La plastica è uno dei materiali che si presta meglio al taglio con il laser a CO2. I migliori risultati si ottengono con alcuni polimeri termoplastici fra i quali rientra il polipropilene.

Plastica dai mille usi, seconda solo al polietilene come ambito di utilizzo, il polipropilene ha dimostrato delle ottime capacità di assorbimento dell’energia prodotta dal laser, tanto da prestarsi a tutto il range di applicazioni, dalla perforazione alla saldatura.

Polipropilene: caratteristiche e utilizzi

Il polipropilene è un polimero termoplastico ottenuto dalla polimerizzazione del propilene. La sua caratteristica principale è che le molecole componenti il polimero possono essere ordinate in modo ordinato o casuale. Nel primo caso, il polipropilene prende le caratteristiche di polimero isotattico. Questa configurazione è quella più utilizzata dal punto di vista commerciale, poiché conferisce al materiale ottime caratteristiche chimiche, fisiche e meccaniche.

Il polipropilene ha un’elevata resistenza al calore (maggiore rispetto al polietilene), buone caratteristiche di elasticità, durezza e capacità di assorbire gli urti senza rompersi. Possiede inoltre una bassa densità, che gli conferisce leggerezza, ha un elevato potere isolante e una buona resistenza agli agenti ossidanti e chimici.

Il polipropilene può essere infine lavorato in una varietà di forme: stampaggio a iniezione, termoformatura, estrusione per la creazione di fibre tessili.

Date queste sue caratteristiche, questo materiale plastico ha trovato una miriade di applicazioni in ogni ambito. Non c’è praticamente settore industriale o della vita quotidiana che non faccia uso, sotto qualche forma di un oggetto in polipropilene.

Ecco una lista degli oggetti che più spesso vengono realizzati in questo materiale:

• Imballaggi, etichette e contenitori
• Oggetti per la cucina come stoviglie e contenitori per alimenti
• Abbigliamento sportivo
• Componenti per le automobili
• Buste e sacchetti
• Oggetti idrosanitari
• Componenti per oggetti elettronici

Taglio laser del polipropilene

Il polipropilene ha un’ottima lavorabilità mediante taglio laser CO2 del quale assorbe in modo molto efficiente la lunghezza d’onda nel raggio dell’infrarosso.

A livello macroscopico, il taglio presenta dei bordi lisci e ben rifiniti e non c’è presenza di bruciature o carbonizzazione. Anche la presenza di bava o di irregolarità del taglio dovute a residui è molto limitata.

La qualità del taglio comunque è direttamente influenzata dalla potenza del laser, dalla velocità di taglio e dallo spessore del materiale tagliato. In generale, una sorgente laser a CO2 di media potenza è sufficiente a eseguire la maggior parte delle lavorazioni utili per le comuni applicazioni a cui sono destinati gli oggetti in polipropilene. Inoltre la qualità è influenzata anche dalla lunghezza d’onda utilizzata. Per questo tipo di materiale abbiamo infatti ideato una sorgente laser specifica per il polipropilene: BLADE RF333P molto apprezzata soprattutto in applicazioni taglio etichette mediante il kiss cutting, in cui la variazione di assorbimento di lunghezza d’onda dovuti ai diversi film plastici in gioco, diventa una caratteristica fondamentale della lavorazione.

Qual è la tua applicazione?

Il taglio laser del polipropilene presenta numerosi vantaggi: permette di eseguire lavorazioni complesse, di precisione, con grande velocità. È inoltre un sistema molto flessibile, che si presta a numerose applicazioni. Oltre al taglio, il polipropilene risponde molto bene alle altre lavorazioni laser, in particolare alla perforazione, alla marcatura e alla saldatura. La stessa sorgente laser può effettuare tutte queste lavorazioni.

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L’incisione laser su frutta, verdura e altri prodotti alimentari freschi è un processo innovativo che sta sostituendo i metodi tradizionalmente usati per contrassegnare i prodotti alimentari. Un laser CO2 riesce non solo a incidere codici alfanumerici e codici a barre, ma può rappresentare grafiche di qualsiasi tipo.

Questa versatilità gli permette di sostituire egregiamente metodi come la marcatura a caldo, la stampa a getto d’inchiostro e l’applicazione di etichette adesive. I vantaggi in termini di velocità e risparmio di risorse che si ottengono sono notevoli. Per questa ragione l’interesse e la sperimentazione della marcatura laser diretta dei cibi è sempre più attuale.

In questo articolo presentiamo una panoramica generale dell’etichettatura laser dei cibi. Ne mostreremo i principali campi di applicazione, i vantaggi che riesce a portare alla filiera produttiva e all’ambiente, il funzionamento del processo, le tecnologie utilizzate e i principali campi di applicazione.

