La marcatura laser è diventata uno standard in molti settori industriali. I suoi vantaggi sono la flessibilità, il numero di materiali che possono essere sottoposti a marcatura, la facilità con cui il processo può essere modificato, la velocità, la qualità del segno prodotto e il basso impatto ecologico.

La stragrande maggioranza delle applicazioni di marcatura laser ha come obiettivo l’identificazione dei prodotti e delle componenti. Questo ruolo è tradizionalmente svolto da etichette di vario tipo, stampate o incise e in seguito applicate sui prodotti. La marcatura laser sostituisce le etichette e permette di incidere le informazioni direttamente sul prodotto o sulla componente da identificare.

Come funziona il processo di marcatura laser

La marcatura laser avviene tramite l’interazione del raggio laser con la superficie del materiale da marcare. Questa interazione innesca un processo di ablazione, tramite il quale è asportato uno strato superficiale di dimensione variabile. Il risultato finale dipende dal materiale sottoposto a marcatura e dal tipo di laser utilizzato. Il laser a CO2 è quello più utilizzato nei processi di marcatura laser perché può essere applicato su numerosi materiali.

Quali informazioni si possono marcare

Il laser permette di incidere qualsiasi informazione sui prodotti. Le informazioni più comunemente incise mediante marcatura laser sono:

• codici a barre
• QR codes
• sequenze di caratteri alfanumerici
• lotti di produzione e date di scadenza
• informazioni sul copyright
• loghi del produttore
• loghi di conformità

I vantaggi dell’etichettatura laser

Attualmente i modi per applicare informazioni sui prodotti sono principalmente di tre tipi:

• Stampa a inchiostro. Consente di stampare codici alfanumerici per mezzo di una stampante a matrice di punti. Questo tipo di applicazione è utilizzata su prodotti organici che potrebbero essere danneggiati dal calore generato dal laser. Tuttavia negli ultimi anni si è visto che il laser può essere utilizzato con successo anche per etichettare frutta, verdura e altri materiali biologici. Anche se la stampa a getto d’inchiostro consente un’elevata produttività i principali difetti sono che che la durata del segno dipende dal tipo di materiale su cui è applicato, i costi di manutenzione del sistema possono anche essere molto alti.
• Punzonatura. Consente di imprimere segni per mezzo della deformazione plastica del materiale. I segni impressi sono molto evidenti e difficili da manomettere. Può essere applicata su etichette metalliche da applicare, ma non è adatta per le applicazioni di marcatura diretta sul componente da etichettare. Per essere realizzata richiede l’utilizzo di matrici e fustelle, con costi di manutenzione molto elevati. Modificare le informazioni da stampare è costoso.
• Etichette autoadesive. Si stampano le informazioni su un’etichetta autoadesiva che poi viene applicata al prodotto. Le etichette sono poco rispettose dell’ambiente in quanto per la produzione dell’etichetta si ha uno scarto del supporto dello strato adesivo elevato che deve essere smaltito.

Rispetto a questi sistemi di marcatura, la creazione di etichette mediante tramite marcatura laser ha indubbi vantaggi.

• Qualità. I segni realizzati dal laser sono perfettamente definiti. Inoltre non sbiadiscono anche se il prodotto è sottoposto a un utilizzo intenso. In tal senso il laser è ideale per le applicazioni in cui è necessario prevenire la contraffazione.
• Costi. Se da un lato è vero che il laser richiede un maggiore investimento iniziale rispetto agli altri metodi\, è anche vero che permette un notevole risparmio sui costi della manutenzione e della lavorazione. Il laser è vantaggioso se è utilizzato in contesti produttivi che ne favoriscano i suoi punti di forza come l’elevata personalizzazione, la gestione automatizzata dei processi e la richiesta di risultati ad alta precisione.
• Flessibilità. Le informazioni da imprimere possono essere modificate e aggiornate molto velocemente senza che questo comporti spese per adattare lo strumento di lavoro. I tempi di sostituzione dell’attrezzatura e preparazione della macchina sono praticamente azzerati. La marcatura laser permette di incidere scritte anche nelle aree concave del pezzo che sarebbero inaccessibili alle tecnologie convenzionali.
• Rispetto dell’ambiente. Le etichette marcate direttamente sul prodotto mediante laser sono più eco-friendly delle etichette tradizionali poiché si riduce notevolmente il consumo di plastica usata per la realizzazione delle etichette stesse nonché i costi legati allo smaltimento del supporto inutilizzato.
• Efficienza. Le informazioni rappresentate sulle etichette possono essere immediatamente elaborate digitalmente. In tal modo ad esempio è possibile pensare a una gestione della tracciabilità dei pezzi lavorati molto elevata. La marcatura laser delle etichette può inoltre essere realizzata anche sui pezzi in movimento.

Le applicazioni

Abbiamo già parlato in diverse occasioni su questo blog della marcatura laser.

Si va da quelle tradizionali come la marcatura di parti e componenti a quelle più avanzate come la marcatura degli alimenti. Gli esempi in quest’ultimo ambito sono numerosi:

• incisione di codici su gusci di uova di gallina: questo caso di studio mostra come la marcatura laser possa sostituire la stampa a inchiostro sui gusci delle uova di gallina
• marcatura laser di salumi e formaggi: formaggi e salumi possono essere marcati facilmente con il laser. In questa applicazione la marcatura laser sostituisce la marcatura a caldo
• marcatura laser di frutta e verdura fresche: in questa applicazione si usa la marcatura laser per incidere informazioni e loghi direttamente sulla superficie di frutta e verdura. In questo caso la marcatura sostituisce le etichette autoadesive

Altri esempi di applicazione includono:

• automotive: incisione di parabrezza, identificazione delle componenti delle automobili
• oggettistica: impressione di informazioni sul prodotto
• elettronica: marcatura su silicio di circuiti integrati
• ingegneristica: marcatura di componenti di costruzione

Qual è la tua applicazione?

