食品包装多くの場合、製品を湿気、酸素、さらには光から遮断することで製品の鮮度を保つように特別に構築されています。 ただし、強力でしっかりと密封されたパッケージは、消費者にとって開けるのが難しい場合もあります。 その結果、包装メーカーは、開封しやすくするために、パッケージに切り込みを入れたり、穴を開けたりすることがあります。 多くのアイスクリームコーンメーカーにとって、CO2レーザーパッケージの高速・高精度な穿孔を実現するために欠かせない技術となっています。
パッケージングの課題
この特定の用途では、アイスクリームを詰めたコーンが、70-80 ミクロンの厚さの紙でできた素材で包装され、その片面が厚さ約 20 ミクロンのアルミニウム フィルムの層でコーティングされていました。 このパッケージを開封しやすくするために、製造業者はアルミニウム層にはまったく触れずに、紙層に穴を開けます。 アルミニウム層を保持することは、湿気や酸素からパッケージを絶縁するというパッケージの機能を損なうことを避けながら、パッケージの機械的安定性を維持するために必要である。
大規模なデザート包装メーカーが最初に穿孔プロセスを開発する場合、新しいアプローチはいくつかの重要な基準を満たす必要があると明確に述べられています。 まず、穿孔プロセスを既存の生産ラインに統合する必要があります。この生産ラインでは、箱が毎秒 3 個の速度でコンベア ベルト上を搬送されます。 第二に、穿孔プロセスによって製品に追加される単価はごくわずかですむはずです。 最後に、新しいプロセスでは、紙が変色したり、消費者に食品に対する否定的な印象を与える紙くずが目に見えるようになったりすることはありませんでした。
包装メーカーは、既存の機械的方法ではこれらの制限をすべて満たすものがないことをすぐに理解しました。 特に、従来の切削工具では、高速コンベア ベルト上でこのレベルの精度を達成することはできませんでした。 そこで同社はレーザーシステム開発製品に目を向けました。レーザークリーニングシステム、解決策として。
CO2レーザーソリューション
レーザー洗浄システムから開発されたパッケージ穿孔システムは、Coherent GEM-100 と集束光学系および 2D 検流計スキャン システムを組み合わせています。 GEM-100 は、出力 100W の連続レーザーで、パルス幅調整も可能で、デューティ サイクル 60% ～ 80% のパルス幅変調により、製品上に連続線ではなく破線を作成するように設計されています。しっかりとした罫線。 レーザーは、紙、板紙、板紙、板紙などのさまざまな用途に使用されます。
処理セッションでは、紙は平らな三角形です。 レーザーは、各線の端に 2 本の追加の「補助線」を付けて滑らかな曲線を切断します (正確に正しい位置で引き裂きを開始できるようにするため)。 この穴の開いた曲線は、シートを丸めて最終的な円錐形に接着すると直線になります。
コンベア ベルトの速度は約 1 メートル/秒で一定に保たれます。スキャナはこの動きを補正し、移動に合わせて製品を切断します。 レーザー出力は固定されているため (レーザーのデューティ サイクルのみが可変で、ピーク出力は一定です)、作用する変数はスキャン速度だけです。 カットが深すぎるか浅すぎる場合は、スキャン速度を変更してそのプロセスを再最適化できます。
レーザーに関して考慮すべきこと
CO2 レーザーがこの用途に選択されたのは、10.6- ミクロンの出力波長が紙に容易に吸収され、アルミニウムで強く反射されるためです。 これにより、アルミニウム層には触れずに、紙層を完全に切断することがより簡単かつ容易になります。
Coherent の GEM-100 レーザーには特別な利点があります。 まず、スペースが重要な考慮事項であるため、折り畳まれた導波路構造により、(出力パワーに比べて) 非常にコンパクトになります。 第 2 に、必要な処理ウィンドウ内で ±5% を十分に下回る ±3% の電力安定性が得られます。 安定性の基準は、共振空洞の熱変形を低減する高効率の水冷システムによって達成され、GEM-100 には同時に発生する多数の縦モードを維持する長い共振空洞もあり、出力変動をさらに最小限に抑えます。モード変更によるもの。
レーザーの長い折り畳みキャビティと特許取得済みの光学設計により、良好なスポット パターン品質が得られ、紙を切るのではなく焦げるスポットの低出力側の出力サージを排除します。 スコーチを回避するもう 1 つの要因は、パルスの立ち上がり時間と立ち下がり時間が速いことです。 このタイプのレーザーの立ち上がり時間は当然速いですが、立ち下がり時間はガスの混合と圧力によって制御する必要があります。GEM-100 レーザーでは、パルス立ち下がり時間が短くなるように特別に最適化されているため、パワーが長く続くと焦げを引き起こす可能性があります。
結論として、レーザー穿孔により、包装メーカーは生産コストを大幅に増加させることなく、自社製品の消費者エクスペリエンスを向上させることができました。 非レーザー法を使用してこのプロセスを実装することは非現実的であり、このアプリケーションを成功させるために必要な出力特性、物理的特性、総所有コストの組み合わせを実現できるのは CO2 レーザーだけです。