Etichettatura laser dei cibi: i campi di applicazione

I prodotti alimentari fanno un largo utilizzo di codici, etichette e contrassegni di vario tipo. Le ragioni sono molte: tutelare la sicurezza dei consumatori, tracciare i prodotti lungo i vari passaggi della filiera, combattere la contraffazione dei prodotti. Le informazioni riportate sui prodotti possono essere le più disparate e includono:

• codici alfanumerici come date di scadenza, lotti di produzione, codici PLU
• codici a barre e QR code
• loghi e marchi commerciali
• contrassegni di denominazione di origine controllata

Tutte queste informazioni sono riportate sui prodotti attraverso vari metodi:

• marcatura a caldo, utilizzata su prodotti come i formaggi e i salumi
• stampa a inchiostro, utilizzata su prodotto dalla buccia non edibile come le uova
• applicazione di etichette adesive, utilizzata su prodotti vegetali freschi

L’utilizzo del laser nell’industria alimentare non è nuovo. La tecnologia produttiva ha da tempo scoperto le potenzialità di questo strumento. Il suo utilizzo però riguardava il controllo dei processi (ad esempio lettura di codici a barre), la bio-stimolazione dei prodotti freschi o ancora la disinfezione dei prodotti attraverso l’utilizzo di laser con una lunghezza d’onda nell’ultravioletto.

Oggi invece si stanno sperimentando nuovi metodi per eseguire l’etichettatura attraverso marcatura laser degli alimenti. Metodi che sono conosciuti da diversi anni. I primi brevetti risalgono alla fine degli anni Novanta. Il processo però non ha avuto una larga diffusione. L’alto costo delle attrezzature laser e la mancanza di conoscenze specifiche sul processo faceva ancora preferire l’utilizzo di metodi tradizionali, comunque abbastanza veloci ed economici rispetto al laser.

Negli ultimi anni l’interesse nei confronti di questa lavorazione è invece aumentata fino a uscire dall’ambito degli specialisti. Recentemente è uscita la notizia che alcune aziende leader nel settore dei prodotti freschi hanno deciso di adottare l’etichettatura laser diretta dei prodotti. In effetti fattori come la riduzione dei costi della tecnologia laser l’aumento della richiesta di prodotti naturali e organici, la necessità di ottimizzare le risorse aziendali e la necessità di ridurre l’impronta ecologica della produzione hanno avuto il loro peso nel favorire l’abbandono dei metodi tradizionali di etichettatura.

Che il processo porti dei vantaggi lo dimostra anche il fatto che le istituzioni europee abbiano dedicato delle risorse a questa tecnologia. Un progetto europeo 2010 nell’ambito dell’innovazione ecologica ha sperimentato la possibilità di sostituire le etichette adesive dei prodotti freschi con l’incisione al laser direttamente sulla buccia dei prodotti.

Gli ambiti di applicazione di questa tecnica hanno riguardato soprattutto la possibilità di etichettare la frutta e la verdura ma non sono l’unico ambito di applicazione. Anche i formaggi stagionati possono essere efficacemente marcati con il laser. In un recente articolo abbiamo parlato del sistema che abbiamo realizzato per marcare al laser le forme di formaggio stagionato con i contrassegni tipici.

Un altro tipo di applicazione, di cui abbiamo parlato su questo blog è l’impressione al laser di codici sui gusci delle uova. Spesso sui gusci delle uova devono essere impresse sui gusci informazioni come codici per la tracciabilità, data di scadenza e data di deposizione. Queste informazioni servono alla sicurezza alimentare dei consumatori. Il metodo tradizionalmente utilizzato è basato sulla stampa a inchiostro. La marcatura laser sostituisce efficacemente la stampa a getto di inchiostro e permette di eliminare l’impiego di sostanze chimiche come inchiostri a contatto con alimenti.

La marcatura laser può essere eseguita su una vasta serie di prodotti freschi. In linea generale, i risultati migliori si ottengono sulla superficie di alimenti dotati di una buccia di qualche tipo, sia spessa, come l’avocado, che sottile, come il pomodoro. Ad oggi le operazioni di marcatura sono state eseguite con successo su vari tipi di prodotti. Eccone un elenco parziale:

• Mela
• Avocado
• Banane
• Uva
• Limoni
• Arance
• Pompelmi
• Mandarini
• Pesca
• Peperone
• Susine
• Pomodoro
• Anguria
• Melone
• Castagne

I vantaggi dell’etichettatura laser

Rispetto alle tecniche tradizionali, l’etichettatura diretta tramite marcatura laser ha una serie di considerevoli vantaggi.

1. Velocità

La velocità di esecuzione della lavorazione è una delle caratteristiche più note del laser. Una sorgente laser integrata in un sistema con nastro trasportatore è in grado di eseguire la marcatura di decine di pezzi al minuto.

2. Precisione e pulizia

Grazie al controllo numerico, mediante il laser è possibile incidere caratteri, codici e immagini ad alta risoluzione sulla superficie dei prodotti senza lasciare residui di alcun tipo. Questa caratteristica lo rende ideale, ad esempio, per imprimere codici a barre, QR code o loghi commerciali dalle forme complesse sui prodotti.

3. Flessibilità

Una delle caratteristiche innovative della lavorazione laser è la sua versatilità nelle lavorazioni. Cambiare tipo di lavorazione diventa molto semplice e richiede solo una riprogrammazione del software di controllo del laser.

4. Ecologia

L’incisione al laser sostituisce l’uso di numerosi materiali potenzialmente inquinanti. Etichette in plastica o in carta, colle e inchiostri: tutti questi oggetti sono eliminati dall’etichettatura laser. Questo comporta una notevole riduzione dell’impronta ecologica della produzione. I prodotti sono quindi meno dannosi per l’ambiente e per le persone che li consumano.

5. Indelebilità

La marcatura eseguita con il laser incide direttamente la superficie dei prodotti. Per questo motivo non può essere cancellata o contraffatta facilmente. Questa caratteristica la rende ideale per tutti quei prodotti che riportano i contrassegni di origine come forma di tutela del prodotto.

