Jedná se o jedny z nejstarších plynových laserů, které v 60. letech 20. století vyvinul indický fyzik Kumar Patel. Tyto lasery se s úspěchem začaly využívat téměř ve všech lidských oborech. Můžeme se s nimi setkat na operačních sálech, v kosmetických salónech, v armádě, v geodézii, najdeme jej na výrobcích pro reklamní propagaci, případně ve výrobním průmyslu (strojírenství, potravinářství, farmacie a automotive) v podobě svařovacích, řezacích či značících laserů.
Vlnové délky CO2 laserů
Jejich vlnová délka činí standardně 10,6 µm (mikron = 0,000 001 metru). CO2 laser, jak už název napovídá, je založen na zdroji záření (skleněné trubici – obdoba žárovky) naplněné směsí několika plynů v různém poměru. Především jde o oxid uhličitý (CO2) , díky tomu mu říkáme CO2 laser, dusík (N2), vodík (H2) a helium (He). Ke koherentnímu záření dochází pouze v molekulách CO2, ostatní plyny pouze zlepšují podmínky a další parametry. Kromě zmíněné vlnové délky 10,6 µm se lze setkat také s vlnovými délkami 9,3 µm a 10,2 µm. Možná vás napadne otázka: ,,Proč se lasery vyrábějí s různými vlnovými délkami?“ Důvod je prostý, a to reakce se značeným materiálem. Například laser 9,3 µm se s oblibou využívá pro značení PET lahví, především proto, že do PET materiálu negravíruje, tedy neubírá/neodpařuje a neoslabuje obal produktu, ale naopak jej napění, čímž nedochází k oslabení materiálu.
Rozdělení vlnových délek a jejich využití je tedy následující:
- 9,3 µm – především pro značení PET lahví, tato vlnová délka plast napěňuje
- 10,2 µm – pro značení fólií a různých tenkých vrstev
- 10,6 µm – nejrozšířenější lasery pro značení především organických materiálů
Jejich využití v oblasti organických i neorganických materiálů
CO2 lasery se využívají pro značení dřeva, papíru, kůže, skla, textilu nebo plastu. V případě značení do dřeva, hovoříme spíše o jeho gravírování. Jedná se o způsob, kdy působením laseru na povrchu materiálu dochází k jeho ablaci – odpaření nebo chceme-li odtavování. Výsledkem jsou kouřové zplodiny, které následně zachytáváme odsávacím zařízením. Více tuto problematiku budeme probírat v kapitole o odsávacích zařízení. Zde platí přímá úměra, že čím delší je čas značení, tím je zpravidla značení hlubší a tím více zplodin takové značení vyprodukuje. Níže je příklad kontinuálního značení do poměrně tvrdého dřeva v rychlosti asi 20 m/min 80W laserem. Zde je také nutné podotknout, že každé dřevo reaguje jinak. Tvrdé dřevo většinou neoznačíme tak kontrastně, naproti tomu značit překližku je vždy radost, protože ta reaguje velmi dobře a kontrastně.
U značení skla jde většinou o ,,vypraskání“ skla v místě, kde došlo ke kontaktu laserového paprsku se značeným předmětem. Při takovémto značení nedochází k produkci zplodin , ale k produkci ,,skelného“ prachu způsobeného právě vypraskáním skla v místě značení. Pro značení skla raději používáme UV lasery, kde je povrch značení mnohem podobnější pískování. Více se dozvíte v příspěvku o UV laserech. Nicméně CO2 laser má ve značení skla jednu nespornou výhodu a to sice, že je extrémně rychlý. Často jej tak najdeme v aplikacích v FMCG průmyslu, zejména v pivovarech, sodovkárnách apod., kde se buďto značí na etiketu, a nebo přímo na produkt. Jak takové značení na produkt může vypadat, je vidět na obrázku níže.
I v ostatních případech uvedených materiálů dochází spíše ke gravírování, ať už máme na mysli vyznačení šarže na PET lahev, datum spotřeby na papírovou etiketu, vyznačení loga na čerstvě upečený chléb nebo vyznačení jména na pivní sklenici jako propagační předmět.
Jdete-li si do butiku koupit nové roztrhané džíny, tak vězte, že i tyto džíny prošly působením CO2 laseru. Stejně tak jako další případné módní doplňky jako kožený pásek, kabelka či dřevěný motýlek. Tato zdánlivě nenápadná technologie je propsaná ve všech našich dennodenních činnostech a na věcech denní spotřeby.
Mimo značení na primární či sekundární obal se také značí na produkt přímo. Setkáváme se například s laserovým značením chleba, např. logem výrobce, čímž se jednotlivé chleby v regálu od sebe odliší. V minulosti jsme řešili také značení zeleniny (okurek) a ovoce. Zde je však nutné říct, že laser částečně naruší slupku (ochrannou bariéru) ovoce, které může v tomto místě začít nahnívat. Je nutné velmi dobře nastavit parametry laserového značení, aby právě ke hnití nedocházelo.
Další z možností, jak využívat CO2 lasery, nemusí být jen pro značení, ale dá se také využít energie laserového paprsku k odtavení různých plastových částí produktů. Mluvíme zde zejména od odpálení vtoků například u vstřikolisu. Odpálení vtoku laserem má určité výhody, například to, že tento proces je bezdotykový. Na rozdíl od uštípnutí pneumatickými nůžkami je okolí řezu zatavené, tzn. nejsou zde ostré hrany, což šetří náklady na další opracování produktu. Jak takový proces probíhá lze vidět na sérii fotografií níže, kde jsme realizovali ořez víčka plastové konvičky.
Cenová i výrobní efektivita CO2 laserů
Ve společnosti LIFTEC máme mnohaleté zkušenosti s realizacemi a různými instalacemi CO2 laserů v České a Slovenské republice. A to v různých odvětvích průmyslu od automotive až po FMCG. Použitím těchto laserů ve výrobě můžete výrazně snížit ekologickou zátěž a zvýšit cenovou i výrobní efektivitu, která je spojena s dosavadními způsoby značení, jako je lepení etiket či inkoustový tisk. Obě tyto technologie umí CO2 laser velmi snadno nahradit. Dokáže značit jak za pohybu, tak i krokově. Navíc lze v případě výsledného značení hovořit o trvalém značení, nikoliv o etiketě či inkoustu, který můžeme smýt ředidlem či jednoduše odlepit. Zároveň nasazením CO2 laserů dokážete prokazatelně snížit provozní náklady. CO2 lasery jsou jedny z nejpoužívanějších laserů v FMCG vůbec. Často nahrazují kontinuální inkoustové tiskárny z důvodu nižších provozních nákladů. V minulosti jsme zejména v FMCG průmyslu naráželi na fakt, že lasery, jako elektronická zařízení produkující teplo, potřebovaly ke své správné funkci přívod čerstvého vzduchu. To ale znamenalo, že vzhledem k otvorům po bocích laserů, určeným k chlazení a nasávání takového vzduchu, nesplňovaly potřebné krytí IP. Aktuálně disponujeme lasery Macsa / Abmark s krytováním od IP 31 až po IP 65 s nejrůznějšími možnostmi chlazení do všech možných provozů. Tento fakt ocení zejména firmy pracující v nápojářském segmentu, kde dochází k časté sanitaci linek a krytí IP 65 je tudíž nezbytné pro nasazení v takových provozech.