近年來，隨著一系列食品安全事件的發(fā)生，食品安全問題越來越受到人們關(guān)注，并一度成為百姓談之色變的話題。出現(xiàn)食品安全問題的原因很多，有一部分是因為食品包裝上的油墨噴碼造成的，這不僅會產(chǎn)生污染，危害人們的身體健康；還會因為易涂改而導(dǎo)致制假售假問題。
針對以上問題，目前越來越多的食品生產(chǎn)商開始在包裝上采用激光噴碼技術(shù)來替代傳統(tǒng)的油墨噴碼。利用激光對食品包裝進行標(biāo)記，不僅快速清晰，且標(biāo)記信息永久不可擦除，徹底杜絕了人為涂改標(biāo)識信息的隱患，無疑為食品安全添加了又一重保障。此外激光噴碼設(shè)備無耗材、免維護、設(shè)備使用周期長，從長遠(yuǎn)的經(jīng)濟性考慮更有利于企業(yè)的投資回報。
激光打碼技術(shù)
激光打標(biāo)技術(shù)是用激光束在各種不同的物質(zhì)表面打上永久的標(biāo)記。打標(biāo)的效應(yīng)是通過表層物質(zhì)的蒸發(fā)露出深層物質(zhì)，或者是通過光能導(dǎo)致表層物質(zhì)的化學(xué)物理變化而“刻”出痕跡，或者是通過光能燒掉部分物質(zhì)，顯出所需刻蝕的圖案、文字。目前主要有“熱加工”和“冷加工”兩種打標(biāo)方式：
“熱加工”具有較高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生熱激發(fā)過程，從而使材料表面（或涂層）溫度上升，產(chǎn)生變態(tài)、熔融、燒蝕、蒸發(fā)等現(xiàn)象。
“冷加工”具有很高負(fù)荷能量的（紫外）光子，能夠打斷材料（特別是有機材料）或周圍介質(zhì)內(nèi)的化學(xué)鍵，至使材料發(fā)生非熱過程破壞。這種冷加工在激光標(biāo)記加工中具有特殊的意義，因為它不是熱燒蝕，而是不產(chǎn)生" 熱損傷" 副作用的、打斷化學(xué)鍵的冷剝離，因而對被加工表面的里層和附近區(qū)域不產(chǎn)生加熱或熱變形等作用。
激光器實質(zhì)是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能的裝置，壽命可長達(dá)數(shù)十萬小時，無需消耗任何輔料或者耗材。相對于油墨噴碼機，幾乎是無耗材免維護的設(shè)備。經(jīng)過聚焦之后的光斑通常在0.03mm~0.1mm，因此可以標(biāo)記出極細(xì)的字符或者圖案。比如光纖打標(biāo)機標(biāo)刻最小字符達(dá)到0.2mm。無論是采用“熱加工”還是“冷加工”工藝，激光打標(biāo)本質(zhì)上是一種破壞性“去除”加工，一旦對材料進行了“去除”加工即無法再恢復(fù)，不像油墨是“增量”式加工，可以被人為擦拭掉。此外，油墨因含有鉛等重金屬有毒元素，在食品藥品等行業(yè)是使用大忌，而激光加工則不帶來任何物質(zhì)，不會產(chǎn)生有害元素，屬于無毒且近乎零排放的加工設(shè)備。
選擇合適的激光噴碼機
激光器、振鏡、控制器是激光噴碼設(shè)備的核心三大件。
由于激光器的種類繁多，食品包裝所用的材料也很多，不同激光在不同材料上會表現(xiàn)出不同的標(biāo)刻效果。因此，選擇一臺合適的激光噴碼機，對食品生產(chǎn)企業(yè)至關(guān)重要。目前在激光噴碼行業(yè)應(yīng)用較多的有CO2 激光噴碼機以及光纖激光噴碼機，區(qū)別主要是激光器的不同。
CO2 激光器輸出激光波長為9.3~10.6 微米，功率從10W 到60W 不等，主要用于非金屬打標(biāo)。光纖激光器輸出激光波長為1064 納米，功率從10W 到50W 不等，主要用于金屬或部分塑料材料打標(biāo)。
此外，目前綠激光打標(biāo)和紫外打標(biāo)正逐漸興起，在某些材料上可以得到更好的標(biāo)記效果。下面介紹幾種典型的應(yīng)用供參考：
◆ 礦泉水瓶打標(biāo)
塑料瓶打標(biāo)為“熱加工”工藝。礦泉水瓶或者食用油瓶身材料主要為PET，采用CO2 激光打標(biāo)可以得到較好的標(biāo)記效果。此外，不同波段激光器可以打出不同的效果。如果瓶身材料較厚，可采用10.6 微米波長的CO2 激光器，打出比較通透的字體。如果瓶身材料較薄，可采用9.3 微米的激光器，打出比較白的字體效果。由于PET 材料對CO2 激光的吸收較好，采用30W 激光器即可輕松打上痕跡，生產(chǎn)效率可達(dá)到40,000 瓶/小時。
