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激光喷码机的前世今生

  • By 多米诺中国
  • 三月 10, 2020
  • 饮料
  • 食品
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产品一成不变的时代已经过去了,消费者需求正在推动食品和饮料行业的多元化 - 更多的口味,更多的尺寸,更多的包装选择。随着产品种类的激增,制造商需要频繁更换生产线。这意味着每次更换时,将会带来更长的停机时间和潜在的人为操作错误。

现代赋码系统,包括集成到您的系统中的激光喷码机(例如 MES、HMI、通过 EtherNet IP 的 PLC),仅需按下按钮就可以转换生产线,并支持更大的自动化工作。

激光赋码并不是一项新技术,但在过去几年中,该技术取得了几个关键进步,解决了以前的限制,应用更加广泛。

在本白皮书中,我们将了解激光赋码自问世以来在质量、可靠性和通用性方面是如何演变的。

早期的激光喷码机技术

第一个激光打标系统在大约30年前投入使用。这些早期的先驱者看到了激光在无需油墨和溶剂情况下,能够灵活赋码的潜力。许多早期的系统都是手工打造的,这些激光并不特别适合食品工业的恶劣环境。他们也不能全天候运行。赋码速度也不是非常快,也不能能够快速、准确地控制激光的路径。

随着技术的进步和完善,激光打码开始在一些领域得到普及。早期使用者包括产量较大的大型饮料公司。之后,医药和生命科学领域制造商在满足序列化和可追溯性要求上看到了激光喷码机的潜力。但是,这些早期的系统仍然有一些重大的限制,在大多数情况下,激光喷码机只适用于特定领域。​

成本– 当激光产品首次问世时,其成本通常高于其他赋码技术(有时是两倍多),这使得低利润行业难以进行投资。

尺寸– 当时产品尺寸大,这意味着将激光发生器和打码头(以及烟雾吸收净化器和防护罩)安装到包装生产线中需要仔细规划。

速度– 早期激光喷码机无法在产品快速移动下获得稳定的标识质量。

标刻能力– 激光可以标刻一行或两行码,但多行或更复杂时,标识质量可能会受到影响。

基材兼容性– 早期用户发现激光在某些材料上标刻的效果很好,而另一些却不尽如人意。材料供应商并不特别关心产品的激光兼容性,因此,在实际生产中会出现一些问题。

寿命– 早期激光喷码机的寿命一般为四至五年,这使得投资激光的性价比不高。

激光喷码机的功率很重要

自激光喷码机问世以来,一直通过激光功率(10W、30W、60W等)来进行衡量。理论上,无论制造商如何,两个10W的激光机都应在同一基材上有同样的表现。但实际上,结果可能有很大差异。这完全取决于实际多大功率被作用于材质上。打个比方,两辆具有相同 350HP 引擎的汽车的性能可能不同,具体取决于发动机和车轮之间的变速器和差速齿轮。

近年来激光赋码技术的最大进步之一是在功率集中方面。能够更精确地控制光束如何击中基材。这包括减小激光的光斑,提升激光的强度。例如,激光点尺寸减少 25% 意味着所传递的能量增加 100%。

激光喷码机能量更大,会带来以下好处:
1.更可靠,并持续更长时间
2.低功率(即更小、更低成本)的激光机可以应用在特定的领域
3.更快的赋码和更多的赋码内容
4.可以标记更难标刻的材质​

找到合适的选择

激光标刻是使用以下三种方法之一完成的,来创建人或机器可读码所需的对比度:

  • 从表面去除涂层,以露出下面的基材

  • 去除一些基材本身(例如蚀刻)

  • 通过热力变化来获得对比度

所有这些方法都取决于激光向基材提供足够的能量,从而在不损坏包装或内装物的情况下提高温度,从而影响变化。由此产生的温度是两个因素的产物:功率集中和基材的吸收特性。

每种材料都有独特的吸收光谱,即它更容易吸收的光波长,以及它倾向于反射的光波长。此图表显示了 PET 瓶的吸收光谱。

图中的峰值显示了特定波长更容易被吸收的"热点",因此将激光喷码机与这些频率相匹配,将会产生更好的标记,使用更少的能量。

由于吸收光谱区别很大,因此了解赋码材料的特性非常重要。

材料之间也存在差异,看起来与肉眼相同。此图表显示了不同类型的纸板之间可能发生的变化。​

因此,这不只是简单的说"激光对X有用,对Y没用",而是理解为什么激光会对一种材料起作用,并调整激光或材料以找到匹配项。

在赋码领域引入光纤激光机增加了可用的波长,这意味着激光适用于更多基材。

而且,随着激光赋码的日益普及,制造商正在推动材料供应商创造更有利于激光的选择,特别是在快消品领域越来越受欢迎的薄膜包装材料。

一些可用于激光赋码的材料类型包括:

●PET 

●聚丙烯

●纸板

●铝材

●玻璃

激光的优势

随着功率集中的发展应用和基材可用性的提高,激光赋码很多限制已经消除,一些优势正在显现。与几年前的系统相比,激光赋码已经走过了漫长的道路。以下是今天需要关注激光赋码的几个原因。