A questo punto ti starai chiedendo in che modo la marcatura laser per l’etichettatura può aiutare la tua azienda. Per rispondere a questa domanda puoi contare sulla nostra esperienza. El.En. ha un team di esperti che ti aiuterà a scegliere il sistema laser più giusto per te. Le nostre sorgenti laser e i nostri sistemi di scansione sono utilizzati in tutto il mondo e aiutano migliaia di aziende a creare prodotti di alta qualità. Contattaci per saperne di più.

Le operazioni di sverniciatura sono da sempre costose. Rimuovere la vernice da un oggetto, soprattutto se con una grande superficie verniciata, richiede molte ore di lavoro. Nella maggior parte dei casi il lavoro di sverniciatura viene eseguito mediante l’uso di solventi e comporta il consumo di acqua e di altre risorse, con grande danno per l’ambiente.

Le operazioni di sverniciatura sono da sempre costose. Rimuovere la vernice da un oggetto, soprattutto se con una grande superficie verniciata, richiede molte ore di lavoro. Nella maggior parte dei casi il lavoro di sverniciatura viene eseguito mediante l’uso di solventi e comporta il consumo di acqua e di altre risorse, con grande danno per l’ambiente e per la salute degli operatori.

Un’alternativa alla sverniciatura tradizionale è la sverniciatura laser, un metodo efficace, veloce ed ecologico di rimuovere la vernice da una superficie.

I metodi tradizionali di rimozione della vernice

Sin dall’antichità si utilizzano le vernici per ricoprire la superficie degli oggetti. La loro funzione è duplice in quanto da un lato proteggono dall’usura il materiale che ricoprono, dall’altro contribuiscono fortemente a caratterizzare l’estetica dell’oggetto.

Non c’è praticamente settore industriale che non faccia uso di vernici. Tuttavia, in alcuni settori la verniciatura rappresenta una parte determinante del processo produttivo.

È il caso ad esempio del settore dei trasporti, i cui oggetti – aeroplani, navi o treni – presentano grandi superfici verniciate.

Questi velivoli sono spesso sottoposti a operazioni di riverniciatura o per manutenzione straordinaria o per il cambio di livrea, ad esempio nel caso di un passaggio di proprietà di un velivolo.

Per rimuovere la vernice si utilizzano tradizionalmente metodi chimici e fisici, cioè usando solventi o mediante sfregamento che, oltre a non limitarsi a rimuovere unicamente lo stato superficiale, hanno anche altri inconvenienti:

• utilizzo di sostanze altamente inquinanti
• necessità di mascherare le componenti più delicate dei mezzi
• necessità di risciacquo completo delle sostanze con consumo di acqua
• produzione di scarti e vapori chimici potenzialmente tossici per gli operatori e per l’ambiente

Le sverniciatura laser permette di superare questi inconvenienti, trasformando la sverniciatura in un processo veloce, efficace e preciso.

Il processo di sverniciatura laser

Il processo di sverniciatura mediante laser consiste nell’irradiare la superficie verniciata con un raggio laser che vaporizza lo strato di vernice.

La vernice viene rimossa in modo praticamente istantaneo grazie a un processo di sublimazione. Rispetto ai metodi tradizionali quindi, la sverniciatura laser ha il vantaggio di essere molto veloce. In poche ora è possibile sverniciature decine di metri quadrati di superficie con un consumo di risorse pari solo al consumo elettrico del sistema.

Non c’è uso di solventi o di altre sostanze chimiche dannose per la salute. Basta dirigere il laser sulla superficie da lavorare e in qualche secondo la vernice è rimossa.

La tecnologia adatta alla sverniciatura laser

Definire nei dettagli la tecnologia adatta a un sistema di sverniciatura laser è difficile senza conoscere il contesto concreto di utilizzo. Le componenti fondamentali di un sistema di questo tipo sono la sorgente laser e la testa di scansione.

Teoricamente la scelta della sorgente laser dipende dalla composizione chimica della vernice da rimuovere. Come è noto ogni materiale assorbe più o meno bene una determinata lunghezza d’onda. La sorgente laser più efficiente è quella con la lunghezza d’onda che è assorbita meglio da un determinato materiale.

Tuttavia bisogna fare una considerazione importante. Non è infatti pensabile di creare una macchina per la sverniciatura efficace solo su un tipo di vernice. Una macchina per la sverniciatura laser deve essere in grado di rimuovere il maggior numero di vernici presenti sul mercato.

Il laser a CO2 offre il migliore compromesso tra affidabilità e versatilità. Una sorgente laser ad anidride carbonica è quindi lo strumento più adatto a questa applicazione. La lunghezza d’onda di 10,6 micrometri è infatti efficace sulla maggior parte delle vernici presenti in commercio in quanto viene assorbita in maniera ottimale. Può rimuovere sia le vernici bianche che quelle colorate, senza danneggiare la superficie sottostante.

La testa di scansione è l’altro elemento fondamentale di un sistema per la sverniciatura laser. Questo dispositivo serve a fare arrivare il laser sulla superficie e a mantenerlo sempre focalizzato su un’area di lavoro. La testa di scansione permette di dirigere il laser in maniera precisa su una determinata superficie, rendendolo uno strumento di lavoro estremamente preciso.

La scelta della testa dipende oltre che dal laser utilizzato, anche dalla superficie che si vuole coprire. Per grandi superfici servono teste di scansione capaci di coprire ampie aree di lavoro. La testa di scansione El.En. 1770HR riesce a coprire un’area con un massimo di 2300 x 2300 millimetri per questo tipo di lavorazione che non necessitano di uno spot limitato.

