密封CO2激光技術在不斷發展，性能在提高，可信度在增加，體積在減小,激光器總成本在下降。本刊最近發表的幾篇文章，解釋了作為堅固和可靠工具的密封CO2激光器，為什麼在工業中用得如此廣泛。最新的應用之一是軟包裝
，即將紙
、塑料薄膜和其它網狀材料折疊成預先設定的包裝形狀。本文描述：CO2激光技術的最近進展是如何促進食品激光軟包裝市場快速增長的。

激光軟包裝技術

    用於加工食品和飲料的軟包裝可以采用多種格式和形狀,包括封套
、袋裝,特別是能重新封口的包裝發展很快。這些包裝大都采用薄膜材料，如聚酯(PE)
、鋁箔和聚丙烯(PP)-通常為雙軸導向的聚丙烯(BOPP)。通常，還要將這些材料組合起來
，形成二層或多層的複合結構。最普通的薄膜合成材料是碾壓在一起的雙層PP和PE
，其中PE為阻隔層，與食品直接接觸,有圖形的PP層在外麵，是印刷層。  總膜厚約在100微(wei)米(mi)量(liang)級(ji)，即(ji)使(shi)是(shi)能(neng)立(li)起(qi)來(lai)的(de)袋(dai)狀(zhuang)包(bao)裝(zhuang)也(ye)是(shi)如(ru)此(ci)。在(zai)包(bao)裝(zhuang)過(guo)程(cheng)中(zhong)，繞(rao)在(zai)卷(juan)筒(tong)上(shang)的(de)薄(bo)膜(mo)
，由(you)於(yu)卷(juan)筒(tong)快(kuai)速(su)轉(zhuan)動(dong)而(er)不(bu)斷(duan)向(xiang)前(qian)運(yun)動(dong)
，這(zhe)時(shi)則(ze)用(yong)激(ji)光(guang)來(lai)切(qie)割(ge)、修整薄膜，或在薄膜上刻痕和鑽孔。  例如，激光刻痕可使包裝袋容易打開，激光鑽孔可使包裝袋透氣。

    同使用機械加工的傳統方法相比
，非接觸式激光加工的優點是：無wu工gong具ju磨mo損sun問wen題ti，提ti高gao了le產chan品pin的de一yi致zhi性xing。此ci外wai
，靈ling活huo性xing也ye是shi非fei常chang重zhong要yao的de，因yin為wei當dang今jin的de產chan品pin生sheng產chan

，周zhou期qi很hen短duan。包bao括kuo工gong具ju成cheng本ben在zai內nei的de機ji械xie加jia工gong不bu適shi合he於yu短duan期qi經jing營ying，不bu適shi合he於yu在zai不bu同tong薄bo膜mo類lei型xing和he包bao裝zhuang格ge式shi間jian來lai回hui變bian化hua。由you於yu可ke對dui激ji光guang參can數shu進jin行xing實shi時shi控kong製zhi，激ji光guang加jia工gong包bao裝zhuang的de靈ling活huo性xing可ke使shi生sheng產chan者zhe得de到dao一yi致zhi的de刻ke痕hen結jie果guo，即ji使shi在zai薄bo膜mo厚hou度du發fa生sheng變bian化hua時shi，也ye是shi一yi樣yang。

    很明顯，在產量大/利潤低的業務領域
，如薄膜包裝,激(ji)光(guang)的(de)可(ke)信(xin)度(du)和(he)總(zong)成(cheng)本(ben)都(dou)是(shi)業(ye)主(zhu)考(kao)慮(lv)的(de)關(guan)鍵(jian)問(wen)題(ti)。激(ji)光(guang)器(qi)的(de)體(ti)積(ji)小(xiao)也(ye)是(shi)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)，因(yin)為(wei)這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)把(ba)它(ta)們(men)裝(zhuang)配(pei)到(dao)包(bao)裝(zhuang)設(she)備(bei)中(zhong)。在(zai)激(ji)光(guang)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)方(fang)麵(mian)，這(zhe)些(xie)應(ying)用(yong)通(tong)常(chang)隻(zhi)需(xu)要(yao)30到100瓦的功率,因為所要加工的多層結構材料通常都是很薄的。

圖1.  這個小型、密封的激光器能輸出30瓦功率，重量僅為6公斤。

    這些特點使今天的小型CO2激光器成為折疊軟包裝市場的理想工具。Coherent公司生產的低功率密封鑽石CO2激光器
，可信度很高

，每瓦的成本較低,而且體積也很小，典型的尺寸就像鞋盒那樣大(見圖1)。這些折疊式波導激光器是加工塑料(聚丙烯和聚酯)薄膜的理想工具，加工速度大於300米/分鍾(1000英尺/分鍾)。除了能為中等功率應用項目提供廉價的解決方案之外，新型激光器的小尺寸
，還使在較寬卷筒(如1.5  公尺/60英寸寬的主卷筒)上安排多個激光器成為可能，從而
，為軟包裝提供了前所未有的加工靈活性。而且
，這些激光器無需維修，壽命在10,000到20,000小時之間，完全可以滿足典型的高產量包裝設備的需要。

更高的速度

    小型CO2激光器在其它輸出波長方麵的進步，是對食品軟包裝市場產生重大影響的另一個重要因素。原因是：大(da)多(duo)數(shu)高(gao)分(fen)子(zi)薄(bo)膜(mo)的(de)紅(hong)外(wai)吸(xi)收(shou)譜(pu)含(han)有(you)若(ruo)幹(gan)個(ge)尖(jian)峰(feng)。因(yin)此(ci)
，激(ji)光(guang)波(bo)長(chang)的(de)微(wei)小(xiao)變(bian)化(hua)就(jiu)可(ke)能(neng)對(dui)吸(xi)收(shou)係(xi)數(shu)產(chan)生(sheng)巨(ju)大(da)影(ying)響(xiang)，因(yin)為(wei)在(zai)軟(ruan)包(bao)裝(zhuang)中(zhong)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)薄(bo)膜(mo)都(dou)是(shi)非(fei)常(chang)薄(bo)的(de),通常隻能吸收很小部分的激光功率。因此，通過調整波長來增加薄膜的吸收係數，會大大提高在給定激光功率下的加工速度。

    大多數CO2激光器的輸出波長集中在10.6微米，但是，如果在折疊腔結構中插入波長選擇光學元件，就會產生其它波長,如10.2微米波長。Coherent應用實驗室最近研究了商用10.2微米激光器對熱塑性塑料的影響，結果發表在文獻1中。對於未伸展的聚丙烯薄膜
，采用10.6和10.2微米激光加工
，在加工速度方麵隻有小小的差別。但對普遍使用的BOPP薄膜(30-50微米厚),差別就非常明顯(見圖2)。

圖2.用10.2和10.6微米波長的激光切割PP時，兩者切割速度之比較。

    順便提一下
，采用不同的二氧化碳同位素，可以將激光輸出波長移得更遠
，這將對其它方麵的應用產生重要影響。例如,  Coherent公司已經發現：在對電子和其它行業中普遍使用的Kapton(聚酰亞胺)膜進行加工時
，9.4微米波長的激光能產生最佳結果。