◆ 紙盒打標(biāo)
紙盒打標(biāo)也為“熱加工”工藝。紙盒根據(jù)顏色可分為兩種，深色紙盒可采用光纖或者CO2 激光進行打標(biāo)，淺色紙盒則只能用CO2 激光進行打標(biāo)。由于淺色（白色）紙質(zhì)材料對光纖的吸收較差，光纖激光很難在白紙上打出痕跡，即使打出來速度也不快，效果也不會好。采用CO2 激光加工主要是利用CO2 的熱能對紙質(zhì)材料進行碳化處理，形成深色痕跡和圖案。而深色（黑色）材料對光纖激光吸收較好，深色紙盒由于表層為黑色涂層，內(nèi)部為白色或者淺色紙張，采用光纖對黑色表層進行打標(biāo)去除，露出里層淺色痕跡形成圖案。
◆ 塑料包裝袋打標(biāo)
塑料包裝袋或者盒子的材料種類較多，有PET、PC、HDPE、PE、PP、ABS和PBT 等。通常如果包裝袋較厚均可用CO2 激光進行打標(biāo)，CO2 激光打標(biāo)的不良反應(yīng)是熱量較高，容易灼穿袋子或者使包裝袋局部變形影響外觀。如果包裝袋子需打標(biāo)的地方顏色較深，可采用光纖激光進行打標(biāo)，原理同深色紙盒打標(biāo)。如果包裝袋子比較薄，打標(biāo)位置顏色又較淺，則采用紫外（UV）激光打標(biāo)可能是更好的選擇。此外，部分材料如HDPE、PE、PP 等白色材料對光纖激光不吸收，采用CO2 激光則容易灼傷，采用綠光或者紫外激光是比較好的打標(biāo)方式。
礦泉水瓶瓶身材料主要為PET，采用CO2 激光打標(biāo)可以得到較好的標(biāo)記效果。
除了上述的不同材料需選擇不同的激光器進行加工，食品廠家還需要根據(jù)自己的產(chǎn)線產(chǎn)能來進行激光噴碼設(shè)備配置。目前國內(nèi)激光噴碼設(shè)備生產(chǎn)廠家較多，產(chǎn)品品質(zhì)也良莠不齊。如果客戶盲目選擇一臺便宜的激光噴碼設(shè)備，很可能貪小便宜而吃大虧。因為除了激光器，激光噴碼設(shè)備還有一個重要的組成部分是打標(biāo)頭，激光行業(yè)內(nèi)專業(yè)的術(shù)語叫振鏡頭。打標(biāo)頭是一個運動模塊，由一對響應(yīng)極快速的電機帶動兩片反射鏡片進行激光的軌跡控制。打標(biāo)頭的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性對激光噴碼設(shè)備的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性起到了關(guān)鍵作用。
目前，振鏡技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展極不平衡，國產(chǎn)振鏡價格便宜但速度較慢，且穩(wěn)定性不及進口。由于激光噴碼設(shè)備主要用于流水線生產(chǎn)，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題將導(dǎo)致整個產(chǎn)線停工，影響極大。出于穩(wěn)定生產(chǎn)的角度，更多的知名品牌均選用了進口振鏡作為激光噴碼設(shè)備的核心配置。此外，像礦泉水以及香煙等生產(chǎn)線產(chǎn)品體積小，流水線運轉(zhuǎn)速度極快，進口振鏡在速度性能上更能滿足產(chǎn)能需求。
此外，激光噴碼設(shè)備還有一個重要的模塊為控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是整臺設(shè)備的大腦，一個性能優(yōu)良操作簡單工作穩(wěn)定的控制系統(tǒng)決定了整臺設(shè)備的檔次。目前很多激光噴碼設(shè)備采用普通PC 機作為控制器載體，并非是一個好的選擇，因為在生產(chǎn)惡劣的工廠現(xiàn)場，普通PC 機很容易罷工。比如在礦泉水或者酒類飲料生產(chǎn)線上，地面經(jīng)常有水或者飲料液體，普通PC 電腦既不防塵也不防潮，抗震性也較差，比較容易出現(xiàn)問題。
國內(nèi)一些激光設(shè)備廠商為圖便宜采用了性能及穩(wěn)定性較差的控制主板，也容易導(dǎo)致設(shè)備運行效率低下或者出現(xiàn)故障。根據(jù)筆者多年的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗，采用全封閉式無風(fēng)扇散熱的嵌入式控制器較為適合食品生產(chǎn)線使用，配備工業(yè)觸摸顯示屏，簡單直觀的人機操作界面，更有利于產(chǎn)線上工人的使用和操作?？刂栖浖詈媚芫邆浞旨壙刂乒芾砉δ?，使用者、設(shè)計師、管理員具備不同的設(shè)備操作權(quán)限，可有效避免使用者亂動設(shè)備導(dǎo)致的生產(chǎn)事故。