La sorgente laser e la testa di scansione sono le componenti fondamentali di un sistema laser per la sverniciatura. Tuttavia l’implementazione è fortemente guidata dal contesto di utilizzo. Le possibilità sono infinite e ogni applicazione richiede lo studio di sistema dedicato. 

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Il vetro è uno dei materiali che può essere sottoposto a lavorazione industriale a laser a CO2. Le principali lavorazioni eseguibili sono la marcatura e il taglio laser. In questo articolo vedremo le principali caratteristiche del vetro come materiale laserabile e le possibili applicazioni di marcatura del vetro.

Qual è la composizione del vetro?

Il vetro è un materiale di origine naturale, composto principalmente da silice (SiO2). La produzione prevede di riscaldare questo materiale fino al punto di fusione e farlo solidificare nuovamente. Da questo processo si ottiene il vetro, un materiale trasparente e dall’ottima resistenza alla corrosione. Accanto a questo caratteristiche, il vetro ha anche alcuni difetti. I principali sono la sua fragilità e la sua scarsa resistenza alla dilatazione termica.

I tipi di vetro laserabile

Proprio per queste sue caratteristiche, sottoporre il vetro a lavorazione laser richiede qualche accortezza. Le possibilità di lavorare il vetro con il laser dipendono in definitiva dalla composizione del vetro e dal tipo di produzione.

Composizione

La maggior parte dei vetri disponibili in commercio non è composta soltanto da silice. A questo materiale vengono aggiunti altri composti che modificano le proprietà del vetro e lo rendono adatto ai diversi utilizzi. L’aggiunta di sostanze alla composizione modifica però la “laserabilità” del materiale. Se ad esempio al vetro sono stati aggiunti metalli esso non può essere sottoposto alla lavorazione al laser. Un esempio classico sono i vetri-cristallo, cioè dei vetri nella cui composizione è presente una percentuale di piombo, allo scopo di aumentarne la trasparenza.

Produzione

La maggior parte dei vetri è prodotta industrialmente. Tuttavia, esiste anche una produzione di oggetti in vetro artigianali il cui costo è maggiore, per ovvie ragioni. Il vetro industriale ha una struttura più uniforme e che pertanto si presta meglio a essere sottoposto a lavorazione laser. Il vetro artigianale invece si presta meno a essere lavorato con il laser. In questo caso proprio la lavorazione artigianale può determinare delle incoerenze nella composizione e nella struttura come ad esempio microfratture che, se sottoposte al calore generato dal laser, potrebbero spezzare il vetro.

Come funziona la lavorazione laser del vetro

A differenza degli altri materiali, nei quali la modificazione del materiale avviene per sublimazione, il vetro funziona in modo diverso. Come abbiamo detto in precedenza, caratteristica del vetro è la sua scarsa sopportazione della dilatazione termica. Quando il vetro è sottoposto al laser si producono delle fratture a livello microscopico che hanno come risultato la realizzazione di una marcatura o di un taglio. Come avviene questo processo? All’interno del vetro restano intrappolate delle microbolle di aria. Quando il laser raggiunge la superficie la riscalda causa la dilatazione di queste bollicine. Dato che il vetro non ha flessibilità, questa dilatazione provoca le microfratture di cui abbiamo parlato in precedenza e quindi produce la lavorazione desiderata.

La marcatura al laser CO2 su vetro

La marcatura al laser è una delle operazioni più comuni eseguite sul vetro. I principali ambiti di applicazione riguardano la decorazione e l’incisione di codici e altre informazioni. Rispetto ai processi tradizionali, la produzione al laser presenta indubbi vantaggi in termini di pulizia, risparmio e possibilità applicative. A seconda del tipo di vetro il processo di marcatura può avvenire in diversi modi.

Vetro sodio-calcico

Il vetro sodo-calcico è la tipologia di vetro più comune. Utilizzata la produzione di finestre, bottiglie, stoviglie in vetro e altri oggetti di uso comune, si presta bene alla lavorazione al laser. Su questo tipo di vetro la marcatura si ottiene attraverso la generazione di migliaia di microfratture sulla superficie del vetro. Lo shock termico provoca la dilatazione del vetro che, essendo un materiale rigido, si frattura. Si ottiene così un segno opaco dall’aspetto satinato, abbastanza simile alle lavorazioni eseguite con i metodi tradizionali ma a costi molto più bassi. Alcuni esempi di applicazione sono da ricercare nell’industria della decorazione (decorazione di bicchieri e stoviglie in vetro, di vetri per finestre, di vetri da interni in genere), nell’industria automobilistica (incisione di codici identificativi sui vetri delle automobili), nella produzione di vetreria da laboratorio (incisione di scale graduate).

Vetro al quarzo

Il vetro al quarzo è ottenuto dalla fusione del quarzo anziché della silice. Le sue caratteristiche sono l’elevata resistenza alle temperature, l’ottima trasmissibilità ottica e l’elevata resistenza alla corrosione. La lavorazione del vetro al quarzo tramite laser a CO2 avviene tramite fusione superficiale. La fusione del materiale modifica la struttura reticolare del vetro, cambiando la rifrazione della luce rispetto al resto della superficie, con conseguente riconoscibilità del segno.

Vetro boro-silicato

Il vetro borosilicato, noto anche con il nome commerciale di Pyrex, è ottenuto aggiungendo alla silice minerali come il boro insieme ad altri composti. La reazione chimica che ne consegue produce un vetro dall’eccellente resistenza alla dilatazione termica. Per questo motivo è molto usato nella produzione di stoviglie e oggetti da forno. Il vetro borosilicato può essere sottoposto a marcatura tramite laser a CO2.

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L’industria del packaging e della cartotecnica in generale sono stati i settori che più hanno beneficiato dell’introduzione del laser a CO2. L’utilizzo di questo strumento ha permesso di innovare i metodi di lavorazione e di innovare profondamente sia i metodi produttivi, sia i prodotti.

