Imballaggio alimentareè spesso costruito appositamente per mantenere i prodotti freschi isolandoli dall'umidità, dall'ossigeno e persino dalla luce. Tuttavia, anche le confezioni robuste e ben sigillate possono essere difficili da aprire per i consumatori. Di conseguenza, i produttori di imballaggi a volte incidono o perforano le confezioni per facilitarne l’apertura. Per un gran numero di produttori di coni gelato,Laser a CO2sono oggi una tecnologia indispensabile per ottenere una perforazione precisa e ad alta velocità delle confezioni.
La sfida dell'imballaggio
In questa particolare applicazione, i coni ripieni di gelato sono stati confezionati in un materiale costituito da carta spessa 70-80 micron, rivestita su un lato con uno strato di pellicola di alluminio spessa circa 20 micron. Per facilitare l'apertura di questa confezione, il produttore pratica dei fori attraverso lo strato di carta lasciando completamente intatto lo strato di alluminio. Il trattenimento dello strato di alluminio è necessario per mantenere la stabilità meccanica della confezione evitando di compromettere la funzione della confezione di isolarla dall'umidità e dall'ossigeno.
Quando un produttore di imballaggi per dolci su larga scala sviluppa inizialmente un processo di perforazione, viene chiaramente affermato che qualsiasi nuovo approccio dovrebbe soddisfare diversi criteri importanti. Innanzitutto, il processo di perforazione deve essere integrato in una linea di produzione esistente in cui le scatole vengono trasferite su un nastro trasportatore alla velocità di tre al secondo. In secondo luogo, il processo di perforazione dovrebbe aggiungere al prodotto solo un costo unitario molto ridotto. Infine, il nuovo processo non potrebbe scolorire la carta o causare briciole visibili, che creerebbero una percezione negativa del cibo da parte del consumatore.
Il produttore di imballaggi ha subito capito che nessuno dei metodi meccanici esistenti soddisfaceva tutte queste limitazioni. In particolare, nessuno degli utensili da taglio tradizionali potrebbe raggiungere questo livello di precisione su un nastro trasportatore ad alta velocità. Quindi l'azienda si è rivolta a un prodotto per lo sviluppo di sistemi laser,il sistema di pulizia laser, per una soluzione.
Soluzione laser CO2
Sviluppato da un sistema di pulizia laser, il sistema di perforazione della confezione combina un Coherent GEM-100 con un'ottica di focalizzazione e un sistema di scansione galvanometrica 2D. Il GEM-100 è un laser continuo con potenza di uscita di 100 W ed è anche regolabile in larghezza di impulso, con modulazione della larghezza di impulso dal 60% all'80% del ciclo di lavoro è progettato per creare linee tratteggiate sul prodotto anziché continue linee incise solide. il laser viene utilizzato in una varietà di applicazioni, come carta, cartone, cartone e cartone.
Nella sessione di elaborazione, la carta presenta triangoli piatti. Il laser taglia una curva morbida con due "linee ausiliarie" aggiuntive alla fine di ciascuna linea (per aiutare a iniziare lo strappo esattamente nel punto giusto). Questa curva perforata diventa una linea retta dopo che il foglio è stato arrotolato e incollato nella forma conica finale.
La velocità del nastro trasportatore è di circa 1 metro/secondo e rimane costante, lo scanner compensa questo movimento e taglia il prodotto mentre si muove. Poiché la potenza del laser è fissa (solo il ciclo di lavoro del laser è variabile e la potenza di picco è costante), la velocità di scansione è l'unica variabile che agisce. Se il taglio è troppo profondo o troppo superficiale, è possibile modificare la velocità di scansione per ottimizzare nuovamente il processo.
Cose da considerare con i laser
Per questa applicazione è stato scelto un laser a CO2 perché la sua lunghezza d'onda in uscita di 10,6-micron viene facilmente assorbita dalla carta e fortemente riflessa dall'alluminio. Ciò rende più semplice e facile tagliare completamente lo strato di carta lasciando intatto lo strato di alluminio.
Il laser GEM-100 di Coherent offre vantaggi particolari. In primo luogo, la sua struttura a guida d'onda piegata lo rende molto compatto (rispetto alla sua potenza di uscita), poiché lo spazio è una considerazione importante. In secondo luogo, fornisce una stabilità di potenza del ±3% sufficientemente inferiore al ±5% all'interno della finestra di elaborazione richiesta. La metrica di stabilità è ottenuta da un sistema di raffreddamento ad acqua altamente efficiente che riduce la deformazione termica della cavità risonante, inoltre il GEM-100 ha anche una lunga cavità risonante che mantiene un gran numero di modi longitudinali che si verificano simultaneamente, minimizzando ulteriormente le fluttuazioni di potenza a causa di eventuali modifiche alla modalità.
La lunga cavità di piegatura del laser e il design ottico brevettato garantiscono una buona qualità del disegno del punto, eliminando i picchi di corrente sul lato di potenza inferiore del punto che brucerebbero anziché tagliare la carta. Un altro fattore che evita le bruciature sono i rapidi tempi di salita e discesa degli impulsi. Il tempo di salita di questo tipo di laser è naturalmente veloce, ma il tempo di caduta deve essere controllato dalla miscelazione e dalla pressione del gas, e nel laser GEM-100 questi sono stati specificatamente ottimizzati per fornire tempi di caduta dell'impulso brevi, eliminando così la lunga perdita di potere che può portare a bruciature.
In conclusione, la perforazione laser ha consentito ai produttori di imballaggi di migliorare l’esperienza del consumatore con i loro prodotti senza aumentare sostanzialmente i costi di produzione. Sarebbe poco pratico implementare questo processo utilizzando metodi non laser, e solo i laser a CO2 sono in grado di realizzare questa combinazione necessaria: di caratteristiche di output, caratteristiche fisiche e costo totale di proprietà per rendere questa applicazione di successo.
