Marcatura laser a CO₂ per l'industria del packaging

La marcatura laser è una delle lavorazioni laser più utilizzate in ambito industriale. I processi industriali legati al confezionamento dei prodotti la utilizzano per applicare informazioni sugli imballaggi: date di scadenza, codici per la tracciabilità, lotti di produzione, loghi e rappresentazioni grafiche. Il vantaggio fondamentale della marcatura laser è che rispetto ai metodi tradizionali si possono ottenere altissime velocità di esecuzione e precisione nelle lavorazioni. 

Ma non solo. Il laser consente di aumentare i parametri relativi all’efficienza della lavorazione, ma anche di eseguire lavorazioni che non potrebbero essere effettuate utilizzando i metodi tradizionali.

Come funziona la marcatura laser?

La marcatura laser è la tecnica di lavorazione per cui si utilizza il laser per produrre un’ incisione sulla superficie di un determinato prodotto. Come in tutte le lavorazioni basate sul laser, si sfrutta la sua capacità di concentrare notevoli quantità di energia in un punto con un diametro nell’ordine dei decimi di millimetro. Nel punto in cui il laser tocca il materiale si raggiungono densità energetiche molto elevate che in pochi istanti fanno aumentare la temperatura fino a innescare trasformazioni di tipo fisico e chimico. 

Una caratteristica fondamentale delle lavorazioni laser è l’elevata capacità di controllo. Si può decidere con grande precisione fino a quale profondità fare arrivare l’azione del laser. Nella marcatura laser il segno è prodotto solo in superficie, su uno strato che va da qualche micron a uno o due millimetri. Oltre queste dimensioni non si parla più di marcatura laser ma di incisione laser [laser engraving]. Le due lavorazioni, anche se simili, differiscono nella profondità alla quale arriva il segno del laser e quindi nelle caratteristiche percettive del segno. L’incisione laser crea segni più visibili e percepibili al tatto. Nella marcatura laser il segno è sì visibile ma risulta invece scarsamente percepibile al tatto.

Marcatura laser e packaging

In tutte le lavorazioni laser, la scelta della potenza da utilizzare dipende dal materiale che si deve lavorare e dalla velocità di esecuzione del processo. Come forse saprete ogni laser emette un raggio di luce polarizzata a una lunghezza d’onda definita. Alcuni materiali assorbono bene determinate lunghezze d’onda ma non altre. Nel settore degli imballaggi il laser a CO₂ è quello che permette di ottenere i migliori risultati. La sua lunghezza d’onda di 10.6 micrometri appartiene al lontano infrarosso ed è assorbita molto bene da tutti i materiali organici, come carta, cartone, polimeri termoplastici, vetro, appartengono a questa categoria e sono quelli più utilizzati per creare gli imballaggi.

Vantaggi della marcatura laser

Tradizionalmente, per marcare per imprimere informazioni sugli imballaggi si usano i seguenti metodi:

1. stampa a getto inchiostro
2. stampa a trasferimento termico
3. stampaggio
4. marchiatura a caldo
5. incisione meccanica

Queste tecniche si basano sempre sul contatto tra lo strumento di lavoro e il pezzo da lavorare. Rispetto ad esse il laser ha diversi vantaggi:

1. risparmio: le informazioni sono incise direttamente sul prodotto, questo elimina qualsiasi altro materiale, come inchiostro ed etichette
2. indelebilità: resiste all’usura, ai solventi, ai graffi, alla luce e ai tentativi di contraffazione
3. automazione: il processo è completamente automatizzabile 
4. flessibilità: con la marcatura laser si può imprimere qualsiasi tipo di informazione con qualsiasi caratteristiche 
5. contact-free: i materiali non sono sottoposti a stress meccanico

Materiali e marcatura laser

Come abbiamo detto le caratteristiche del materiale influenzano le caratteristiche specifiche dell’operazione di marcatura

Imballaggi in carta, cartone

La carta e cartone sono prodotti a partire dalla cellulosa, un materiale di origine biologica prodotto dalla lavorazione del legno. Il laser agisce sulla carta vaporizzando uno strato sottile di materiale. Il segno così realizzato può avere un basso contrasto perché è dello stesso colore del materiale. La carta è di colore chiaro quindi il segno può essere poco leggibile a causa del basso contrasto. La carta è chiara e in questo caso il segno è dello stesso colore della carta. Per creare un contrasto maggiore si possono creare dei riquadri ricoperti di colore scuro. In questo caso il laser rimuove solo lo strato superficiale per scoprire la parte sottostante. Il contrasto tra il bianco della carta nel punto in cui è rimossa e lo scuro della vernice che la circonda creano un segno molto leggibile.