Buona parte dei benefici del laser è determinata dal fatto che esso sia uno strumento non a contatto. Questo ha come conseguenza la possibilità di seguire percorsi di taglio complessi e di permettere una flessibilità produttiva che non ha confronti con i mezzi tradizionali. Il laser permette di realizzare lavorazioni complesse, a un’elevata velocità produttiva e con estrema precisione nella lavorazione.

Le applicazioni laser sulla carte per la sicurezza

Proprio per la sua precisione, flessibilità e la possibilità di realizzare percorsi di lavorazione complessi, il laser ha trovato un’ ambito di applicazione privilegiato nella produzione di carte valori e carte di sicurezza.

Le carte valori e di sicurezza sono quei tipi di carte che fanno uso di un certo numero di espedienti per evitare la contraffazione del documento e garantirne l’originalità. Sono quindi usate nella produzione di documenti ufficiali, documenti d’identità, documenti bancari, assegni, banconote, obbligazioni, certificati, visti, marche da bollo, passaporti etc. Per questa ragione, gli utilizzatori di questi tipi di carte sono\, nella maggior parte dei casi, organizzazioni governative come ad esempio le banche nazionali o gli enti amministrativi.

Le carte valori adottano più diversi dispositivi anti-contraffazione. L’utilizzo di watermarks (marchi in filigrana), fili di sicurezza, trattamenti superficiali, ologrammi, finestre di sicurezza, utilizzo di tecniche di converting come ad esempio la creazione di adesivi etc.

Ogni azienda ha le sue particolari lavorazioni e i suoi brevetti. Le aziende produttrici di carte di sicurezza e carte valori cercano di realizzare il prodotto più innovativo, capace di scongiurare qualsiasi tentativo di contraffazione.

Il laser permette di eseguire alcune lavorazioni tipiche di questo ambito e di contribuire quindi alla realizzazione di finiture anti-contraffazione. La possibilità di eseguire tagli a profondità controllata e di seguire percorsi di lavorazione complessi sono fra le caratteristiche che rendono molto vantaggioso utilizzare laser in questo settore.

Fra le lavorazioni possibili sono il laser kiss cutting, l’incisione laser, la perforazione, e la marcatura laser. Vediamole una per una.

Il laser kiss cutting

Questa lavorazione è molto utilizzata nella produzione di adesivi. Il kiss cutting consiste nell’eseguire dei tagli molto leggeri – kiss cut appunto – su un foglio di carta. A differenza del taglio normale, il kiss cutting non attraversa il foglio. Un’applicazione comune è nella produzione di etichette autoadesive: il kiss cutting permette di ritagliare la sagoma dell’adesivo vero e proprio dalla matrice che può quindi essere facilmente rimossa. È utile pertanto nella produzione di carte valori adesive come ad esempio le marche da bollo e i francobolli.

Incisione laser

L’incisione laser utilizza il laser per creare delle linee di piegatura su un foglio di carta. Il principio di funzionamento è molto simile a quello del laser kiss cutting. Si sfrutta la grande controllabilità dei parametri del laser per decidere la profondità dell’incisione. L’incisione laser può essere utilizza ad esempio per creare delle incisioni sulle carte valori, utili a evitare il riutilizzo di adesivi o francobolli. Grazie alle incisioni, quest’ultimo diventa impossibile da staccare dopo l’utilizzo senza che esso venga distrutto irrimediabilmente.

Perforazione laser

Nella perforazione laser si utilizza il raggio per eseguire dei fori sul materiale. I fori possono avere diametro variabile che può raggiungere anche dimensione microscopica. Una delle applicazioni della perforazione laser può essere ad esempio la creazione di codici alfanumerici indelebili attraverso l’asportazione mirata della carta. I codici così realizzati hanno il vantaggio di essere parte integrante del documento e di essere quindi indelebili. Ne sono un esempio i numeri seriali inseriti sui passaporti.

Marcatura laser

La marcatura laser consiste nell’usare il raggio per rimuovere uno strato superficiale di materiale. Questo strato può avere profondità e configurazioni diverse. Le figure che possono essere incise possono essere diverse: loghi, codici alfanumerici, simboli e figure di vario tipo possono essere impresse in modo indelebile sul documento. Sotto questo punto di vista, la marcatura laser è adatta sia a essere eseguita sulla carta, sia a essere eseguita su documenti in materiale plastico. Un esempio di quest’ultima applicazione sono le carte di identità in plastica.

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I pannelli fonoassorbenti hanno il compito di ridurre o eliminare il disturbo acustico in un determinato ambiente. In genere, i pannelli fonoassorbenti sono utilizzati ovunque l’acustica abbia un’importanza predominante: auditorium, cinema, sale da concerto etc.

Tradizionalmente questi pannelli sono realizzati in materiali porosi. La lana di roccia, il tessuto o il feltro sono i materiali più utilizzati. Il principio di funzionamento è molto semplice. La particolare conformazione porosa di questi materiali accelera il processo di trasformazione dell’energia dell’onda sonora in calore. Il risultato è l’attutimento del suono.

I pannelli fonoassorbenti di questo tipo sono molto economici. Tuttavia hanno qualche difetto. Ad esempio si usurano facilmente. Possono perdere fibre e altre particelle. Per questo tipo di materiali non è adatto a tutte quelle aziende per le quali un ambiente asettico è fondamentale.

Per ovviare a questi difetti già da qualche anno si è diffusa un’alternativa ai pannelli in materiali porosi. Stiamo parlando dei pannelli fonoassorbenti microforati.

La microforatura laser che attutisce il suono

I pannelli fonoassorbenti microforati possono essere realizzati in materiali diversi. Il legno e la plastica sono ottimi materiali isolanti e per questo sono fra i più utilizzati. Tipicamente, un pannello fonoassorbente presenta sulla superficie centinaia di migliaia di fori per metro quadro. Si tratta di fori microscopici il cui diametro, in genere, è di qualche millimetro.

