De verpakking van levensmiddelenis vaak speciaal geconstrueerd om producten vers te houden door ze te isoleren tegen vocht, zuurstof en zelfs licht. Sterke, goed gesloten verpakkingen kunnen echter ook lastig te openen zijn voor consumenten. Als gevolg hiervan snijden of slaan verpakkingsfabrikanten soms gaten in verpakkingen om ze gemakkelijker te kunnen openen. Voor een groot aantal fabrikanten van ijshoorntjes isCO2-laserszijn nu een onmisbare technologie voor het bereiken van precisieperforatie van pakketten met hoge snelheid.
De verpakkingsuitdaging
In deze specifieke toepassing werden met ijs gevulde hoorntjes verpakt in een materiaal gemaakt van papier van 70-80 micron dik, dat aan één zijde was bedekt met een laag aluminiumfolie van ongeveer 20 micron dik. Om het openen van deze verpakking te vergemakkelijken, prikt de fabrikant gaten door de papierlaag, terwijl de aluminiumlaag volledig onaangeroerd blijft. Het vasthouden van de aluminiumlaag is noodzakelijk om de mechanische stabiliteit van de verpakking te behouden en tegelijkertijd te voorkomen dat de functie van de verpakking, namelijk het isoleren van de verpakking tegen vocht en zuurstof, in gevaar komt.
Wanneer een grootschalige fabrikant van dessertverpakkingen in eerste instantie een perforatieproces ontwikkelt, wordt duidelijk gesteld dat elke nieuwe aanpak aan verschillende belangrijke criteria moet voldoen. Ten eerste moet het perforatieproces worden geïntegreerd in een bestaande productielijn, waar dozen met een snelheid van drie dozen per seconde op een transportband worden overgebracht. Ten tweede zou het perforatieproces slechts zeer kleine kosten per eenheid aan het product moeten toevoegen. Ten slotte kon het nieuwe proces het papier niet verkleuren of zichtbare kruimels veroorzaken, waardoor een negatieve perceptie van het voedsel bij de consument zou ontstaan.
De verpakkingsfabrikant begreep meteen dat geen van de bestaande mechanische methoden aan al deze beperkingen voldeed. In het bijzonder zou geen enkel traditioneel snijgereedschap dit niveau van precisie kunnen bereiken op een hogesnelheidstransportband. Daarom wendde het bedrijf zich tot een product voor de ontwikkeling van lasersystemen,het laserreinigingssysteem, voor een oplossing.
CO2-laseroplossing
Het pakketperforatiesysteem is ontwikkeld op basis van een laserreinigingssysteem en combineert een Coherent GEM-100 met focusseringsoptiek en een 2D-galvanometerscansysteem. De GEM-100 is een continue laser met een uitgangsvermogen van 100 W, en is ook in pulsbreedte verstelbaar, met pulsbreedtemodulatie van 60% tot 80% inschakelduur, ontworpen om stippellijnen op het product te creëren in plaats van continu stevige getekende lijnen. de laser wordt gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, zoals papier, karton, karton en karton.
Tijdens de verwerkingssessie bestaat het papier uit platte driehoeken. De laser snijdt een vloeiende curve met twee extra "hulplijnen" aan het einde van elke lijn (zodat de scheur precies op het juiste punt begint). Deze geperforeerde curve wordt een rechte lijn nadat de plaat is gerold en in de uiteindelijke kegelvorm is gelijmd.
De snelheid van de transportband bedraagt ongeveer 1 meter/seconde en blijft constant, de scanner compenseert deze beweging en snijdt het product af terwijl het beweegt. Omdat het laservermogen vast is (alleen de werkcyclus van de laser is variabel en het piekvermogen constant), is de scansnelheid de enige werkende variabele. Als de snede te diep of te ondiep is, kan de scansnelheid worden gewijzigd om dat proces opnieuw te optimaliseren.
Dingen waarmee u rekening moet houden bij lasers
Voor deze toepassing is gekozen voor een CO2-laser omdat de golflengte van 10,6- micron gemakkelijk door het papier wordt geabsorbeerd en sterk wordt gereflecteerd door het aluminium. Dit maakt het eenvoudiger en gemakkelijker om de papierlaag volledig door te snijden terwijl de aluminiumlaag onaangeroerd blijft.
De GEM-100-laser van Coherent biedt bijzondere voordelen. Ten eerste maakt de gevouwen golfgeleiderstructuur hem zeer compact (in verhouding tot het uitgangsvermogen), aangezien ruimte een belangrijke overweging is. Ten tweede geeft het een vermogensstabiliteit van ±3%, voldoende onder ±5% binnen het vereiste verwerkingsvenster. De stabiliteitsmetriek wordt bereikt door een zeer efficiënt waterkoelsysteem dat de thermische vervorming van de resonantieholte vermindert, en de GEM-100 heeft ook een lange resonantieholte die een groot aantal gelijktijdig optredende longitudinale modi handhaaft, waardoor vermogensfluctuaties verder worden geminimaliseerd vanwege eventuele moduswijzigingen.
De lange vouwholte van de laser en het gepatenteerde optische ontwerp resulteren in een goede vlekpatroonkwaliteit, waardoor stroompieken aan de lagere vermogenskant van de vlek worden geëlimineerd die het papier zouden verschroeien in plaats van snijden. Een andere factor die verschroeien voorkomt, zijn de snelle stijg- en daaltijden van de polsslag. De stijgtijd van dit type laser is natuurlijk snel, maar de valtijd moet worden gecontroleerd door gasmenging en druk, en bij de GEM-100-laser zijn deze specifiek geoptimaliseerd om korte valtijden van de puls te geven, waardoor het lange wegvallen van de macht die tot verzenging kan leiden.
Concluderend heeft laserperforatie verpakkingsfabrikanten in staat gesteld de consumentenervaring met hun producten te verbeteren zonder de productiekosten substantieel te verhogen. Het zou onpraktisch zijn om dit proces te implementeren met behulp van niet-lasermethoden, en alleen CO2-lasers zijn in staat deze noodzakelijke combinatie te realiseren: van outputkenmerken, fysieke kenmerken en de totale eigendomskosten om deze toepassing succesvol te maken.
