Balení potravinje často speciálně konstruován tak, aby udržoval produkty čerstvé tím, že je izoluje od vlhkosti, kyslíku a dokonce i světla. Silné, dobře uzavřené obaly však mohou být pro spotřebitele také obtížné otevřít. Výsledkem je, že výrobci obalů někdy skórují nebo děrují balíčky, aby se usnadnily jejich otevírání. Pro velký počet výrobců zmrzlinových kornoutůCO2 laseryjsou nyní nepostradatelnou technologií pro dosažení vysokorychlostní přesné perforace obalu.
Balicí výzva
V této konkrétní aplikaci byly kornouty naplněné zmrzlinou zabaleny do materiálu vyrobeného z papíru o tloušťce 70-80 mikronů, který byl na jedné straně potažen vrstvou hliníkové fólie o tloušťce přibližně 20 mikronů. Aby se usnadnilo otevírání tohoto obalu, výrobce děruje papírovou vrstvu, přičemž hliníkovou vrstvu ponechává zcela nedotčenou. Zachování hliníkové vrstvy je nezbytné pro udržení mechanické stability obalu, přičemž se zabrání ohrožení funkce obalu spočívajícího v jeho izolaci od vlhkosti a kyslíku.
Když velký výrobce obalů na dezerty zpočátku vyvíjí proces perforace, je jasně uvedeno, že každý nový přístup by měl splňovat několik důležitých kritérií. Za prvé, proces perforace musí být integrován do stávající výrobní linky, kde jsou krabice přepravovány na dopravním pásu rychlostí tři za sekundu. Za druhé, proces děrování by měl přidat k produktu pouze velmi malé jednotkové náklady. A konečně, nový proces nemohl odbarvit papír ani způsobit viditelné drobky, které by vytvářely negativní vnímání potraviny spotřebitelem.
Výrobce obalů okamžitě pochopil, že žádná z existujících mechanických metod nesplňuje všechna tato omezení. Zejména žádný z tradičních řezných nástrojů nemohl dosáhnout této úrovně přesnosti na vysokorychlostním dopravníkovém pásu. Společnost se tedy obrátila na produkt vývoje laserového systému,laserový čisticí systém, pro řešení.
CO2 laserové řešení
Systém děrování obalu, vyvinutý na základě laserového čisticího systému, kombinuje koherentní GEM-100 se zaostřovací optikou a 2D galvanometrovým skenovacím systémem. GEM-100 je kontinuální laser s výstupním výkonem 100 W a je také nastavitelný šířky pulsu, s modulací šířky pulsu 60 % až 80 % pracovního cyklu je navržen tak, aby na produktu vytvářel přerušované čáry namísto nepřetržitých plné rýhované čáry. laser se používá v různých aplikacích, jako je papír, lepenka, lepenka a lepenka.
V relaci zpracování jsou papírem ploché trojúhelníky. Laser vyřízne hladkou křivku se dvěma dodatečnými "pomocnými čarami" na konci každé čáry (aby pomohly zahájit trhání přesně ve správném bodě). Tato perforovaná křivka se po srolování a slepení plechu do konečného tvaru kužele stává přímkou.
Rychlost dopravního pásu je asi 1 metr/sekundu a zůstává konstantní, skener tento pohyb kompenzuje a produkt při pohybu řeže. Protože je výkon laseru pevný (proměnný je pouze pracovní cyklus laseru a špičkový výkon je konstantní), je rychlost skenování jedinou působící proměnnou. Pokud je řez příliš hluboký nebo příliš mělký, lze změnit rychlost skenování a proces znovu optimalizovat.
Co je třeba zvážit u laserů
Pro tuto aplikaci byl vybrán CO2 laser, protože jeho výstupní vlnová délka 10{2}}mikronů je snadno absorbována papírem a vysoce odražena hliníkem. To usnadňuje a usnadňuje úplné proříznutí vrstvy papíru, přičemž hliníková vrstva zůstane nedotčená.
Laser GEM-100 společnosti Coherent nabízí zvláštní výhody. Za prvé, jeho složená struktura vlnovodu jej činí velmi kompaktním (vzhledem k jeho výstupnímu výkonu), protože prostor je hlavním hlediskem. Za druhé, poskytuje ±3% stabilitu výkonu dostatečně pod ±5% v požadovaném okně zpracování. Metriky stability je dosaženo vysoce účinným systémem vodního chlazení, který snižuje tepelnou deformaci rezonanční dutiny, a GEM-100 má také dlouhou rezonanční dutinu, která udržuje velké množství současně se vyskytujících podélných režimů, což dále minimalizuje kolísání výkonu v důsledku jakýchkoli změn režimu.
Dlouhá skládací dutina laseru a patentovaná optická konstrukce mají za následek dobrou kvalitu bodového vzoru, která eliminuje přepětí na spodní výkonové straně bodu, které by papír spíše spálilo než rozřezalo. Dalším faktorem, který zabraňuje popálení, je rychlý nárůst a pokles pulzu. Doba náběhu tohoto typu laseru je přirozeně rychlá, ale doba poklesu musí být řízena mícháním plynu a tlakem, a u GEM-100 laseru byly tyto speciálně optimalizovány tak, aby poskytovaly krátké doby poklesu pulzu, čímž se eliminují dlouhý výpadek energie, který může vést k popálení.
Závěrem lze říci, že laserová perforace umožnila výrobcům obalů zlepšit spotřebitelskou zkušenost s jejich produkty, aniž by podstatně zvyšovala výrobní náklady. Bylo by nepraktické implementovat tento proces pomocí nelaserových metod a pouze CO2 lasery jsou schopny realizovat tuto nezbytnou kombinaci: výstupních charakteristik, fyzikálních charakteristik a celkových nákladů na vlastnictví, aby byla tato aplikace úspěšná.