Il funzionamento dei pannelli fonoassorbenti si basa su un principio fisico chiamato risonanza di Helmholtz, grazie al quale è possibile ridurre efficacemente la forza delle onde sonore. Ognuno dei fori presenti sul pannello può essere considerato alla stregua di un microscopico risonatore di Helmholtz. Su un tipico pannello fonoassorbente possono essere presenti più di un milione di fori.

Il principale vantaggio dei pannelli fonoassorbenti microperforati mediante laser è che le prestazioni acustiche del pannello possono essere definite in modo preciso, in base alla frequenza del suono da attutire. Un pannello fonoassorbente da installare in una sala da concerto dovrà attutire delle frequenze diverse rispetto a un pannello realizzato per attutire il rumore di un motore in ambito automotive.

I parametri che determinano quale frequenza sarà assorbita da un pannello sono il diametro, e la profondità dei fori, insieme alla loro densità sulla superficie del pannello. Fori meno profondi assorbono le frequenze più alte. Fori più profondi assorbono le frequenze più basse. Determinando il rapporto fra le dimensioni e la distribuzione dei fori e la frequenza assorbita, è possibile in tal modo creare dei pannelli fonoassorbenti perfettamente calibrati sulla frequenza da attutire.

Sotto questo punto di vista il laser a CO2 è uno strumento ottimale. La programmazione computerizzata permette inoltre di determinare con estrema precisione i parametri dei fori da realizzare, in base alle necessità del pannello. Grazie all’elevata potenza che riesce a canalizzare sulla superficie del materiale, facendone evaporare istantaneamente uno strato sottile, il laser è in grado di realizzare dei fori netti, precisi, senza alcuna sbavatura.

La velocità di esecuzione dipende dalla densità dei fori e dalle loro dimensioni. I parametri da tenere in considerazione sono la distanza dei fori distribuiti in righe e colonne, il numero di righe e colonne da realizzare. Tutti questi parametri determinano la densità dei fori sul pannello. Fori più piccoli e più ravvicinati determinano un maggiore tempo di lavorazione. In media, un pannello fonoassorbente può essere lavorato in circa 10-15 minuti.

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Il settore della moda, della decorazione e del design in generale è noto per essere molto competitivo. Richiede un continuo aggiornamento dei modelli da proporre al pubblico e la ricerca di design sempre nuovi e originali, capaci allo stesso tempo di caratterizzare il produttore e interessare il pubblico. In un settore come questo l’innovazione non risiede tanto nella ricerca dei materiali quanto, piuttosto, nella fantasia dei designer. Ecco perché l’introduzione del laser CO2 come strumento per la decorazione è stata salutata come una grande innovazione nel settore del design. Il laser permette una flessibilità senza precedenti e consente di superare tutte le limitazioni dei mezzi di decorazione precedenti. Nel settore della ceramica e delle piastrelle questo processo si è rivelato molto evidente. L’introduzione del laser ha permesso di innovare profondamente i processi produttivi ma ha anche permesso di dare spazio alla creatività dei designer. Ha, infine, permesso di raggiungere degli standard qualitativi che prima erano irraggiungibili, permettendo allo stesso tempo di risparmiare sui costi.

Il processo di decorazione laser CO2 delle piastrelle è basato sull’ablazione di uno strato superficiale di materiale. Il sistema si compone di 3 componenti fondamentali:

• Una sorgente laser a CO2
• Una testa di scansione
• Un software di controllo

Il laser permette di fare un vero e proprio salto di qualità nelle lavorazioni. Grazie al controllo laser è possibile ottenere sulla ceramica un livello di controllo e dettaglio impossibili da ottenere con i metodi di decorazione tradizionali. Ecco le caratteristiche principali delle lavorazioni:

• • Linee ben definite: il laser permette di ottenere sulla ceramica delle linee perfettamente definite a differenza di quanto accade con i metodi meccanici tradizionali.
  • Angoli molto stretti: le tolleranze rese possibili dai laser sono molto elevate. Questo significa che anche disegni molto complessi possono essere facilmente realizzati
  • Qualità quasi fotografica: regolando adeguatamente i parametri del laser come la potenza e la velocità di spostamento è possibile ottenere una gamma di sfumature molto ampia, permettendo di riprodurre sulla superficie vere e proprie immagini dalla definizione quasi fotografica.

I vantaggi di un sistema basato sul laser riguardano anche il processo produttivo. La versatilità resa possibile dal laser consente di sperimentare e proporre nuovi modelli di design molto velocemente. Grazie al laser, essere all’avanguardia e proporre soluzioni sempre nuove diventa molto facile per un produttore.

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Il modificarsi delle abitudini dei consumatori ha provocato l’aumento della richiesta di prodotti alimentari pronti all’uso. L’avanzamento della tecnologia alimentare ha accompagnato questo processo, rendendo disponibili prodotti dal packaging sempre più sofisticato. I consumatori non si limitano più a semplici buste o contenitori di plastica, ma vogliono contenitori che siano pratici da usare, facili da aprire e che non richiedono l’utilizzo di nessuno strumento aggiuntivo. Tutto questo senza rinunciare alla freschezza dei cibi che è diventata la priorità di un consumatore sempre più esigente e attento alla qualità dei cibi. Basta fare un giro al supermercato per rendersi conto di questo fenomeno. Dalle insalate pronte ai noodles istantanei, la tipologia di imballaggi si è diversificata: e con essa la necessità di realizzare imballaggi personalizzati e con caratteristiche particolari.