L’etichettatura laser degli alimenti: un processo di marcatura laser

Il processo di etichettatura è un sottoinsieme della marcatura al laser, una lavorazione che ha numerosi campi di applicazione. La marcatura laser consiste nella rimozione di un sottile strato dalla superficie del materiale da lavorare. Tale asportazione è provocata da un processo termico, messo in atto dall’energia del raggio laser.

Quando raggiunge la superficie da lavorare, il raggio laser fa salire istantaneamente la temperatura del materiale fino causare la sublimazione, vale a dire il passaggio istantaneo del materiale dallo stato solido allo stato gassoso.

Il materiale così rimosso crea un contrasto ben definito tra la superficie non lavorata e l’area raggiunta dal raggio laser. I vantaggi di questo processo sono noti in numerosi settori: la marcatura laser è un processo ben consolidato e usato in numerosi settori su materiali non destinati al consumo alimentare.

Etichettatura laser degli alimenti: la tecnologia

Nelle sue parti generali, un sistema laser per l’etichettatura degli alimenti è identico a qualsiasi altro sistema per la marcatura laser. Le componenti che non possono mancare saranno sicuramente:

• una sorgente laser CO2
• una testa di scansione laser
• un software per il controllo numerico e l’automatizzazione

La progettazione dei dettagli di layout della macchina, naturalmente, dipenderanno dal tipo di impianto, dal tipo di lavorazione, dal tipo di prodotto etc. Un’azienda che si occupa della distribuzione e commercializzazione di mele avrà bisogno di una macchina configurata diversamente da un’azienda che si occupa della marcatura laser dei salumi.

Tuttavia entrambe le macchine dovranno utilizzare una sorgente laser CO2, una testa di scansione che lo movimenta e lo focalizza sulla superficie dell’oggetto e un software collegato a un’unità di controllo che costituisce l’interfaccia tra il sistema e l’utente.

Vediamo quali caratteristiche devono avere questi componenti per eseguire efficacemente l’etichettatura degli alimenti con il laser.

Scegliere la sorgente laser più adatta

Fra le sorgenti laser esistenti in commercio, le sorgenti laser a CO2 sono quelle che mostrano le migliori caratteristiche di assorbimento sui materiali organici. Questi infatti assorbono efficacemente la lunghezza d’onda infrarossa (10.6 micrometri) della sorgente laser CO2 grazie alla loro scarsa conduttività termica.

Per le operazioni di marcatura è necessaria una sorgente laser capace di mantenere stabili i parametri del laser e quindi di garantire un’elevata precisione del risultato. Per questo motivo è essenziale che il medium produttore del laser sia sempre in ottime condizioni. Questo non sempre è possibile.

Ogni dispositivo laser, in un modo o in un altro, è soggetto a un naturale processo di degradazione. Nel caso del laser a CO2 questo medium è costituito da una miscela di gas di cui la parte principale è costituita da anidride carbonica. Nel corso del tempo, la continua fuga di molecole di gas porta a un rarefarsi delle molecole di gas presenti nella cavità di risonanza con una conseguente progressiva degradazione dei parametri del raggio laser.

I mutamenti subiti dal raggio laser si manifestano in una scarsa qualità delle lavorazioni. Il ripristino dei parametri originari rende spesso inevitabile l’intervento di manutenzione della ditta produttrice, con un conseguente sospensione delle attività produttive e un aumento dei costi.

Per ovviare a questo inconveniente – tipico di tutti i laser a CO2 – El.En. ha studiato un tipo di sorgente laser a CO2 ricaricabile autonomamente e con poco costo. Grazie a questa caratteristica le sorgenti laser El.En. riescono a mantenere i parametri fondamentali del laser sempre a un livello ottimale.

Per eseguire operazioni di marcatura sui prodotti organici non servono grandi potenze. Tuttavia la potenza della sorgente laser CO2 influenza direttamente la velocità del risultato ed è quindi un elemento da tenere in considerazione. Una sorgente laser più potente impiegherà meno tempo a eseguire una marcatura laser in quanto la maggiore potenza utilizzata permetterà di eseguire la lavorazione molto più velocemente.

La testa di scansione laser

Ogni applicazione di marcatura laser ha bisogno di una testa di scansione per poter funzionare. Abbiamo avuto già modo di vedere in altri articoli qual è il funzionamento di una sorgente laser e qual è la sua utilità. Una testa di scansione laser è un dispositivo che ha il compito di muovere il raggio laser su un percorso prestabilito, coincidente con la lavorazione da eseguire.

Un raggio laser infatti è un fascio di luce che procede in linea retta finché non incontra un ostacolo di qualche tipo. Se non è deviato in qualche modo, un raggio laser non può essere utilizzato ai fini delle lavorazioni. La testa di scansione ha appunto il compito di deviare il raggio laser facendogli seguire un percorso prestabilito.

Per svolgere questo compito, la testa di scansione utilizza degli specchi galvanometrici che spostano il raggio laser lungo gli assi X e Y di un’area di lavoro.

Affinché possa eseguire efficacemente la lavorazione, il raggio laser deve essere sempre ben focalizzato sulla superficie da lavorare. A tal fine è necessario l’utilizzo di una lente z-lineare che, aumentando e diminuendo la lunghezza focale della lente in base alla necessità, riesce a tenere il laser nel punto esatto della lavorazione.

