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ALasKa: gepulste Lasertechnologie für die Verarbeitung von Papier und Karton

Aktuell ist in der Papier- und Verpackungsindustrie ein deutlicher Individualisierungstrend zu verzeichnen. Auch die Entwicklung neuer Hightech-Materialien wie Nanowellpappe schreitet voran. Um den neuen Entwicklungen zu entsprechen, werden hohe Anforderungen an die Bearbeitungsverfahren papierbasierter Erzeugnisse gestellt. Durch Anwendung von „Non-Impact-Verfahren“ sollen möglichst geringe Materialveränderung oder Schädigung durch mechanische oder thermische Einwirkung während des Verarbeitungsprozesses gewährleistet werden. Es werden mehr Freiheitsgrade zur Herstellung von gestalterischen Elementen benötigt. Eine Erzeugung von haptischer Features durch Einstellung definierter Abtragstiefen ist ebenso von großem Interesse. Nicht zuletzt ist die schnelle und flexible Bearbeitung der Verpackungen von erfährt in der Industrie eine steigende Nachfrage.

Diese Anforderungen können zwar z. T. mit aktuell eingesetzten CO2-Laserverfahren erfüllt werden, allerdings sind die Materialveränderungen während der Bearbeitung erheblich. Die Verringerung der thermischen Belastung des Papieres und der daraus resultierenden Verfärbungen ist durch die Verwendung von gepulsten Laserstrahlquellen möglich.

Diese (ultra)kurzgepulsten Festkörperstrahlquellen werden momentan v.a. zum Reinigen von Gemälden und alten Schriften eingesetzt. Aufgrund des bestehenden Forschungsdefizits, bedingt durch die hohe Materialvielfalt, wird das Laserstrahlreinigen aktuell nicht industriell, sondern nur im Forschungsumfeld eingesetzt. Daher wurde die Eignung dieser Verfahren in  Zusammenarbeit mit dem bayerischen Laserzentrum (blz) untersucht.

In diesem Forschungsprojekt konnte die Laserstrahlung für industrielle Substrate als Alternative zu konventionellen Verarbeitungsprozessen in Hinblick auf die Qualität der Schnitte identifiziert werden. Ausgehend vom Dauerstrichbetrieb („cw“) über den thermischen Abtrag bei µs- oder ns-Pulsen bis zum „kalten“ Abtrag bei ps-Pulsen verringert sich die Karbonisierung der Papiersubstrate merklich. Weiterhin war es möglich laseraktive Additive sowohl in den Strich, als auch in die Masse einzubringen. Diese Additive erhöhen lokal die Absorption bestimmter Spektren wodurch es zur erhöhten Energieaufnahme kommt. Dies ist z.B. bei der Lasermarkierung von Pharmafaltschachteln zur Serialisierung von großem Interesse. Durch das Aufbringen eines Striches ist es möglich, die Verfärbung der Papieroberfläche zu verringern. Zum einen ließen sich Verfärbungen durch geeignete Striche überdecken, zum anderen erlaubten ausgewählte Spezialpigmente die Verfärbung der Papiersubstrate bei der laserbasierten Bearbeitung signifikant zu verringern.

Durch das Wachstum des Verpackungsmarktes, können mit dieser Methode neue innovative Verpackungslösungen entwickelt werden. Wir laden Sie sehr herzlich ein zusammen mit uns diese zukunftsträchtigen Entwicklungen für den Verpackungsmarkt in Angriff zu nehmen.

Das Forschungsvorhaben IGF 18421 N der AiF-Forschungsvereinigung PTS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Dafür sei an dieser Stelle herzlich gedankt. Unser Dank gilt außerdem den beteiligten Firmen für die Probenbereitstellung und für die freundliche Unterstützung bei der Projektdurchführung.