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激光噴碼與食品安全

發(fā)布日期:2019-07-16  華人噴碼網(wǎng)  來(lái)源:食品與生命科學(xué)
核心提示近年來(lái),隨著一系列食品安全事件的發(fā)生,食品安全問題越來(lái)越受到人們關(guān)注,并一度成為百姓談之色變的話題。出現(xiàn)食品安全問題的原因很多,有一部分是因?yàn)槭称钒b上的油墨噴碼造成的,這不僅會(huì)產(chǎn)生污染,危害人們的身
近年來(lái),隨著一系列食品安全事件的發(fā)生,食品安全問題越來(lái)越受到人們關(guān)注,并一度成為百姓談之色變的話題。出現(xiàn)食品安全問題的原因很多,有一部分是因?yàn)槭称钒b上的油墨噴碼造成的,這不僅會(huì)產(chǎn)生污染,危害人們的身體健康;還會(huì)因?yàn)橐淄扛亩鴮?dǎo)致制假售假問題。
針對(duì)以上問題,目前越來(lái)越多的食品生產(chǎn)商開始在包裝上采用激光噴碼技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)的油墨噴碼。利用激光對(duì)食品包裝進(jìn)行標(biāo)記,不僅快速清晰,且標(biāo)記信息永久不可擦除,徹底杜絕了人為涂改標(biāo)識(shí)信息的隱患,無(wú)疑為食品安全添加了又一重保障。此外激光噴碼設(shè)備無(wú)耗材、免維護(hù)、設(shè)備使用周期長(zhǎng),從長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)性考慮更有利于企業(yè)的投資回報(bào)。
激光打碼技術(shù)
激光打標(biāo)技術(shù)是用激光束在各種不同的物質(zhì)表面打上永久的標(biāo)記。打標(biāo)的效應(yīng)是通過表層物質(zhì)的蒸發(fā)露出深層物質(zhì),或者是通過光能導(dǎo)致表層物質(zhì)的化學(xué)物理變化而“刻”出痕跡,或者是通過光能燒掉部分物質(zhì),顯出所需刻蝕的圖案、文字。目前主要有“熱加工”和“冷加工”兩種打標(biāo)方式:
“熱加工”具有較高能量密度的激光束(它是集中的能量流),照射在被加工材料表面上,材料表面吸收激光能量,在照射區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生熱激發(fā)過程,從而使材料表面(或涂層)溫度上升,產(chǎn)生變態(tài)、熔融、燒蝕、蒸發(fā)等現(xiàn)象。
“冷加工”具有很高負(fù)荷能量的(紫外)光子,能夠打斷材料(特別是有機(jī)材料)或周圍介質(zhì)內(nèi)的化學(xué)鍵,至使材料發(fā)生非熱過程破壞。這種冷加工在激光標(biāo)記加工中具有特殊的意義,因?yàn)樗皇菬釤g,而是不產(chǎn)生"熱損傷" 副作用的、打斷化學(xué)鍵的冷剝離,因而對(duì)被加工表面的里層和附近區(qū)域不產(chǎn)生加熱或熱變形等作用。
激光器實(shí)質(zhì)是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能的裝置,壽命可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)小時(shí),無(wú)需消耗任何輔料或者耗材。相對(duì)于油墨噴碼機(jī),幾乎是無(wú)耗材免維護(hù)的設(shè)備。經(jīng)過聚焦之后的光斑通常在0.03mm~0.1mm,因此可以標(biāo)記出極細(xì)的字符或者圖案。比如光纖打標(biāo)機(jī)標(biāo)刻最小字符達(dá)到0.2mm。無(wú)論是采用“熱加工”還是“冷加工”工藝,激光打標(biāo)本質(zhì)上是一種破壞性“去除”加工,一旦對(duì)材料進(jìn)行了“去除”加工即無(wú)法再恢復(fù),不像油墨是“增量”式加工,可以被人為擦拭掉。此外,油墨因含有鉛等重金屬有毒元素,在食品藥品等行業(yè)是使用大忌,而激光加工則不帶來(lái)任何物質(zhì),不會(huì)產(chǎn)生有害元素,屬于無(wú)毒且近乎零排放的加工設(shè)備。