Il software e l’unità di controllo

La sorgente laser e la testa di scansione, composta dai dispositivi di cui abbiamo appena parlato, devono agire in coordinazione. La posizione del laser, il suo fuoco, la sua potenza e la durata del raggio devono essere attivati in funzione della lavorazione da eseguire.

Il compito di coordinare tutti questi dispositivi è svolto dal software e dall’unità di controllo. Il software rappresenta l’interfaccia tra la macchina e l’utente. Si occupa di tradurre il pattern della lavorazione da eseguire in coordinate e parametri che poi l’unità di controllo invia alla testa di scansione e alla sorgente laser.

In questo modo è possibile incidere qualsiasi tipo di informazione semplicemente modificando i parametri del software o inserendo un nuovo disegno CAD.

Un processo sicuro

Uno dei timori di chi prende in considerazione la possibilità di adottare dei processi di marcatura laser è la possibilità che essa influisca sulla shelf life dei prodotti. In effetti la buccia protegge il prodotto da muffe, batteri e altri agenti che potrebbero danneggiare le qualità organolettiche o addirittura renderlo pericoloso per i consumatori.

La marcatura laser è un processo basato sulla rimozione di materiale dallo strato superficiale di un alimento destinato al consumo. Che si tratti della crosta di un formaggio o della buccia di un frutto, questo strato superficiale ha il compito di proteggere il prodotto dagli attacchi di potenziali agenti contaminanti che potrebbero danneggiarlo.

Nel caso di prodotti come salumi e formaggi il rischio è minimo: la crosta esterna di questi prodotti è molto spessa. Su di essa la marcatura laser fa delle incisioni di pochi micron, certo meno invasive delle corrispondenti marcature a caldo effettuate tradizionalmente.

Il problema è più rilevante per i prodotti vegetali freschi e, in particolare, per quelli dalla buccia molto sottile, come ad esempio i pomodori o l’uva. Rimuovere uno strato, per quanto superficiale, dalla buccia, potrebbe essere causa di disidratazione e contaminazioni di vario tipo.

Tuttavia, la realtà è diversa. Diversi studi hanno però evidenziato come la marcatura laser avviene solo sulla superficie e non provoca nessuna alterazione al prodotto. La funzione protettiva della buccia insomma non viene meno e la shelf life dei prodotti rimane inalterata.

Di conseguenza anche le qualità organolettiche rimangono inalterate: l’etichettatura laser della frutta e della verdura non altera in alcun modo il sapore dei prodotti.

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I polimeri plastici sono molto utilizzati nell’industria del packaging alimentare. Il confezionamento di prodotti vegetali freschi è l’ambito di applicazione in cui questi materiali hanno avuto maggiore successo. Versatilità, facilità di lavorazione e resistenza agli agenti chimici sono le caratteristiche che più vengono apprezzate in questo tipo di applicazione.

Ma la caratteristica che li rende ideali per il confezionamento dei prodotti freschi è la loro capacità di traspirazione. Ogni materiale, infatti, ha una sua naturale traspirabilità. Con questo termine si indica il grado di permeabilità a diversi tipi di molecole gassose, in particolare ossigeno, anidride carbonica e vapore acqueo.

Questa particolare caratteristica si rivela fondamentale nella conservazione degli alimenti freschi. I processi metabolici dei prodotti freschi infatti non si interrompono dopo la raccolta. Processi come la respirazione cellulare e la maturazione del vegetale continuano anche dopo che l’alimento è stato confezionato e, se non adeguatamente contrastati, possono portare al completo deterioramento del prodotto. Per questo motivo, una delle sfide più grandi nella produzione e vendita dei prodotti freschi, è evitare che i processi metabolici rendano il prodotto inadatto al consumo.

La tecnologia del confezionamento ha trovato diverse soluzioni per ovviare al problema del deterioramento. L’utilizzo di trattamenti disinfettanti, sia chimici che meccanici, o antifungini va di pari passo con l’utilizzo di adeguate barriere protettive come sono appunto le pellicole plastiche.

Un notevole passo avanti sotto questo punto di vista è stato compiuto mediante l’introduzione del confezionamento dei prodotti freschi in atmosfera controllata. Questo processo sfrutta le proprietà di traspirabilità dei film plastici. Il principio alla base è cercare di ottimizzare l’equilibrio di gas presenti all’interno della confezione in modo da trovare la combinazione ottimale per contrastare i processi di deterioramento.

Molte pellicole, tuttavia, non permettono di ottenere il giusto rapporto fra gas in ingresso e in uscita. Come fare allora? È possibile intervenire attraverso la microperforazione laser. Tramite questo processo è possibile realizzare dei fori microscopici sulla superficie della pellicola plastica. In basa alla dimensione dei fori, che possono andare da 50 a 200 micrometri, è possibile definire il giusto rapporto tra gas in entrata e in uscita, e regolare così l’equilibrio di gas e l’umidità all’interno della confezione, in modo da ottimizzare in base al prodotto.

Il vantaggio di un tale tipo di produzione è che essa è perfettamente integrabile in un impianto di confezionamento di prodotti alimentari freschi in atmosfera controllata. Immaginiamo, ad esempio, un’industria che tratta diversi tipo di prodotti freschi. Ogni prodotto ha bisogno di essere confezionato secondo le proprie specifiche. La confezione deve essere ottimizzata per lo specifico tipo di prodotto, in modo tale da avere il giusto equilibrio di gas all’interno della confezione.