激光噴碼技術(shù)的問題
激光噴碼技術(shù)作為替代油墨噴碼的工業(yè)應(yīng)用雖已經(jīng)興起數(shù)年，但目前仍然存在部分障礙使其難以普及?？偨Y(jié)主要有如下問題：
1）激光設(shè)備相比于傳統(tǒng)油墨噴碼等標(biāo)記類設(shè)備成本普遍較高。激光設(shè)備根據(jù)配置不同銷售價格往往是數(shù)十萬到幾十萬，相對于油墨噴碼設(shè)備的價格要高出幾倍，企業(yè)購置設(shè)備一次性投入較大。隨著激光技術(shù)的發(fā)展以及成本逐年降低，相信激光噴碼設(shè)備價格很快會逐漸降低到客戶可接受的范圍。另外，激光設(shè)備基本為一次性投入，無后繼的耗材消耗以及高額的維護成本。而油墨噴碼設(shè)備除了買設(shè)備花錢外，每年還需花費數(shù)額可觀的油墨、稀釋劑等耗材費用，油墨噴頭容易被堵，需要經(jīng)常性的維護修理。
2）部分包裝材料用激光噴碼打不出好的效果。比如白色紙質(zhì)材料或者透明PE 塑料薄膜材料，采用激光打標(biāo)很難得到顏色對比清晰的效果，這部分需要激光工藝技術(shù)持續(xù)研發(fā)，比如研究出更多特種的激光器來。有些客戶產(chǎn)品的包裝材料種類較多，可能需要根據(jù)材料不斷的切換激光噴碼設(shè)備，這在使用的方便性上打了折扣。
3）目前國內(nèi)知名的激光設(shè)備類生產(chǎn)廠家以生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機型為主，主要用于單機加工，而食品類生產(chǎn)企業(yè)多為定制型生產(chǎn)線或自動化流水線，對于激光噴碼設(shè)備的需求也要求配套靈活，方便定制，快速對接。這要求激光設(shè)備生產(chǎn)商們能具備更快速靈活的響應(yīng)能力，產(chǎn)品有較好的模塊化設(shè)計，有非標(biāo)定制的研發(fā)實力。隨著機器替人的呼聲越來越大，自動化以及機器人技術(shù)的迅速普及，越來越多的激光設(shè)備生產(chǎn)商開始將目光投向激光在線噴碼領(lǐng)域。
被譽為史上最嚴(yán)的新版《食品安全法》將于今年10月起實施。其中規(guī)定，國家將建立食品全程追溯制度。通過在食品包裝上標(biāo)刻序列號或條碼等標(biāo)識，即可賦予食品唯一的“身份證”，這種永久性“身份證”可追溯每個產(chǎn)品生產(chǎn)過程的所有關(guān)鍵信息，并以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)后期產(chǎn)品的追蹤，以此來分析產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的問題所在，有效實現(xiàn)防偽防竄和快速召回。用激光進行打條碼或者二維碼，已在很多食品公司逐步開始應(yīng)用。
由于激光控制系統(tǒng)的強大功能，采用激光進行打碼不僅可以實現(xiàn)自動生成條碼或者二維碼，還可以實現(xiàn)自動跳號，與客戶數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)對接等功能，更可以方便接入物聯(lián)網(wǎng)，不僅實現(xiàn)從零件到產(chǎn)品的全面品質(zhì)追蹤，更可實現(xiàn)從產(chǎn)品到終端用戶的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接。一臺激光噴碼設(shè)備既可為一臺生產(chǎn)設(shè)備，也可為一臺帶IP 地址的網(wǎng)絡(luò)終端，不僅可以連接到自動化的生產(chǎn)線，也可以連接到通向大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)。毫無疑問，激光噴碼技術(shù)將在未來的食品安全中起到舉足輕重的作用。
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