Kuluttajapakkauskartonkien laserleikattavuuden karakterisointi

Abstract

Tämän diplomityön tarkoituksena oli karakterisoida kuluttajapakkauskartonkien laserleikattavuutta. Kirjallisuusosassa perehdyttiin asiaa käsittelevään kirjallisuuteen ja tutkimuksiin ja kokeellisessa osassa käsiteltiin kuitumateriaalien laserleikkausta erilaisin leikkausparametrein. Leikattujen näytteiden leikkausrailosta otetuista mikroskooppikuvista määritettiin leikkausrailon uraleveys, purseen ja mustumisen määrä. Työssä tutkitut materiaalit olivat koivu- ja mäntysellu, CTMP, päällystämätön ja päällystetty sellukartonki sekä päällystämätön CTMP-runkoinen nestepakkauskartonki. Työssä havaittiin, että tutkitut kuitumateriaalit soveltuivat erinomaisesti laserleikkaukseen. Leikattujen kuitumateriaalinäytteiden leikkausrailo oli hyvälaatuinen eli leikkausrailo oli kapea, täydellisesti näytteen lävitse, tasainen reunoiltaan, väriltään vaalea ( ei hiiltynyt ) ja ei sisältänyt railon reunassa pystyssä olevia katkenneita kuituja ( pursetta ). Työssä todettiin myös, että kuitumateriaaleja laserleikatessa leikkausnopeus ja laserteho riippuivat lineaarisesti toisistaan. Leikkausnopeuden kasvaessa tarvittiin enemmän lasertehoa hyvälaatuisen leikkausrailon saavuttamiseksi. Tällöin leikkausuran leveys pysyi lähes vakiona. Lisäksi huomattiin, että optimisijainti polttopisteelle olisi 0.1-0.4 mm materiaalin pinnan yläpuolella, vaikka kirjallisuudesta löydettiin suosituksia sijoittaa polttopiste materiaalin pinnan alapuolelle. Näillä polttopisteen sijainnin arvoilla saavutettiin suurimmat leikkausnopeudet ja kapeimmat urat.

The aim of thesis was to define how to cut consumer boards with laser beam. Literature review of thesis concentrated on the research results of laser cutting of fibre materials. Experimental part of thesis focused on how to laser cut fibre materials with different cutting parameters. Both width of laser cut kerf and amount of burr and carbonisation were measured from microscopy pictures of laser cut fibre materials. The materials used in study were birch and pine pulp, CTMP, uncoated and coated solid board and uncoated liquid packaging board ( middle layer CTMP ).Fibre materials used in study could be laser cut with distinguished quality. Laser cut kerf was narrow, regular, perfectly through the material, light ( no carbonisation ) and did consist of no visible, single fibres ( burr ). It was also noticed that cutting speed was linearly dependent on laser power when fibre materials were cut with laser beam. Increasing cutting speed demanded increasing laser power to achieve laser cut kerf of good quality. In this situation, however, the width of kerf stayed constant. In addition, it was found that optimal position of focus point of laser beam was 0.1-0.4 mm above the sample surface, even some literature researches recommended to locate focus point below the material surface. Fastest cutting speeds and narrowest kerfs were reached with these optimal positions of focus point.