柔性薄膜包装的精密激光划线

作者：Greg Jahr    来源：《Industrial Laser Solution》

欢迎访问e展厅 展厅 4 激光切割机展厅 激光切割机, 激光切割机床, 激光加工机, 激光打孔机, ... 在包装行业，不但要保证包装后的产品无磨损， 同时对该包装后产品的便利性需求正在逐渐上升。很明显，包装供应商必须寻找工艺上的解决方案来实现包装的灵活性和价值，以满足消费者不断变化的需求。柔性薄膜的激光划线系统可以加强产品的易用性，同时不会损坏柔性薄膜的结构完整性， 使得包装的形式丰富多彩。 柔性薄膜的激光划线是一种非接触式的洁净解决方案，避免了对工装或消耗品的需求。全数字化工序流程，在最短时间内调整模式或设计，从而显著降低生产中的停机时间。此外，激光模块可方便地集成到新的材料处理系统中，或是改装到工厂内现有系统中。这些激光系统进行的精密划线可以赋予产品精准的特性，而这是机械方法所办不到的。 先进的划线技术 如今，高质量的激光系统可以对柔性薄膜进行精密划线，并且可以很好地控制划线的深度。这项技术的关键包括先进的激光系统控制软件，它可以持续监控并调整激光的功率来确保划线深度的一致。通过气化柔性薄膜上的指定区域以在材料上形成狭窄的裂缝， 从而实现划线。激光可以只对特定的薄膜层进行划线，而不会损害柔性薄膜的阻隔性能。数字化的工序流程可以根据材料和规格的不同进行随时调整，不需要根据不同的工作来更换模具。 在激光划线的热力过程中，激光束的能量会汽化和熔化柔性薄膜的顶层。当材料被气化后，在薄膜上会形成椎槽（V形槽），这就是划线的基础。在V形槽的任意一边，热量被吸收，随着被熔化的薄膜在冷却后从液态变为固态，会形成略微凸起的切缝（图1）。数字转换系统利用矢量格式软件来控制激光光束的路径，从而可以实现实时调整。最后得到的是精确的划线或者说撕开线，并且可以干净利落地撕开，给终端用户带来方便的使用感，从而提升品牌形象。 激光源和材料选择 最适合激光加工的柔性材料是那些气化温度范围窄的材料，包括聚酯、聚乙烯、聚丙烯、PVDC阻隔层、聚烯烃热收缩膜、尼龙和金属化薄膜。多层材料非常适合激光划线，当激光束在实施精密划线时产生的能量被一个层吸收时，其他层便不会被激光束损伤。不同材料吸收能量的速度不同，因此气化的温度不同。适应性强的激光加工系统可以调整激光功率来满足不同柔性材料的要求。 低功率CO2激光器是柔性包装材料的理想选择。这种激光器占地面积小，维护要求低，可靠性高，是处理相对较薄的薄膜的一种经济高效的方法。通常情况下，柔性包装适用的CO2激光器的标准输出功率在40到300W之间。CO2激光输出是在10.25和10.6μm的红外区域。激光束的光斑直径为100μm。加工区域范围从70mm×70mm到500mm×500mm。 激光系统的特点 当考虑在生产工序流程中加入激光划线时，有多项激光配置需要选择。可以用一个或多个激光模块来配置系统，最多可达25个模块。每个激光模块都是单独控制的。这些系统可以单独设置，或是集成到现有设备中，例如分切复卷机或装袋生产线。正如图2所示， LaserSharp®PL40系统在装袋线中实现纵向的直线形激光划线。可以设置独立的顶部和底部激光模块，以实现在线精密划线。此系统可以较为容易地集成到折叠工序之前或者之后的连续加工区。 激光系统可以纵向和横向进行直线型或是指定形状的激光划线。还可以精准地按照材料上的印刷信息的指示来进行激光划线。集成到激光加工系统内的指示传感器和视觉系统可以根据印刷的指令来自动控制激光加工过程，从而确保模式的准确性。如图3所示，直线形横向划线、直线形纵向划线、指定形状的纵向划线和横向模式可以在一个生产周期内全部实现。 此外，许多激光系统可以在单个工作站的同一生产周期内实现多个加工步骤，从而提高生产效率。像划线、分切和穿孔都可以用同一个激光系统来实施。激光可以在包装上加入额外的功能，例如通过激光蚀刻的方法在包装上加入产品识别信息，或是加上透气孔。最重要的是要铭记最终用途或应用领域的需求，这将决定如何选择激光系统。 选择高质量的激光系统 当选择高质量的激光系统时，必须考虑几个因素。首先，持续的、可重复的划线深度是关键。那么就有必要使用嵌入式的控制技术，它通过监控在线速度然后自动调整激光功率来适应，这样才能确保准确、可控的划线深度。高端激光系统的嵌入式控件可以连续地监测速度，这样，不管是在停、开机的低速情况下，还是在连续加工中的加速过程以及全速运行时，都能确保实现划线深度的一致性。 此外，有必要对激光划线的薄膜进行拉伸强度测试方面的微观分析，以确保激光系统的划线不会对薄膜的阻隔层产生负面影响。分析薄膜横断面的影像，我们可以看到划线的深度非常精准，还能看到基材在激光加工的热量作用下发生的变化。当放在显微镜下观察时，我们发现， 用低质量的激光系统处理薄膜的话，由于它不能很好地控制激光脉冲，划线深度会随着速度的变化而变化，或者产生豁口（而不是一条光滑、连续的线）。 安装和操作 激光划线系统对于制造业来说是一种少维护、极具成本效益的解决方案。在安装方面，水冷激光系统需要水冷机和洁净的空气。高质量的系统具有Class 1等级的工作防护罩，这样在平时的操作中就不需要特别的安全预防措施或眼镜。集成的传感器、空气面板和换热器管理着激光模块的内部环境，这样，即便外部温度发生变化，仍然能确保获得一致的激光划线结果。这些监测可以防止激光系统受到负面影响，极大地降低了维护的要求。触摸屏终端的操作界面使得该系统易于使用，也便于换岗的工作交接。 数字化的优势 激光划线的应用范围非常广泛，包括用于立式可再封袋、带倾倒口的包装、微波包装袋等等的易开型撕口条。激光划线技术的进步使其不再限制在直线形、纵向加工这些方面，从而带来更为多姿多彩的包装设计。例如，如图4所示，在滑动拉链袋上进行指定形状的激光划线。打开这种包装时，顶部的材料被丢弃，留下的滑动拉链便可以让消费者更为容易地移动滑块来拿到包装内的产品。 虽然有其他的机械方法可以对柔性材料进行划线，但是那些方案得到的划线结果往往都很不可靠，这会让撕口不均匀，降低包装的等级，也无法为消费者提供易开的包装解决方案。而激光系统在如今的工业环境下可实现高速、精密的功能性划线。全数字化的工序流程可以大大减少花费很高的停机；同时生产交接也变得简单起来，只需要打开一个新的文件。激光划线系统带来的是用户友好型的增值功能，同时也能保护好包装内的产品。如今对品牌所有者和生产商来说，若想改进产品的包装，那么成本效益高的激光划线方案便是他们的最佳选择。

文章内容仅供参考 (投稿) (4/15/2014)