選擇合適的激光噴碼機(jī)
激光器、振鏡、控制器是激光噴碼設(shè)備的核心三大件。
由于激光器的種類繁多,食品包裝所用的材料也很多,不同激光在不同材料上會(huì)表現(xiàn)出不同的標(biāo)刻效果。因此,選擇一臺(tái)合適的激光噴碼機(jī),對(duì)食品生產(chǎn)企業(yè)至關(guān)重要。目前在激光噴碼行業(yè)應(yīng)用較多的有CO2激光噴碼機(jī)以及光纖激光噴碼機(jī),區(qū)別主要是激光器的不同。
CO2激光器輸出激光波長(zhǎng)為9.3~10.6微米,功率從10W到60W不等,主要用于非金屬打標(biāo)。光纖激光器輸出激光波長(zhǎng)為1064納米,功率從10W到50W不等,主要用于金屬或部分塑料材料打標(biāo)。
此外,目前綠激光打標(biāo)和紫外打標(biāo)正逐漸興起,在某些材料上可以得到更好的標(biāo)記效果。下面介紹幾種典型的應(yīng)用供參考:
◆ 礦泉水瓶打標(biāo)
塑料瓶打標(biāo)為“熱加工”工藝。礦泉水瓶或者食用油瓶身材料主要為PET,采用CO2激光打標(biāo)可以得到較好的標(biāo)記效果。此外,不同波段激光器可以打出不同的效果。如果瓶身材料較厚,可采用10.6微米波長(zhǎng)的CO2激光器,打出比較通透的字體。如果瓶身材料較薄,可采用9.3微米的激光器,打出比較白的字體效果。由于PET材料對(duì)CO2 激光的吸收較好,采用30W 激光器即可輕松打上痕跡,生產(chǎn)效率可達(dá)到40,000瓶/小時(shí)。
◆ 紙盒打標(biāo)
紙盒打標(biāo)也為“熱加工”工藝。紙盒根據(jù)顏色可分為兩種,深色紙盒可采用光纖或者CO2激光進(jìn)行打標(biāo),淺色紙盒則只能用CO2激光進(jìn)行打標(biāo)。由于淺色(白色)紙質(zhì)材料對(duì)光纖的吸收較差,光纖激光很難在白紙上打出痕跡,即使打出來(lái)速度也不快,效果也不會(huì)好。采用CO2激光加工主要是利用CO2的熱能對(duì)紙質(zhì)材料進(jìn)行碳化處理,形成深色痕跡和圖案。而深色(黑色)材料對(duì)光纖激光吸收較好,深色紙盒由于表層為黑色涂層,內(nèi)部為白色或者淺色紙張,采用光纖對(duì)黑色表層進(jìn)行打標(biāo)去除,露出里層淺色痕跡形成圖案。
◆ 塑料包裝袋打標(biāo)
塑料包裝袋或者盒子的材料種類較多,有PET、PC、HDPE、PE、PP、ABS和PBT等。通常如果包裝袋較厚均可用CO2激光進(jìn)行打標(biāo),CO2激光打標(biāo)的不良反應(yīng)是熱量較高,容易灼穿袋子或者使包裝袋局部變形影響外觀。如果包裝袋子需打標(biāo)的地方顏色較深,可采用光纖激光進(jìn)行打標(biāo),原理同深色紙盒打標(biāo)。如果包裝袋子比較薄,打標(biāo)位置顏色又較淺,則采用紫外(UV)激光打標(biāo)可能是更好的選擇。此外,部分材料如HDPE、PE、PP 等白色材料對(duì)光纖激光不吸收,采用CO2 激光則容易灼傷,采用綠光或者紫外激光是比較好的打標(biāo)方式。
礦泉水瓶瓶身材料主要為PET,采用CO2激光打標(biāo)可以得到較好的標(biāo)記效果。