Il laser permette di ottimizzare l’intero ciclo produttivo in modo da eseguire per ogni prodotto la giusta microperforazione e ottenere così il giusto equilibrio interno tra ossigeno, idrogeno e anidride carbonica. Il tutto senza bisogno di cambiare gli impianti di produzione, ma solo attraverso un’adeguata riprogrammazione del software di controllo del laser, eseguibile in pochi secondi.

La fustellatura laser delle etichette è un processo di digital converting. In questa applicazione il laser sostituisce le fustelle meccaniche nell’esecuzione di lavorazioni come il taglio o il ritaglio delle sagome delle etichette. L’uso dei laser è particolarmente vantaggioso. Da un lato permette di superare gli svantaggi tipici delle fustelle meccaniche, dall’altro consente di eseguire le stesse lavorazioni con una flessibilità e una precisione che le fustelle non rendono possibile. Sotto questo aspetto, il processo di fustellatura laser delle etichette mostra in modo lampante quali siano i vantaggi del laser per il settore del packaging e dell’etichettatura.

Come si svolge il processo produttivo delle etichette

La produzione di etichette autoadesive è una delle operazioni di cartotecnica più tradizionali. Tipicamente il processo produttivo delle etichette si svolge in 3 passaggi:

• stampa dell’etichetta sul foglio matrice
• incisione della sagoma dell’etichetta
• ritaglio della sagoma dell’etichetta

La fustella si usa nelle operazioni di incisione e di ritaglio della sagoma dal foglio matrice per definire la sagoma e per isolare l’etichetta dal foglio in modo da poterla commercializzare come unità.

Questa tecnica di lavorazione ha diversi svantaggi:

• per ottenere nuove forme da tagliare i produttori devono creare una nuova fustella
• le proprietà meccaniche dello strumento non permettono di tagliare forme complesse
• lo strumento di taglio si usura velocemente e ha bisogno di manutenzione per essere mantenuto efficiente

Queste caratteristiche del processo fanno sì che un sistema di produzione di etichette sia efficiente solo se riesce a garantire elevati volumi produttivi. Il mercato però oggi premia le aziende che sono capaci di offrire processi produttivi innovativi, personalizzati che riescono a sostenere numerose commesse con piccoli volumi produttivi. E da questo punto di vista il laser è lo strumento di produzione ottimale.

La lavorazione laser delle etichette

La fustellatura laser si basa su un processo di ablazione. In questa lavorazione il raggio laser rimuove una porzione di materiale attraverso un processo di sublimazione. Attraverso dispositivi come le teste galvo è possibile spostare il raggio laser su un percorso determinato. Il controllo digitale permette inoltre di tarare precisamente lo strumento in base al tipo di lavorazione che si vuole ottenere.

Le operazioni possibili sono il laser kiss-cutting e il laser cutting. Entrambi sono processi di taglio laser, ma si differenziano per la profondità alla quale incidono il materiale.

Laser kiss-cutting e laser cutting

Il laser kiss-cutting consiste nel tagliare lo strato superficiale di un materiale multistrato. Le etichette adesive sono stampate su fogli matrice. Questi fogli sono composti tipicamente da due strati: uno superiore su cui è stampata la grafica e uno di supporto, su cui è incollato l’adesivo. Nel laser kiss-cutting il laser incide solo la parte superficiale, liberando la sagoma dell’adesivo dalla matrice di supporto

Nel laser cutting o taglio laser, il raggio attraversa tutti gli strati di materiale liberando l’adesivo dalla matrice e riducendolo a unità.

I vantaggi del taglio laser delle etichette

I sistemi di lavorazione laser permettono di ottenere numerosi vantaggi:

• per modificare il percorso di taglio basta caricare un nuovo file nel sistema
• l’assenza di contatto meccanico permette di seguire percorsi di taglio particolarmente complessi
• lo strumento non si usura e richiede una manutenzione minima

Per un’azienda che usa un sistema laser, diventa possibile gestire la produzione in maniera innovativa. Si possono creare prototipi da mostrare al cliente, avviare cicli produttivi di piccolo volume e quindi prendere numerose commesse che i metodi produttivi tradizionali non rendono sostenibile. Si tratta di un cambio di paradigma nel modo di pensare la produzione.

Il vantaggio è anche un altro. Nell’industria del digital converting, e in particolare nel paper converting, si usano quasi esclusivamente laser a CO2. Come è noto questi laser sono noti per interagire in modo molto efficiente con i materiali cartacei. Questa caratteristica, unita alla ridotta produzione di scarti di lavorazione rende il laser uno strumento di produzione eco-friendly.

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Il mercato della pelle sintetica ha visto una crescita esponenziale negli ultimi anni. La pelle naturale sta diventando un bene sempre più scarso, per motivi sia economici che ecologici. Da un lato la necessità di prodotti finiti a prezzi sempre più bassi limita l’impiego di materie prime costose e dall’altro, le tematiche animaliste ed ecologiste spingono le aziende a scegliere soluzioni a basso impatto ambientale.

La pelle sintetica è molto simile alla pelle naturale sia dal punto di vista tecnologico che dal punto di vista sensoriale. A differenza della pelle naturale non è un materiale traspirante. Inoltre, ha bisogno di un supporto, spesso realizzato in cotone o altra fibra naturale.