La sfida non è certo banale e i metodi tradizionali di trasformazione e finitura degli imballaggi cellulosi e flessibili si rivelano poco adatti ad affrontarla. Da un mercato di massa in cui un imballaggio andava bene per ogni prodotto si è passati a una situazione in cui ogni prodotto richiede il suo imballaggio particolare. In un contesto del genere i mezzi tradizionali di trasformazione sono svantaggiati. Tradizionalmente la lavorazione degli imballaggi è eseguita tramite macchinari meccanici. Strumenti per tagliare, incidere e imprimere sono utilizzati per una produzione di massa. La quantità veniva ottimizzata a scapito delle differenze e caratteristiche particolari che era possibile applicare sull’imballaggio. Si trattava di un processo produttivo poco flessibile che privilegia i grandi numeri e il mercato di massa. Oggi invece il mercato è molto più segmentato e molto più esigente. Il produttore vincente è quello che riesce ad adattarsi meglio alle richieste e a fornire un reale valore aggiunto ai propri servizi. È un vero e proprio cambiamento di paradigma, reso possibili dall’affermarsi dei processi di produzione digitali.

Il laser è il protagonista di questo processo di cambiamento. Questa tecnologia si è affermata negli ultimi anni come uno strumento indispensabile nell’industria della trasformazione degli imballaggi cellulosi e plastici. Strumento agile, accurato, affidabile, il laser è un processo senza contatto che si basa sul controllo software per ottenere la massima precisione nelle lavorazioni.

Il laser è molto versatile: non solo è possibile eseguire le lavorazioni tradizionali in modo più efficiente. Il maggiore vantaggio è nelle lavorazioni che non erano possibili con i mezzi meccanici. Il laser permette di pensare e realizzare qualsiasi personalizzazione negli imballaggi. Sono queste tecnologie ad avere aperto nuove possibilità nel mondo del packaging.

Vediamo quali sono le principali lavorazioni possibili con il laser:

Incisione laser

L’incisione laser consiste nell’ incidere uno strato superficiale di materiale plastico. Questa tecnica è ideale per realizzare sacchetti con apertura “easy opening”. I sacchetti easy opening sono quelli in cui l’apertura è incisa, al consumatore basta tirare un poco per aprire. Questa lavorazione sarebbe molto difficile da ottenere e costosa con i metodi tradizionali. Grazie al software di controllo del laser è possibili settare con precisione i parametri del laser in modo da ottenere un taglio della profondità voluta.

Microperforazione laser

La micro perforazione laser consiste nell’eseguire dei fori molto piccoli su una pellicola plastica. La microperforazione si usa negli imballaggi degli alimenti in atmosfera controllata. La microperforazione laser consente di ottenere dei fori della dimensione voluta. I fori sono cioè della dimensione giusta per garantire un corretto scambio di gas fra l’interno e l’esterno e allungare quindi la durata e la freschezza di questi prodotti. I metodi tradizionali di microperforazione non permettevano di controllare questo processo accuratamente. Grazie al laser è possibile fare dei fori della dimensione desiderata cioè adatti al prodotto da confezionare.

Taglio laser

Il taglio laser consiste nell’usare il laser per tagliare un materiale plastico da parte a parte. Il taglio laser è adatto per creare dettagli molto precisi anche di piccole dimensioni. Fori per filtrare, contenitori plastica con forme o aperture particolari, possono essere realizzati facilmente e velocemente grazie al taglio laser. I mezzi meccanici di taglio tradizionali non permettevano di eseguire tagli complessi o di grande precisione.

Uno strumento flessibile e facilmente integrabile

Le caratteristiche del laser hanno rivoluzionato il modo di intendere il packaging. Le operazioni di finitura possibili si sono moltiplicate all’infinito. Grazie al laser è possibile aderire perfettamente alle richieste del cliente, fornendo prodotti dal reale valore aggiunto. Queste caratteristiche mettono un produttore in grado di vincere le sfide più attuali. Tutto questo con il minimo sforzo: per installare un sistema laser El.En. non è necessario rivoluzionare le linee esistenti. i nostri laser a CO2 sono compatti e facilmente modulabili per tutte le esigenze, il laser può essere facilmente inserito in sistemi adattandosi molto facilmente alle caratteristiche esistenti. Nessun sistema meccanico potrà mai essere veloce quanto il laser. Anzi, inserire un laser nella propria linea produttiva permette di evitare i colli di bottiglia che spesso sono rappresentati dal processo di finitura.

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Una delle caratteristiche del laser CO2 è che ha permesso di eseguire lavorazioni che, in precedenza erano impossibili da eseguire. A causa di questa limitazione tecnica era anche limitato il numero di prodotti che era possibile offrire.

L’avvento del laser ha tuttavia introdotto nuove possibilità che, a loro volta, sono state sfruttate per soddisfare la domanda del mercato. Una di queste applicazioni è, ad esempio, la microperforazione laser delle pellicole di plastica che si è rivelata molto utile per il confezionamento di prodotti freschi da distribuire tramite GDO.

Sacchetti microperforati con il laser per il packaging dei prodotti freschi

La microperforazione laser consiste nel realizzare dei fori microscopici su di un materiale. Per fare questo si utilizza un laser CO2 azionato in modalità pulsata. A differenza della modalità continua, la modalità pulsata consiste nell’inviare lampi di luce laser ad altissima intensità e dalla durata brevissima sul materiale da trattare. Il risultato che si ottiene sono dei fori microscopici distribuiti uniformemente sul materiale da trattare.

I motivi per realizzare una lavorazione di questo tipo possono essere molteplici. Molto spesso i prodotti realizzati sono membrane che hanno il compito di regolare gli scambi di sostanze tra un interno e un esterno.

Nel settore dei tabacchi, ad esempio, la microperforazione laser è usata per produrre filtri delle sigarette: l laser permette di realizzare sulla carta dei microfori della dimensione voluta. L’aspetto interessante è che il laser permette di scegliere con precisione la dimensione dei fori che si vogliono produrre: in questo modo è possibile realizzare dei filtri ad hoc calibrati sulla dimensione delle particelle che si vogliono filtrare.