标识质量

激光赋码可生成清晰、锐利、一致且永久的标识。没有墨水或溶剂需要维护,因此标刻质量始终如一。这意味着更少的准备工作。此外,随着机器可读标识的需求越来越广泛,标识质量在未来几年将变得越来越重要。

集成和自动转换

制造和包装生产线上的设备集成正在为运营数据带来新的生产力和可视性。最基础的,激光赋码可与读取器/视觉系统配对,以确保标识的完整性,从而有助于确保高质量并减少重复工作。

在更高级的方面,激光喷码机可以通过行业标准协议(如以太网 IP)连接到更大的 ERP、MES 或 SCADA 系统。此集成级别可支持实现生产线转换自动化、提高工作效率和减少人为操作失误,同时提供实时数据,推动日常决策和长期资源规划。

事实上,集成能力本身是升级赋码设备的好理由,因为好处是立竿见影的。

可追溯性/序列化

制药和生命科学行业多年来一直在研究可追溯性和序列化过程。现在,面对召回和加强食品安全举措,越来越多食品行业也关注起这方面的信息。制造商必须考虑在他们的产品上赋更多可变信息,并且该信息可能需要机器可读。如今的激光喷码机已经能够满足这些需求,这要归功于光束控制的进步,能够轻松打印多行和二维码。

生产力

生产线运行的速度受限于产线上最慢的机器。而且,现在食品行业属于快消品。幸运的是,激光技术能够跟上时代的步伐,能高速提供高质量的标识。

激光关闭重启速度也快很多,无论是夜间还是周末或假日生产线维护。更快的启动意味着生产线运行得更快。

虽然没有一台机器是真正的"免维护",但今天的激光喷码机可以尽可能接近。技术人员处理赋码设备的时间越短,他们就能处理更多事情。

环境

处理油墨和溶剂意味着处理工作场所中的有害物质,以及所有需要的运输、安全处理和储存的培训以及处置成本。使用激光喷码机消除了管理油墨所有的麻烦,有利于环保,同时降低耗材成本。

您应该向激光供应商提的问题

充分利用激光赋码解决方案,首先需要找到适合您特定需求的。市面上有很多选择,因此,预先了解一些信息很重要。您可能需要向潜在合作伙伴询问的一些事项包括:

1.是什么让您的解决方案更好这听起来可能很简单,但提供商应该要具体描述(并带有证据支持)是什么使他们的解决方案与众不同。这是让工程师参与进来的好时机。


2.解决方案中包含哪些内容?一个装有激光机的箱子出现在你门口?或者,供应商会协助您优化放置方位、安装烟雾吸收器和保护罩、将设备与任何现有系统集成,以及任何其他可能提高性能的方法?

3.可靠性统计数据是什么?询问供应商的最高工作温度是多少。然后询问在100%占空比状态下温度是多少。有时,当制造商声称工作温度较低时,其产量就会降低。此外,索取第三方认证,认证灰尘/湿气入侵的 IP 等级。
 
4.未来的生产力水平?如果未来需要提高生产线速度,建议的解决方案能否满足您的需求?如果是,要多少钱?

5.要求提供案例研究和参考资料。制造商在类似情况下提供解决方案了吗?结果如何?

激光赋码解决方案供应商应询问的问题

​为了提供最佳解决方案,赋码供应商应努力了解您的独特需求。

1.您试图用激光赋码解决哪些挑战?激光喷码机是令人惊异的机器,在过去几年中飞速发展,但它们并不总是最佳解决方案。在建议任何赋码技术之前,好的制造商会想知道您试图满足哪些特定需求,以及您希望实现哪些目标。

2.您将在哪些材料上标记?样品和测试是必须的。您需要了解解决方案在您的基材上如何尽可能接近您的实际制造条件。供应商还应询问您更换基材的可能性,或者您是否经常更换供应商。

3.具体应用是什么?什么间距,速度,停机时间?同样,这是让工程师参与进来的好时机。

4.标识清晰度有哪些要求?您需要达到什么水平?现在需要机器可读吗?

5.操作环境如何?是高温还是寒冷环境?干燥还是潮湿?尘土飞扬?所有这些因素都会影响机器性能,在推荐解决方案时应考虑这些因素。

6.在产线上的安装位置?上游和下游是什么?需要什么样的安装装置?烟雾吸收和防护呢?

7.你的劳动力是什么样的?他们技术熟练吗?人员流动大吗?你如何培训?

8.您多久调整一次产线?需要多长时间?您是否将调整时间作为生产时间的一部分进行考虑?

9.您正在寻找什么样的集成?您当前是否正在机器上手动输入信息?机器是否连接到视觉系统或 ERP/MES/SCADA?

10.您目前如何识别和管理赋码错误?当您赋码错误时,会发生什么情况?

是时候考虑激光赋码了

今天的激光机经历了长期的发展。它们快速、敏捷、灵活,随时可以连接到工业4.0世界。

找到正确的解决方案意味着与真正了解您当前需求和增长计划的供应商合作。

多米诺一直基于客户实际制造情况来设计激光解决方案,帮助企业实现更高的效率和生产力。这种协作方法可确保在每一步期望都得到满足。我们在激光赋码技术方面拥有广泛的专业知识,并能够测试基材的兼容性。

我们还可以帮助您集成自动化赋码系统,使您的产线更高效、更可靠。

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