I vantaggi della pelle sintetica rispetto alla pelle animale sono numerosi:

• i costi di produzione sono molto bassi
• si possono ottenere lotti di produzione molto uniformi
• si possono creare texture ed effetti inesistenti in natura
• è più facile da tagliare e da cucire

Lungi dall’essere un’alternativa meno nobile rispetto al materiale originale, la pelle sintetica è un materiale pratico e moderno. Può essere applicato con successo in tutti gli ambiti in cui è applicata la pelle tradizionale, con gli stessi risultati dal punto di vista estetico e tecnico.

La composizione della pelle artificiale

La pelle sintetica è un materiale composto da due strati, uno superiore che imita la pelle e uno inferiore che fa da supporto.

Lo strato superiore è composto da un polimero sintetico. I materiali più utilizzati sono il PVC (Polyvinyl chloride) e il Poliuretano (PU). I due materiali hanno delle leggere differenze. La maggior parte della pelle sintetica è realizzata in PVC perché ha un basso costo e una maggiore resistenza. Meno utilizzato è invece il Poliuretano per il costo più elevato. Tuttavia riesce a conferire una sensazione tattile più simile a quella della pelle di origine animale.

La parte inferiore della pelle sintetica è fatta di tessuto. Si usano fibre sintetiche, naturali – in genere cotone – o miste naturale-sintetico.

Il ruolo del tessuto di supporto è molto importante. Le caratteristiche meccaniche della pelle sintetica dipendono dalla resistenza del supporto. La pelle sintetica resiste finché il tessuto di supporto è intatto.

Marcare/incidere la pelle artificiale con il laser

Data la sua composizione in polimeri termoplastici, la pelle sintetica si presta molto bene alla lavorazione laser, in particolare con il laser a CO₂. Le interazioni tra materiali come il PVC e il Poliuretano e il raggio laser raggiungono un’elevata efficienza energetica, garantendo risultati ottimali.

Marcatura e incisione laser

I processi di marcatura e incisione sono molto simili. In entrambi i casi l’interazione del raggio laser con il materiale agisce a livello degli strati superficiali. L’energia del laser attiva delle trasformazioni che, a seconda dell’intensità, sono più o meno profonde e radicali.

Nei processi di marcatura, la densità energetica applicata è molto bassa. Le trasformazioni nel materiale sono meno profonde, riguardano il livello più superficiale, l’aspetto esteriore del materiale.

Nell’incisione laser la densità energetica applicata è maggiore. Il processo interessa uno strato più profondo. Il materiale va quindi incontro a sostanziali trasformazioni chimiche. Il segno risulta più visibile, con un maggiore contrasto. Si possono ottenere delle caratteristiche tattili e, in certi casi, creare un effetto di rilievo.

I parametri del laser

Per ottenere gli effetti desiderati tramite marcatura e incisione laser, il sistema deve essere impostato secondo determinati parametri. Non esiste una regola universale. I parametri corretti dipendono da fattori quali:

• il tipo di materiale utilizzato: policloruro di vinile e poliuretano assorbono l’energia in modo diverso. Quindi le impostazioni saranno diverse
• il colore della pelle: la pelle di colore chiaro è più riflettente di quella di colore scuro. La pelle scura quindi assorbe meglio il raggio laser, realizzando una maggiore efficienza energetica e lavorazioni più veloci

Una corretta impostazione del laser punterà a ottenere la corretta densità energetica in modo da ottenere un segno ben visibile senza danneggiare il materiale.

La marcatura/incisione della pelle è una delle applicazioni di galvo scanning. Rientrano sotto questa categoria tutte le lavorazioni in cui la sorgente laser è utilizzata in combinazione con una testa di scansione.

La testa di scansione ha il compito di distribuire sulla superficie del materiale il laser prodotto dalla sorgente.

Sia le sorgenti laser che le teste di scansione sono disponibili in diversi modelli, a seconda delle necessità. Per scegliere bene è necessario sapere quali siano le caratteristiche della lavorazione da eseguire. Il modo migliore per creare il tuo sistema per la marcatura/incisione laser della pelle è contattarci.

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L’applicazione del laser CO2 ai processi di produzione degli alimenti è un trend consolidato. Il laser è spesso utilizzato per rimpiazzare i processi di etichettatura degli alimenti o la stampigliatura di date di scadenza, codici identificativi e altri contrassegni sui prodotti. Ne sono un esempio le applicazioni di marcatura laser dei formaggi o della frutta, di cui abbiamo parlato in alcuni articoli precedenti.

Un altro esempio di processo che può essere eseguito con successo dal laser è la marcatura delle uova di pollo.

Tradizionalmente, la tecnica utilizzata per la marcatura delle uova è la stampa a inchiostro.

Trattandosi di alimenti freschi, spesso è fondamentale che su ogni singolo uovo siano riportate informazioni come la data di deposizione o la data di scadenza. Queste informazioni rendono il consumo delle uova più sicuro, in quanto permettono di sapere con precisione la freschezza dell’alimento che sta per essere consumato.

La marcatura a inchiostro delle uova presenta però alcuni inconvenienti:

• si utilizzano inchiostri che possono contenere sostanze nocive
• il segno ottenuto può dare problemi di leggibilità
• vi sono dei tempi tecnici da rispettare, ad esempio per far asciugare l’inchiostro.
• c’è un maggiore consumo di risorse

La marcatura laser permette di superare questi inconvenienti. Vediamo come funziona il processo.

