Ak je rez príliš hlboký alebo príliš plytký, rýchlosť skenovania možno zmeniť, aby sa tento proces znova optimalizoval.
Čo treba zvážiť pri laseroch
Pre túto aplikáciu bol vybraný CO2 laser, pretože jeho výstupná vlnová dĺžka 10{2}}mikrónov je ľahko absorbovaná papierom a vysoko odrážaná hliníkom. Vďaka tomu je jednoduchšie a ľahšie úplne prerezať vrstvu papiera, pričom hliníková vrstva zostane nedotknutá.
Laser GEM-100 spoločnosti Coherent ponúka osobitné výhody. Po prvé, jeho zložená štruktúra vlnovodu ho robí veľmi kompaktným (v pomere k jeho výstupnému výkonu), pretože priestor je hlavným hľadiskom. Po druhé, poskytuje ±3% stabilitu výkonu dostatočne pod ±5% v rámci požadovaného okna spracovania. Metriku stability dosahuje vysoko účinný systém vodného chladenia, ktorý znižuje tepelnú deformáciu rezonančnej dutiny, a GEM-100 má tiež dlhú rezonančnú dutinu, ktorá zachováva veľký počet súčasne sa vyskytujúcich pozdĺžnych režimov, čím sa ďalej minimalizujú kolísanie výkonu v dôsledku akýchkoľvek zmien režimu.
Dlhá skladacia dutina lasera a patentovaný optický dizajn majú za následok dobrú kvalitu bodového vzoru, ktorá eliminuje napäťové rázy na spodnej výkonovej strane bodu, ktoré by papier skôr spálili, než rozrezali. Ďalším faktorom, ktorý zabraňuje popáleniu, je rýchly vzostup a pokles pulzu. Čas nábehu tohto typu lasera je prirodzene rýchly, ale čas poklesu musí byť riadený miešaním plynu a tlakom a v GEM-100 laseri boli tieto špecificky optimalizované tak, aby poskytovali krátke časy poklesu impulzov, čím sa eliminujú dlhý výpadok energie, ktorý môže viesť k popáleniu.
Na záver, laserová perforácia umožnila výrobcom obalov zlepšiť spotrebiteľský zážitok z ich produktov bez podstatného zvýšenia výrobných nákladov. Bolo by nepraktické implementovať tento proces pomocou nelaserových metód a iba CO2 lasery sú schopné realizovať túto nevyhnutnú kombináciu: výstupných charakteristík, fyzikálnych charakteristík a celkových nákladov na vlastníctvo, aby bola táto aplikácia úspešná.
