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CO2激光器实现在包装上高速打孔
作者:相干公司 Frank Gaebler
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食品包装经常被特别地设计构造,目的是为了通过隔绝湿气、氧气甚至光线来保持产品新鲜。然而对于消费者来说,坚固的、密封完好的包装可能也是难以打开的。因此,有时包装厂商会在包装上划线或打孔,使得它们更容易被打开。对于大量的冰淇淋甜筒生产商而言,现在CO2激光器已经成为实现高速精密包装打孔的不可或缺的技术。

包装的挑战

在这个特殊的应用中,填满了冰淇淋的圆锥甜筒被包装在一种材料中,这种材料由70-80微米厚的纸制作而成,纸的一面涂上了一层大约20微米厚的铝膜。为了便于打开这种包装,制造商打孔穿透纸层的同时保留铝层完全没有被触及到。保留铝层是必需的,它可以维持包装的机械稳定性,同时避免危及到隔离潮湿和氧气的包装功能。

当一个大规模的甜点包装制造商最初发展打孔处理过程时,明确地说明任何新的方法应当迎合几个重要的标准。首先,打孔过程必须能与现存的生产线集成在一起,在这个现存的生产线中,包装盒是通过传送带以每秒3个的速率来传输。其次,该打孔过程应当向产品中仅添加非常少的单元成本。最后,这种新处理过程不能使纸变色或者引起显而易见的碎屑,因为这会使消费者对食品产生负面的感受。

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该包装厂商马上明白现有的机械方法没有一个能满足所有的这些限制。尤其是,没有一个传统的切纸工具能够在高速的传送带上完成这种精确水平的操作。于是该公司转向激光系统开发产品——激光清洗系统,来寻求解决方案。

CO2激光器的解决方案

由激光清洗系统发展而来的包装打孔系统将一台相干公司的GEM-100与聚焦光学和二维振镜扫描系统紧密配合在一起。GEM-100是一款输出功率100W的连续激光器,同时它是脉宽可调的,60%~80%占空比的脉宽调制是为了在产品上制造出虚线,而不是连续的实划线。

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在处理环节中,纸是平的三角形。激光切割出一个平滑的曲线,同时在每个线末端带有两个额外的“辅助线”(以帮助在精密正确的点处开始撕口)。在这张纸被卷成最终的圆锥筒状并用胶水粘好后,这种打孔形成的曲线就变成了一条直线。

传送带的速度大约是1米/秒并且保持不变,扫描器会补偿这种运动,并在产品移动时进行切割。既然激光功率是固定的(只有激光的占空比是变化的,峰值功率是不变的),所以扫描速度是唯一的作用变量。如果切口太深或太浅,那么可以改变扫描速度来重新优化该处理过程。

激光器需要考虑的事项

激光清洗系统选择CO2激光器应用在这种应用中,因为它的10.6微米输出波长容易被纸吸收,同时被铝高反射。这使得完全切割穿透纸层而保留铝层未被触及更加简单容易。

相干公司的GEM-100激光器具有特别的优势。首先,它的折叠波导结构使得它非常紧凑(相对于它的输出功率而言),由于空间是一个主要考虑因素。其次,它给予的±3%功率稳定性充分地低于±5%所需要的处理窗口之内。稳定性指标是通过高效的水冷系统减少了谐振腔的热变形来达到的,GEM-100也有一个长的谐振腔,可以维持大量的同时发生的纵模,进一步将由于任何模式变化所带来的功率浮动降低到最小。

该激光器的长折叠腔与专利的光学设计带来了好的光斑模式质量,这消除了光斑中较低功率边的功率突高,这种功率突高会烧焦而不是切割纸张。另一种避免烧焦的因素是快速的脉冲上升和下降时间。这种类型的激光器上升时间自然是快速的,但是下降时间不得不通过气体的混合与压力来控制,在GEM-100激光器中,这些已经被特别地优化进而给予了短的脉冲下降时间,因而消除了会导致烧焦的在功率上的长拖尾。

作为结论,激光打孔已经使包装制造商增强了消费者对他们产品的体验,同时并没有实质性地增加生产成本。用非激光的方法去实现该处理过程将是不切实际的,只有CO2激光器能够实现这种必需的结合:输出特性、物理特点和使得该应用成功的全部成本。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (2012-9-29)
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