Un sistema per la marcatura laser si compone di 3 elementi: un software di controllo, una sorgente laser CO2 e una testa di scansione galvanometrica.

In questa applicazione di marcatura laser, la sorgente viene utilizzato in modalità pulsata. Questa modalità permette di raggiungere altissimi picchi di potenza per momenti brevissimi, permettendo in tal modo di rimuovere istantaneamente una porzione di materiale dalla superficie da lavorare.

La testa di scansione invece ha un duplice compito: muovere il raggio laser sulla superficie, in base agli assi X e Y e tenerlo sempre focalizzato sul punto esatto della superficie da lavorare.

Il software di controllo ha il compito di coordinare l’azione della sorgente laser e della testa di scansione, facendo in modo che il laser segua il percorso prestabilito e la sua potenza sia regolata in modo tale da ottenere gli effetti voluti sulla superficie.

I vantaggi di un sistema di marcatura laser tramite la modalità impulsata sono notevoli:

• I segni prodotti dal laser sono indelebili
• Non si impiegano sostanze potenzialmente nocive
• Il processo è sensibilmente più veloce rispetto alla marcatura a inchiostro

È stato dimostrato inoltre come la marcatura sia solo superficiale e non danneggi in alcun modo la parte interna dell’uovo. La marcatura infatti riguarda circa un quarto dello spessore della superficie dell’uovo.

Con questa tecnica è possibile incidere non solo codici alfanumerici ma anche loghi e immagini, facendo rientrare questa tecnica sotto la più generica etichetta di natural branding.

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Gli abrasivi sono una famiglia di materiali caratterizzati da grande durezza. Sono utilizzati in lavorazioni come la lucidatura o la levigatura delle superfici. Sono disponibili in una grande varietà di forme e tipologie e sono utilizzati in moltissimi settori.

Gli abrasivi possono essere foggiati in un gran numero di forme: dischi, spazzole, ruote, frese, mole. I metodi di lavorazione tradizionali degli abrasivi hanno però dei limiti che possono essere superati dalla lavorazione laser.

In questo articolo quindi vediamo quali sono i 6 vantaggi dell’uso di un laser nel processo di manifattura dei prodotti abrasivi.

1. Il laser è un processo non a contatto

Il problema principale nella fabbricazione degli abrasivi è che l’azione abrasiva si esercita anche sugli strumenti di lavorazione. Prendiamo ad esempio gli abrasivi flessibili. In questa categoria di abrasivi la sostanza abrasiva è cosparsa su un supporto, che normalmente è in materiale cartaceo o polimerico. Per ottenere le forme volute, come ad esempio dischi rotanti o ruote, si usano utensili come le fustelle, cioè un metodo meccanico che utilizza il contatto tra le parti per separare un elemento dalla matrice nella forma voluta.

Operazioni come la fustellatura degli abrasivi flessibili presentano però un inconveniente. L’azione abrasiva si esercita anche sugli strumenti di taglio. Lame, fustelle e frese sono rapidamente consumate e devono essere sostituite frequentemente per mantenere alta la qualità della lavorazione. Questo fa aumentare i costi di lavorazione che fanno di conseguenza aumentare i costi del prodotto finale.

Il taglio laser degli abrasivi flessibili permette di superare questo svantaggio. Esse infatti si caratterizzano per la totale assenza di contatto. Il raggio laser interagisce a distanza con la superficie del materiale e quindi il processo di lavorazione non è meccanico, ragion per cui non si verifica il problema dell’usura continua degli strumenti di lavorazione.

2. Il laser è uno strumento versatile

Un grande svantaggio dei metodi di lavorazione tradizionali è legato anche alla loro scarsa flessibilità. Ad esempio, una fustella realizzata per creare una determinata forma può essere usata solo per creare quella forma specifica. Per realizzare pezzi di forme diverse è necessario creare nuove fustelle, ammesso che l’investimento necessario alla loro creazione sia giustificato da un ritorno economico vantaggioso.

Allo stesso modo, con gli strumenti di lavorazione tradizionali si può eseguire solo una lavorazione. Una fustella può eseguire solo la fustellatura. Un utensile da taglio può eseguire solo il taglio. Per eseguire lavorazioni diverse bisogna cambiare strumento di lavorazione. Se un produttore volesse applicare delle informazioni su un disco abrasivo come la dimensione della grana o il numero di serie, dovrebbe inserire il pezzo in una macchina dedicata, come ad esempio una stampatrice.

I sistemi laser permettono invece di eseguire diverse lavorazioni in una sola sessione. Con lo stesso sistema si possono tagliare dei dischi flessibili da una matrice, realizzare tagli e perforazioni e marcare informazioni sulla superficie di un materiale mediante marcatura laser. Oltre al fatto che l’utilizzo del laser permette di cambiare la forma o la dimensione del pezzo da tagliare in tempo reale, senza nessun altro tipo di ausilio aggiunto. E’ proprio la sua elevata flessibilità che rende il laser la carta vincente per questo tipo di applicazioni.

Si tratta di un’evoluzione del modo di intendere la produzione. Questo aspetto offre al produttore la possibilità di ampliare enormemente la propria offerta commerciale. Diventa infatti possibile creare prototipi\, produzioni just in time, o serie da piccoli pezzi per clienti di alto valore.