Ma l’applicazione in cui la microperforazione laser ha trovato largo impiego è il settore del packaging dei prodotti freschi. L’aumentare della domanda di frutta e verdura già pronta all’uso, distribuita tramite GDO, ha portato alla messa a punto di nuove strategie per assicurare la freschezza dei prodotti. Una di questo è il confezionamento in atmosfera controllata, una tecnica che permette di prolungare notevolmente la shelf life di questi prodotti.

La microperforazione laser ha permesso di ottimizzare la conservazione di questi prodotti, permettendo di realizzare confezione ottimizzate sul prodotto da confezionare.

Obiettivo: migliorare la traspirabilità delle buste di plastica

Nella maggioranza dei casi il packaging dei prodotti freschi confezionati in atmosfera controllata consiste in sacchetti in plastica. Queste buste consentono un isolamento ottimale dei prodotti e li sigillano perfettamente dalle contaminazioni esterne di muffe o batteri.

C’è però uno svantaggio: la traspirabilità di questi materiali. La pellicola di plastica è un materiale che limita molto gli scambi di gas con l’esterno. Per la corretta conservazione dei prodotti freschi questo è uno svantaggio notevole. I prodotti freschi sono infatti soggetti a cambiamenti metabolici: respirano, scambiano gas con l’esterno, producono gas a partire da processi chimici che si svolgono al loro interno.

Affinché la durata del prodotto sia ottimale è necessario che avvenga un continuo scambio di gas, in particolare ossigeno e anidride carbonica, con l’esterno e si mantenga quindi il giusto equilibrio di gas. Per questo le buste possono essere forate in modo da favorire un corretto passaggio di gas. Questo passaggio però è diverso da prodotto a prodotto: per questo motivo deve essere ben calibrato sulla busta da confezionare. Proprio questo aspetto è difficile da ottenere con i tradizionali metodi di foratura.

La microperforazione delle buste di plastica

Tradizionalmente, la perforazione delle buste in plastica si ottiene in due modi, entrambi meccanici:

• aghi caldi o freddi: la pellicola plastica viene forata tramite aghi caldi o freddi. Questo processo, sebbene poco costoso è lento. Inoltre, i fori realizzati hanno un diametro maggiore e possono lasciare passare agenti contaminanti come le spore e le muffe. Non è quindi adatto per prodotti sensibili alla contaminazione o che hanno bisogno di un moderato scambio di gas con l’esterno.
• scariche elettriche: mediante scariche elettriche prodotte da due elettrodi vengono realizzati dei fori sulla pellicola plastica. Il processo, seppure più veloce rispetto al precedente, è poco controllabile. Non è possibile controllare facilmente i parametri dei fori. Risulta quindi inadatto per quei prodotti che hanno bisogno di uno scambio di gas molto controllato.

Microperforazione laser: la precisione al servizio del prodotto

Lo strumento che permette i risultati migliori nella microperforazione delle buste in plastica si è rivelato essere il laser CO2. Tramite la microperforazione con il laser CO2 si può controllare con molta precisione il processo di perforazione e ottenere i risultati ottimali.

Il laser CO2 viene assorbito molto bene dalla maggior parte dei polimeri e dalle termoplastiche: grazie al controllo di un software è possibile impostare i parametri per ottenere fori della dimensione e densità richiesta a garantire un passaggio di gas ottimale.

Una macchina per la microperforazione laser consente quindi di ottenere questi vantaggi:

• Flessibilità. I sistemi basati sulla lavorazione laser permettono di intervenire in tempo reale sul processo. I sistemi laser sono infatti gestiti tramite un software di controllo che permette di modificare i parametri della lavorazione. Semplicemente modificando i parametri del laser è possibile variare il tipo di fori che è possibile ottenere. Diventa così possibile variare molto velocemente il tipo di lavorazione per adattarlo al contenuto.
• Risparmio di risorse. Con il laser diviene quindi possibile definire il numero di fori più adatto a definire la traspirazione ideale per il prodotto confezionato. In questo modo, ad esempio, non è più necessario tenere grandi scorte di pellicola ma è possibile scegliere un solo tipo di pellicola e migliorarne la traspirabilità creando i fori adatti tramite microperforazione laser.
• Uniformità dei risultati. A differenza dei mezzi meccanici, il laser permette di ottenere una grande uniformità dei risultati. Tramite controllo software è possibile definire con estrema precisione forma, dimensione e densità dei fori e ottenere gli stessi risultati un numero infinito di volte.
• Velocità del processo. Tutte le lavorazioni laser sono dei processi non a contatto. Questa caratteristica gli permette di raggiungere la massima velocità di lavorazione eseguibile. In pochi minuti è possibile eseguire la microperforazione di decine di metri di pellicola plastica.

Si capisce come la microperforazione laser sia perfetta per il confezionamento dei prodotti freschi. La possibilità di definire con precisione le caratteristiche dei fori permette di realizzare un confezionamento ottimale, e portare sullo scaffale dei supermercati, e quindi sulla tavola dei consumatori, prodotti più freschi e naturali.

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La sensibilizzazione nei confronti dell’ambiente che si è sviluppata negli ultimi anni ha portato a una costante attenzione per l’impatto ambientale dei prodotti. A tutti i livelli si è cercato di ottimizzare l’impiego delle risorse, dei materiali e delle materie prime in vista di una produzione ecologica. Nel settore del packaging questo è consistito in una riduzione degli imballaggi: scatole, carte di rivestimento e altri materiali vengono sostituiti da alternative biodegradabili o vengono eliminati del tutto, come è accaduto nel caso delle etichette. Source

Stiamo parlando del “natural branding” una tendenza sempre più diffusa nel packaging dei prodotti freschi ortofrutticoli. L’applicazione consiste nel sostituire le etichette, tradizionalmente applicate sui prodotti, con la marcatura a laser a CO2: codici di tracciabilità, loghi del produttore, date di scadenza, tutte informazioni che solitamente erano stampate su etichette cartacee possono facilmente essere sostituite da questa nuova applicazione.