除了上述的不同材料需選擇不同的激光器進(jìn)行加工,食品廠家還需要根據(jù)自己的產(chǎn)線產(chǎn)能來(lái)進(jìn)行激光噴碼設(shè)備配置。目前國(guó)內(nèi)激光噴碼設(shè)備生產(chǎn)廠家較多,產(chǎn)品品質(zhì)也良莠不齊。如果客戶盲目選擇一臺(tái)便宜的激光噴碼設(shè)備,很可能貪小便宜而吃大虧。因?yàn)槌思す馄?,激光噴碼設(shè)備還有一個(gè)重要的組成部分是打標(biāo)頭,激光行業(yè)內(nèi)專業(yè)的術(shù)語(yǔ)叫振鏡頭。打標(biāo)頭是一個(gè)運(yùn)動(dòng)模塊,由一對(duì)響應(yīng)極快速的電機(jī)帶動(dòng)兩片反射鏡片進(jìn)行激光的軌跡控制。打標(biāo)頭的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性對(duì)激光噴碼設(shè)備的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性起到了關(guān)鍵作用。
目前,振鏡技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展極不平衡,國(guó)產(chǎn)振鏡價(jià)格便宜但速度較慢,且穩(wěn)定性不及進(jìn)口。由于激光噴碼設(shè)備主要用于流水線生產(chǎn),一旦設(shè)備出現(xiàn)問題將導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)線停工,影響極大。出于穩(wěn)定生產(chǎn)的角度,更多的知名品牌均選用了進(jìn)口振鏡作為激光噴碼設(shè)備的核心配置。此外,像礦泉水以及香煙等生產(chǎn)線產(chǎn)品體積小,流水線運(yùn)轉(zhuǎn)速度極快,進(jìn)口振鏡在速度性能上更能滿足產(chǎn)能需求。
此外,激光噴碼設(shè)備還有一個(gè)重要的模塊為控制系統(tǒng)??刂葡到y(tǒng)是整臺(tái)設(shè)備的大腦,一個(gè)性能優(yōu)良操作簡(jiǎn)單工作穩(wěn)定的控制系統(tǒng)決定了整臺(tái)設(shè)備的檔次。目前很多激光噴碼設(shè)備采用普通PC 機(jī)作為控制器載體,并非是一個(gè)好的選擇,因?yàn)樵谏a(chǎn)惡劣的工廠現(xiàn)場(chǎng),普通PC 機(jī)很容易罷工。比如在礦泉水或者酒類飲料生產(chǎn)線上,地面經(jīng)常有水或者飲料液體,普通PC 電腦既不防塵也不防潮,抗震性也較差,比較容易出現(xiàn)問題。
國(guó)內(nèi)一些激光設(shè)備廠商為圖便宜采用了性能及穩(wěn)定性較差的控制主板,也容易導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行效率低下或者出現(xiàn)故障。根據(jù)筆者多年的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),采用全封閉式無(wú)風(fēng)扇散熱的嵌入式控制器較為適合食品生產(chǎn)線使用,配備工業(yè)觸摸顯示屏,簡(jiǎn)單直觀的人機(jī)操作界面,更有利于產(chǎn)線上工人的使用和操作??刂栖浖詈媚芫邆浞旨?jí)控制管理功能,使用者、設(shè)計(jì)師、管理員具備不同的設(shè)備操作權(quán)限,可有效避免使用者亂動(dòng)設(shè)備導(dǎo)致的生產(chǎn)事故。
激光噴碼技術(shù)的問題
激光噴碼技術(shù)作為替代油墨噴碼的工業(yè)應(yīng)用雖已經(jīng)興起數(shù)年,但目前仍然存在部分障礙使其難以普及??偨Y(jié)主要有如下問題:
1)激光設(shè)備相比于傳統(tǒng)油墨噴碼等標(biāo)記類設(shè)備成本普遍較高。激光設(shè)備根據(jù)配置不同銷售價(jià)格往往是數(shù)十萬(wàn)到幾十萬(wàn),相對(duì)于油墨噴碼設(shè)備的價(jià)格要高出幾倍,企業(yè)購(gòu)置設(shè)備一次性投入較大。隨著激光技術(shù)的發(fā)展以及成本逐年降低,相信激光噴碼設(shè)備價(jià)格很快會(huì)逐漸降低到客戶可接受的范圍。另外,激光設(shè)備基本為一次性投入,無(wú)后繼的耗材消耗以及高額的維護(hù)成本。而油墨噴碼設(shè)備除了買設(shè)備花錢外,每年還需花費(fèi)數(shù)額可觀的油墨、稀釋劑等耗材費(fèi)用,油墨噴頭容易被堵,需要經(jīng)常性的維護(hù)修理。
