食品包裝經(jīng)常被特別地設(shè)計(jì)構(gòu)造，目的是為了通過(guò)隔絕濕氣、氧氣甚至光線(xiàn)來(lái)保持產(chǎn)品新鮮。然而對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，堅(jiān)固的、密封完好的包裝可能也是難以打開(kāi)的。因此，有時(shí)包裝廠商會(huì)在包裝上劃線(xiàn)或打孔，使得它們更容易被打開(kāi)。對(duì)于大量的冰淇淋甜筒生產(chǎn)商而言，現(xiàn)在CO2激光器已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)高速精密包裝打孔的不可或缺的技術(shù)。
包裝的挑戰(zhàn)
在這個(gè)特殊的應(yīng)用中，填滿(mǎn)了冰淇淋的圓錐甜筒被包裝在一種材料中，這種材料由70-80微米厚的紙制作而成，紙的一面涂上了一層大約20微米厚的鋁膜。為了便于打開(kāi)這種包裝，制造商打孔穿透紙層的同時(shí)保留鋁層完全沒(méi)有被觸及到。保留鋁層是必需的，它可以維持包裝的機(jī)械穩(wěn)定性，同時(shí)避免危及到隔離潮濕和氧氣的包裝功能。
當(dāng)一個(gè)大規(guī)模的甜點(diǎn)包裝制造商最初發(fā)展打孔處理過(guò)程時(shí)，明確地說(shuō)明任何新的方法應(yīng)當(dāng)迎合幾個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)。首先，打孔過(guò)程必須能與現(xiàn)存的生產(chǎn)線(xiàn)集成在一起，在這個(gè)現(xiàn)存的生產(chǎn)線(xiàn)中，包裝盒是通過(guò)傳送帶以每秒3個(gè)的速率來(lái)傳輸。其次，該打孔過(guò)程應(yīng)當(dāng)向產(chǎn)品中僅添加非常少的單元成本。最后，這種新處理過(guò)程不能使紙變色或者引起顯而易見(jiàn)的碎屑，因?yàn)檫@會(huì)使消費(fèi)者對(duì)食品產(chǎn)生負(fù)面的感受。
該包裝廠商馬上明白現(xiàn)有的機(jī)械方法沒(méi)有一個(gè)能滿(mǎn)足所有的這些限制。尤其是，沒(méi)有一個(gè)傳統(tǒng)的切紙工具能夠在高速的傳送帶上完成這種精確水平的操作。于是該公司轉(zhuǎn)向激光系統(tǒng)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品——激光清洗系統(tǒng)，來(lái)尋求解決方案。
CO2激光器的解決方案
由激光清洗系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的包裝打孔系統(tǒng)將一臺(tái)相干公司的GEM-100與聚焦光學(xué)和二維振鏡掃描系統(tǒng)緊密配合在一起。GEM-100是一款輸出功率100W的連續(xù)激光器，同時(shí)它是脈寬可調(diào)的，60%~80%占空比的脈寬調(diào)制是為了在產(chǎn)品上制造出虛線(xiàn)，而不是連續(xù)的實(shí)劃線(xiàn)。
在處理環(huán)節(jié)中，紙是平的三角形。激光切割出一個(gè)平滑的曲線(xiàn)，同時(shí)在每個(gè)線(xiàn)末端帶有兩個(gè)額外的“輔助線(xiàn)”（以幫助在精密正確的點(diǎn)處開(kāi)始撕口）。在這張紙被卷成最終的圓錐筒狀并用膠水粘好后，這種打孔形成的曲線(xiàn)就變成了一條直線(xiàn)。
傳送帶的速度大約是1米/秒并且保持不變，掃描器會(huì)補(bǔ)償這種運(yùn)動(dòng)，并在產(chǎn)品移動(dòng)時(shí)進(jìn)行切割。既然激光功率是固定的（只有激光的占空比是變化的，峰值功率是不變的），所以?huà)呙杷俣仁俏ㄒ坏淖饔米兞俊Ｈ绻锌谔罨蛱珳\，那么可以改變掃描速度來(lái)重新優(yōu)化該處理過(guò)程。
激光器需要考慮的事項(xiàng)
激光清洗系統(tǒng)選擇CO2激光器應(yīng)用在這種應(yīng)用中，因?yàn)樗?0.6微米輸出波長(zhǎng)容易被紙吸收，同時(shí)被鋁高反射。這使得完全切割穿透紙層而保留鋁層未被觸及更加簡(jiǎn)單容易。
相干公司的GEM-100激光器具有特別的優(yōu)勢(shì)。首先，它的折疊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)使得它非常緊湊（相對(duì)于它的輸出功率而言），由于空間是一個(gè)主要考慮因素。其次，它給予的±3%功率穩(wěn)定性充分地低于±5%所需要的處理窗口之內(nèi)。穩(wěn)定性指標(biāo)是通過(guò)高效的水冷系統(tǒng)減少了諧振腔的熱變形來(lái)達(dá)到的，GEM-100也有一個(gè)長(zhǎng)的諧振腔，可以維持大量的同時(shí)發(fā)生的縱模，進(jìn)一步將由于任何模式變化所帶來(lái)的功率浮動(dòng)降低到最小。
該激光器的長(zhǎng)折疊腔與專(zhuān)利的光學(xué)設(shè)計(jì)帶來(lái)了好的光斑模式質(zhì)量，這消除了光斑中較低功率邊的功率突高，這種功率突高會(huì)燒焦而不是切割紙張。另一種避免燒焦的因素是快速的脈沖上升和下降時(shí)間。這種類(lèi)型的激光器上升時(shí)間自然是快速的，但是下降時(shí)間不得不通過(guò)氣體的混合與壓力來(lái)控制，在GEM-100激光器中， 這些已經(jīng)被特別地優(yōu)化進(jìn)而給予了短的脈沖下降時(shí)間，因而消除了會(huì)導(dǎo)致燒焦的在功率上的長(zhǎng)拖尾。
作為結(jié)論，激光打孔已經(jīng)使包裝制造商增強(qiáng)了消費(fèi)者對(duì)他們產(chǎn)品的體驗(yàn)，同時(shí)并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性地增加生產(chǎn)成本。用非激光的方法去實(shí)現(xiàn)該處理過(guò)程將是不切實(shí)際的，只有CO2激光器能夠?qū)崿F(xiàn)這種必需的結(jié)合：輸出特性、物理特點(diǎn)和使得該應(yīng)用成功的全部成本。
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