Marcatura laser su plastica

La plastica è un prodotto organico di sintesi basato su polimeri a base di carbonio. Su alcuni tipi di plastica il laser a CO₂ è molto efficiente e consente di ottenere risultati ottimali. Le plastiche che si prestano meglio a marcatura laser sono quelle maggiormente utilizzate nel settore del packaging come ad esempio polietilene, pet o polipropilene.

La marcatura laser su plastica avviene per trasformazione chimica. Il laser spezza le catene polimeriche. La luce incide sul segno in maniera diversa rispetto al materiale circostante, quindi il segno è abbastanza visibile. A seconda degli additivi applicati alla plastica si possono ottenere diversi livelli di contrasto.

Marcatura laser su vetro

La marcatura laser si può eseguire anche sul vetro. Su questo materiale la marcatura avviene tramite trasformazione fisica del materiale. Il vetro è un materiale molto fragile, poco flessibile. Al suo interno intrappola delle microbolle d’aria. Quando il laser colpisce la superficie del materiale le bolle d’aria si espandono a causa del calore creando delle microfratture. Questo cambia la trasparenza del materiale e crea il segno.

Oltre gli imballaggi

In alcuni casi la marcatura laser permette di eliminare l’imballaggio. La marcatura laser sugli alimenti è una tecnica che si è affermata negli ultimi anni. Si usa soprattutto su prodotti freschi come gli ortaggi o sui prodotti stagionati ma può essere utilizzata su qualsiasi prodotto compatibile. In questa applicazione la marcatura è eseguita direttamente sulla superficie del prodotto. Il materiale viene rimosso dalla superficie in uno strato di pochi micron. Il raggio laser non penetra all’interno del prodotto che quindi viene totalmente preservato nella sua freschezza. Diversi studi hanno dimostrato che la marcatura laser non inficia la qualità del prodotto. Utilizzata da industrie come i grandi distributori di cibo permette ogni anno di risparmiare tonnellate di materiali da imballaggio, incluse le etichette autoadesivi.

Equipaggiamento per marcatura laser nel packaging

Dal punto di vista tecnologico un sistema per la marcatura laser è composto da una sorgente laser a CO₂ che produce il raggio, da una testa di scansione, che sposta il raggio su una superficie, da un controller software che coordina il sistema.

La sorgente laser

Nel catalogo El.En. abbiamo sorgenti laser CO₂ da 60W a 1200W di potenza. Una maggiore potenza corrisponde a una maggiore energia per unità di superficie che si può tradurre in una maggiore velocità di esecuzione. Il nostro catalogo ha anche sorgenti laser ottimizzate per determinati materiali usati nel packaging. Le due lunghezze d’onda 9.3 um e 10.2 um presenti per il BLADE RF177G e BLADE RF333P sono ideale per i materiali usati settore del packaging e nel kiss cutting per le etichette adesive.

Le nostre sorgenti Never Ending Power hanno una tecnologia chiamata Self-Refilling che permette di aumentare la vita del laser potenzialmente senza alcun limite. Questo consiste nell’aggiunta di un consumabile, il gas cartridge, che contiene il mezzo di propagazione e che si può sostituire facilmente una volta arrivato ad esaurimento. Le sorgenti possono mantenere in questo modo le loro prestazioni inalterate nel tempo. A differenza dei laser sigillati, in questo modo si elimina definitivamente l’operazione di refurbishing che è normalmente costosa in termini sia di tempo che economici.

La testa di scansione

Le applicazioni come la marcatura sono dette di laser galvo scanning perché utilizzano degli specchi galvanometrici per movimentare il raggio laser lungo tutta la superficie.

La principale caratteristica delle nostre teste di scansione è quella di avere un motore z-dinamico, che permette la regolazione del fuoco in altezza e di conseguenza, mantenere costanti i parametri in tutta l’area di lavoro.

Il controller digitale

La sorgente laser CO₂ e la testa di scansione hanno bisogno di un software che ne coordini i movimenti per eseguire la lavorazione richiesta. Le nostre teste includono anche questo sistema di controllo, che può essere facilmente integrato con i comuni sistemi operativi.

Contattare El.En.

La marcatura laser è uno dei nostri settori di specializzazione. I nostri ingegneri hanno lavorato a decine di progetti di applicazione della marcatura laser in settori in questo ambito.. Se lavori nel packaging e sei interessato a una soluzione laser, contattaci e troveremo la soluzione più adatta alle tue necessità.