2)部分包裝材料用激光噴碼打不出好的效果。比如白色紙質(zhì)材料或者透明PE 塑料薄膜材料,采用激光打標(biāo)很難得到顏色對(duì)比清晰的效果,這部分需要激光工藝技術(shù)持續(xù)研發(fā),比如研究出更多特種的激光器來(lái)。有些客戶產(chǎn)品的包裝材料種類較多,可能需要根據(jù)材料不斷的切換激光噴碼設(shè)備,這在使用的方便性上打了折扣。
3)目前國(guó)內(nèi)知名的激光設(shè)備類生產(chǎn)廠家以生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型為主,主要用于單機(jī)加工,而食品類生產(chǎn)企業(yè)多為定制型生產(chǎn)線或自動(dòng)化流水線,對(duì)于激光噴碼設(shè)備的需求也要求配套靈活,方便定制,快速對(duì)接。這要求激光設(shè)備生產(chǎn)商們能具備更快速靈活的響應(yīng)能力,產(chǎn)品有較好的模塊化設(shè)計(jì),有非標(biāo)定制的研發(fā)實(shí)力。隨著機(jī)器替人的呼聲越來(lái)越大,自動(dòng)化以及機(jī)器人技術(shù)的迅速普及,越來(lái)越多的激光設(shè)備生產(chǎn)商開始將目光投向激光在線噴碼領(lǐng)域。
被譽(yù)為史上最嚴(yán)的新版《食品安全法》將于今年10月起實(shí)施。其中規(guī)定,國(guó)家將建立食品全程追溯制度。通過在食品包裝上標(biāo)刻序列號(hào)或條碼等標(biāo)識(shí),即可賦予食品唯一的“身份證”,這種永久性“身份證”可追溯每個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的所有關(guān)鍵信息,并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)后期產(chǎn)品的追蹤,以此來(lái)分析產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的問題所在,有效實(shí)現(xiàn)防偽防竄和快速召回。用激光進(jìn)行打條碼或者二維碼,已在很多食品公司逐步開始應(yīng)用。
由于激光控制系統(tǒng)的強(qiáng)大功能,采用激光進(jìn)行打碼不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成條碼或者二維碼,還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跳號(hào),與客戶數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接等功能,更可以方便接入物聯(lián)網(wǎng),不僅實(shí)現(xiàn)從零件到產(chǎn)品的全面品質(zhì)追蹤,更可實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品到終端用戶的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接。一臺(tái)激光噴碼設(shè)備既可為一臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備,也可為一臺(tái)帶IP 地址的網(wǎng)絡(luò)終端,不僅可以連接到自動(dòng)化的生產(chǎn)線,也可以連接到通向大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)。毫無(wú)疑問,激光噴碼技術(shù)將在未來(lái)的食品安全中起到舉足輕重的作用。 
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