I vantaggi di questo sistema di etichettatura sono evidenti: consumo energetico ridotto, riduzione delle materie inquinanti e alta velocità di esecuzione lo rendono rispettoso per l’ambiente e ideale per le aziende che vogliono ottimizzare le risorse e ridurre il loro impatto ambientale.

Ma come funziona il processo di etichettatura dei prodotti freschi con il laser a CO2?

Il processo di marcatura laser dei cibi

L’etichettatura laser sui prodotti freschi viene eseguita tramite un normale processo di marcatura a laser a CO2. La marcatura al laser si è rivelata molto efficiente per materiali organici come il legno o la pelle; le applicazioni sui cibi non sono da meno.

Nei processi di marcatura dei materiali organici viene sfruttata l’energia del laser per realizzare delle incisioni superficiali sul prodotto.

Un tipico sistema di marcatura laser della frutta è composto da una testa di scansione, da una sorgente laser CO2 a bassa potenza e da un computer con il software di controllo.

La testa di scansione è costituita da 2 motori galvanometrici e due specchi in berillio e da un attuatore lineare che varia dinamicamente la lunghezza focale dell’obiettivo. Il compito di questo dispositivo è deflettere il raggio laser e mantenerlo sempre perfettamente a fuoco sulla superficie da lavorare.

Questi componenti sono controllati da un software nel quale sono inseriti i parametri della marcatura da eseguire sulla superficie. Il software controlla la testa di scansione e la sorgente laser, regolando in questo modo velocità, posizione e intensità della potenza. La variazioni di questi tre parametri è alla base della grande varietà di applicazioni della marcatura al laser CO2.

Un sistema di questo tipo è molto flessibile e può facilmente essere integrato in linee di produzione già esistenti e a vari livelli: impressione di codici di tracciabilità o di date di scadenza, impressione del logo del produttore, personalizzazioni di vario tipo etc.

L’etichettatura tramite marcatura laser CO2 è adatta a ogni tipo di frutta e verdura. Tuttavia i migliori risultati si ottengono con la frutta e gli ortaggi dalla buccia sottile (pomodori, mele, agrumi, zucchine etc.) o legnosa (noci, castagne, noci di cocco, zucche etc.).

I vantaggi dell’etichettatura dei prodotti freschi con il laser a CO2 sono numerosi:

• Minimo consumo di energia. I sistemi laser a CO2 assorbono quantità di energia davvero minime.
• Nessun consumo di plastica, carta o colla. Nell’etichettatura laser dei cibi le etichette sono sostituite dalla marcatura laser. L’impatto ambientale è ridotto al minimo.
• Igiene. Se i prodotti vengono marcati dal laser non entrano in contatto con collanti di nessun tipo o con altri materiali estranei. In questo modo la qualità dei prodotti viene garantita.
• Alta produttività. Il processo di marcatura laser è molto veloce. La velocità dipende dal tipo di immagine da imprimere. In ogni caso si va da qualche frazione di secondo per i codici alfanumerici a qualche decina di secondi per le immagini più complesse.

Zucche marcate con il laser (source)

Da quanto detto, dovrebbe apparire evidente perché si parla di natural branding. Le fasi di etichettatura dei prodotti naturali vengono rese meno inquinanti. La marcatura laser è ideale quindi per le linee di produzione di prodotti ortofrutticoli biologici o organici, in quanto consente di ridurre ulteriormente il loro impatto ambientale.

Un caso di studio: marcatura dei codici di tracciabilità delle mele

Ma come può essere applicata a un caso concreto l’etichettatura con il laser a CO2? Vediamo un caso concreto sperimentato da El.En.

Si tratta di un sistema dinamico di marcatura dei codici di tracciabilità integrato in una linea di selezione e cernita delle mele.

Il sistema è composto da una testa di scansione, da una sorgente laser CO2 a bassa potenza con lunghezza d’onda di 10.6 micrometri e da un software che gestisce il processo. Il sistema di marcatura è integrato nella preesistente macchina ed è adatta per eseguire la marcatura in movimento.

Il sistema è in grado di determinare la posizione e la velocità di ogni mela posta sul nastro e sincronizzare così il comportamento del raggio al passaggio delle mele da marcare.

Il sistema si è rivelato estremamente veloce permettendo di marcare 6 mele al secondo. Questa velocità dipende tuttavia dal tipo di segno da marcare. Nel caso di codici o disegni complessi la velocità può essere più bassa.

I consumi di una tale applicazione sono estremamente contenuti: la sorgente laser utilizzata per l’applicazione assorbe solo 0,3 kW. Un sistema di questo tipo può essere facilmente adattato a qualsiasi tipo di frutta e verdura fresca ma anche ad altri tipi di cibi che necessitano di un processo di marcatura superficiale rapido.

Logo applicato sulle mele tramite marcatura laser CO2 (Source)

Un processo sicuro che non modifica in alcun modo la frutta

L’etichettatura laser è un processo sicuro. La marcatura riguarda lo strato superficiale dei prodotti freschi; tutte le proprietà organolettiche dei prodotti vengono rispettate e non subiscono nessuna modifica nel sapore, nel colore o nell’odore. Diversi studi scientifici hanno inoltre evidenziato che la marcatura laser non diminuisce in alcun modo la durata dei prodotti. L’etichettatura laser dei prodotti freschi è un mondo tutto da esplorare. Le possibilità sono infinite e permettono di avere un notevole risparmio di risorse: questo aspetto lo rende un processo perfettamente ecologico.

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