食品包裝經(jīng)常被特別地設(shè)計構(gòu)造，目的是為了通過隔絕濕氣、氧氣甚至光線來保持產(chǎn)品新鮮。然而對于消費(fèi)者來說，堅固的、密封完好的包裝可能也是難以打開的。因此，有時包裝廠商會在包裝上劃線或打孔，使得它們更容易被打開。對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)
在這個特殊的應(yīng)用中，填滿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。為了便于打開這種包裝，制造商打孔穿透紙層的同時保留鋁層完全沒有被觸及到。保留鋁層是必需的，它可以維持包裝的機(jī)械穩(wěn)定性，同時避免危及到隔離潮濕和氧氣的包裝功能。
當(dāng)一個大規(guī)模的甜點(diǎn)包裝制造商最初發(fā)展打孔處理過程時，明確地說明任何新的方法應(yīng)當(dāng)迎合幾個重要的標(biāo)準(zhǔn)。首先，打孔過程必須能與現(xiàn)存的生產(chǎn)線集成在一起，在這個現(xiàn)存的生產(chǎn)線中，包裝盒是通過傳送帶以每秒3個的速率來傳輸。其次，該打孔過程應(yīng)當(dāng)向產(chǎn)品中僅添加非常少的單元成本。最后，這種新處理過程不能使紙變色或者引起顯而易見的碎屑，因為這會使消費(fèi)者對食品產(chǎn)生負(fù)面的感受。
該包裝廠商馬上明白現(xiàn)有的機(jī)械方法沒有一個能滿足所有的這些限制。尤其是，沒有一個傳統(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)開發(fā)產(chǎn)品——激光清洗系統(tǒng)，來尋求解決方案。
CO2激光器的解決方案
由激光清洗系統(tǒng)發(fā)展而來的包裝打孔系統(tǒng)將一臺相干公司的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，而不是連續(xù)的實劃線。
在處理環(huán)節(jié)中，紙是平的三角形。激光切割出一個平滑的曲線，同時在每個線末端帶有兩個額外的“輔助線”（以幫助在精密正確的點(diǎn)處開始撕口）。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就變成了一條直線。
傳送帶的速度大約是1米/秒并且保持不變，掃描器會補(bǔ)償這種運(yùn)動，并在產(chǎn)品移動時進(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），所以掃描速度是唯一的作用變量。如果切口太深或太淺，那么可以改變掃描速度來重新優(yōu)化該處理過程。
激光器需要考慮的事項
激光清洗系統(tǒng)選擇CO2激光器應(yīng)用在這種應(yīng)用中，因為它的10.6微米輸出波長容易被紙吸收，同時被鋁高反射。這使得完全切割穿透紙層而保留鋁層未被觸及更加簡單容易。
相干公司的GEM-100激光器具有特別的優(yōu)勢。首先，它的折疊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)使得它非常緊湊（相對于它的輸出功率而言），由于空間是一個主要考慮因素。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)是通過高效的水冷系統(tǒng)減少了諧振腔的熱變形來達(dá)到的，GEM-100也有一個長的諧振腔，可以維持大量的同時發(fā)生的縱模，進(jìn)一步將由于任何模式變化所帶來的功率浮動降低到最小。
該激光器的長折疊腔與專利的光學(xué)設(shè)計帶來了好的光斑模式質(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間。這種類型的激光器上升時間自然是快速的，但是下降時間不得不通過氣體的混合與壓力來控制，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間，因而消除了會導(dǎo)致燒焦的在功率上的長拖尾。
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)者對他們產(chǎn)品的體驗，同時并沒有實質(zhì)性地增加生產(chǎn)成本。用非激光的方法去實現(xiàn)該處理過程將是不切實際的，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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