3. Il laser è uno strumento preciso

Gli abrasivi sono utilizzati in moltissimi settori industriali. Ognuno di essi richiede lavorazioni specifiche, e, pertanto, gli utensili abrasivi sono foggiati in un’enorme varietà di forme. Questo fa sì che esistano strumenti più o meno specializzati: dalla semplice carta vetrata, venduta in rotoli e utilizzata da falegnami e artigiani, a dischi rotanti personalizzati per eseguire lavorazioni di alta precisione.

Gli strumenti di lavorazione meccanici hanno però un limite di tolleranza oltre il quale non possono andare. Le dimensioni degli strumenti di lavorazione, la loro conformazione, la necessità di evitare contatti non voluti limitano la complessità delle lavorazioni che possono essere eseguite.

Il laser permette invece tolleranze strettissime. Poiché non c’è contatto tra le parti, lo strumento può seguire percorsi di taglio intricati, creare perforazioni microscopiche e di forme particolari, realizzare tagli superficiali e altre lavorazioni che sarebbero impossibili con gli strumenti di taglio meccanici.

4. Riduzione degli scarti di lavorazione

Negli strumenti di lavorazione tradizionali la lavorazione è eseguita tramite l’asportazione meccanica del materiale. Il processo tende a produrre scarti di lavorazione, polveri e altri residui che devono essere in qualche modo gestiti\, con un costo economico e ambientale più o meno elevato.

I processi di lavorazione laser invece tendono a non produrre scarti. L’asportazione del materiale avviene grazie alla sublimazione. L’altissima densità energetica prodotta dal laser sulla superficie permette l’aumento della temperatura del materiale vaporizzandolo istantaneamente in seguito a una trasformazione dello stato della materia.

5. Rispetto dei materiali

I processi di lavorazione meccanici presentano un rischio di danneggiamento dei prodotti, a causa di contatti accidentali o di un contatto meccanico troppo forte. Eventuali deformazioni abbassano la qualità del prodotto finale.

Nelle lavorazioni laser il rischio di danneggiamenti da contatto meccanico è assente. Le lavorazioni laser rispettano tutti i materiali\, anche quelli più delicati. Permettono di garantire una maggiore qualità del pezzo finito e sono pertanto ideali in quei settori dove il grado di errore deve essere ridotto al minimo.

6. Il laser è un processo di lavorazione ecologico

Le lavorazioni laser offrono un’elevata efficienza energetica. A parità di condizioni, il laser esegue la lavorazione con un dispendio energetico molto più basso rispetto alla lavorazione meccanica. Questo aspetto, unito all’assenza di scarti, rende il laser uno degli strumenti di lavorazione più ecologici a disposizione dei produttori.

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Pelatura laser di frutta e ortaggi? È solo una delle tante applicazioni del laser CO2 per il settore dell’industria alimentare. Grazie alla sua lunghezza d’onda il laser CO2 permette di lavorare efficacemente i materiali di origine organica, come legno, pellami, tessuti, carta e simili.

Lo sviluppo tecnologico impetuoso degli ultimi anni ha permesso di applicare questo laser anche all’industria alimentare. El.En. è stato fra i primi produttori di laser CO2 a studiare e sperimentare le possibilità di impiego di questa tecnologia nella filiera agro-alimentare. L’utilizzo dei laser per la marcatura dei formaggi è una delle applicazioni realizzate. Altri tipi di applicazioni possono essere la castratura delle castagne, la biostimolazione, la marcatura laser dei salumi etc.

In quest’articolo parleremo di un’altra applicazione del laser CO2 in ambito alimentare: la pelatura di frutta e verdura fresche eseguita tramite ablazione laser.

Cosa significa ablazione laser

Il processo di ablazione consiste nell’usare un raggio laser focalizzato per rimuovere uno strato superficiale da un materiale. Tale risultato è reso possibile dall’elevata densità energetica che il laser riesce a concentrare su un’area molto piccola. Questo processo provoca l’immediata scomparsa di uno strato di materiale.

Lo spessore dello strato di materiale rimosso è molto sottile e dipende essenzialmente dai parametri con i quali si imposta il funzionamento del laser. In genere corrisponde a pochi micron. Questo significa che anche se le energie e le pressioni impiegate fossero altissime, queste riguardano solo una piccolissima parte del materiale organico. Di conseguenza, fattore questo importantissimo nella lavorazione degli alimenti, la zona interessata dal calore del laser è esigua e molto localizzata. Il risultato è che le proprietà organolettiche degli alimenti, come sapore, freschezza, consistenza e colore, non vengono modificate dall’azione del laser.

Cipolle, peperoni, pomodori, arance, limoni sono solo alcuni dei prodotti freschi che è possibile sottoporre a questo tipo di lavorazione.

Ablazione laser: gli aspetti tecnici

Dal punto di vista tecnico la configurazione di un sistema di questo tipo richiede come componenti fondamentali una sorgente laser CO2, una testa di scansione e un software di controllo. Il vantaggio di un sistema di questo tipo è che basta anche una sorgente laser CO2 a bassa potenza per eseguire la lavorazione con ottimi risultati. In generale, più la potenza del laser è alta, più veloce sarà l’operazione da eseguire e quindi la produttività del sistema.

Il processo è basato sulla scansione laser eseguita sul prodotto da lavorare. Attraverso un’accurata regolazione dei parametri di velocità e potenza del laser, è possibile configurare con estrema accuratezza il laser in funzione dei risultati che si vogliono ottenere.

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