ES2820379T3 - Modificación estructural de cartones inducida por láser - Google Patents

Abstract

Método para modificar localmente una estructura de un cartón (110), comprendiendo el método proporcionar (401) el cartón (110), perforar (403) una región de perforación (114) del cartón (110) mediante una radiación láser (102) de manera que la humedad en la región de perforación (114) se evapora para modificar la estructura de la región de perforación (114) en el que la región de perforación (114) describe una línea de plegado (201) a lo largo de la cual pretende doblarse el cartón (110).

Description

DESCRIPCIÓN

Modificación estructural de cartones inducida por láser

Campo de invención

La presente invención se refiere a un método para modificar localmente la estructura de un cartón.

Antecedentes de la técnica

Hoy en día, los cartones son un material favorito en la industria del embalaje. Los cartones comunes forman un embalaje robusto pero también conformable. Además, los cartones son adecuados para imprimir descripciones de productos y símbolos de promoción.

Con el fin de formar un embalaje a partir de cartones, se aplican métodos de plegado. El plegado es un debilitamiento local del cartón que permite que se doble a lo largo de una línea específica. Se usa ampliamente en la industria del embalaje para la producción de cajas de cartón, por ejemplo.

Hoy en día, el proceso de plegado se realiza mediante interacción mecánica usando una regla de plegado 803 y una cavidad 805 de una mesa de soporte convencional 804 sobre la cual se ubica el cartón 800 tal como se muestra en la figura 8. Durante el proceso de plegado, la regla de plegado mecánico 803 presiona generalmente el cartón 800 sobre el revestimiento externo impreso 802 y se forma una línea de plegado (nervadura) a lo largo del revestimiento interno 801 del cartón 800. Una vez plegado, el cartón 800 puede doblarse fácilmente en la dirección de una línea de plegado. El revestimiento interno 801 y el revestimiento externo 802 son las primeras capas de celulosa en cada lado del cartón 800. Normalmente, un recubrimiento cubre los revestimientos 801, 802 para mejorar la lisura y la capacidad de impresión. Este método de plegado permite líneas de plegado ópticamente apropiadas sin agrietamiento de los revestimientos interno y externo 801, 802 después del plegado. Sin embargo, las capas centrales normalmente se separan unas de otras durante el plegado, de modo que la estructura se vuelve más flexible sin debilitamiento por alargamiento.

Sin embargo, cada producto de cartón necesita su respectiva regla de plegado 803 y matriz. Esto puede provocar problemas de almacenamiento, costes y una flexibilidad limitada. La instalación de la regla de plegado 803 también requiere mucho tiempo, lo que es un factor limitante para la producción de series pequeñas.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención puede ser proporcionar una modificación local eficiente y lisa de la estructura y el mecanizado de un cartón.

Este objeto se soluciona mediante un método para modificar localmente la estructura de un cartón según la reivindicación independiente 1.

Según un primer aspecto de la presente invención, se presenta un método para la modificación local leve de una estructura de un cartón. Según el método, se proporciona el cartón que va a perforarse. Una región de perforación del cartón se perfora mediante una radiación láser de manera que la humedad en la región de perforación (por ejemplo, específicamente en una sección central del cartón) se evapora para modificar la estructura de la región de perforación.

Un cartón describe generalmente un papel extrafuerte de diversas resistencias, que oscila entre una disposición simple de una única lámina gruesa de papel y configuraciones complejas que presentan múltiples capas planas y corrugadas. El cartón puede estar hecho de una primera capa de cubierta y una segunda capa de cubierta entre las cuales se dispone una sección central del cartón. Las capas de cubierta pueden definir capas que encierran la sección central. La primera capa de cubierta puede ser una capa superior y la segunda capa de cubierta puede ser una capa inferior, o viceversa. La primera y/o segunda capa de cubierta pueden ser capas de cubiertas recubiertas o capas de papel sin tratar, por ejemplo.

Específicamente, está disponible un cartón dúplex que está hecho de, por ejemplo, fibras recicladas. Puede tener en el lado frontal (por ejemplo, la primera capa de cubierta) un recubrimiento de pigmento triple adecuado para la impresión. El lado trasero (por ejemplo, la segunda capa de cubierta) puede tener un recubrimiento delgado que mejora la lisura del cartón. El núcleo puede estar hecho de aproximadamente un 60% de residuos postconsumo (Post Consumer Waste, PCW), aproximadamente un 20% de residuos postindustriales (Post Industrial Waste, PIW) y aproximadamente un 10% de pulpa mecánica fresca. Excepto la capa de PIW sin imprimir que es blanca, todo el resto el gris. Este tipo de cartón es barato y tiene muchas aplicaciones de embalaje.

Un cartón blanco (blanqueado) completamente recubierto de alta calidad puede tener ambas capas de cubierta con un recubrimiento de pigmento blanco que mejora la capacidad de impresión. La sección central comprende capas hechas de pulpa química blanqueada. Además de la ventaja de un color blanco, el cartón blanco hecho a partir de pulpa química blanqueada tiene la ventaja de ser más rígido.

En la industria del cartón, un objetivo es imprimir las capas de cubierta del cartón y plegar y doblar los cartones de manera muy suave y lisa sin dañar la estructura del cartón. Según el enfoque de la presente invención, la radiación láser se ajusta para evaporar la humedad dentro del cartón sin quemar, erosionar o cortar las capas. La humedad puede originarse del aire dentro de la sección central y/o del material de cartón dentro de la propia sección central. La humedad evaporada provoca un aumento de volumen del vapor de agua, calentado por la irradiación. Esto provoca una deslaminación de las capas, es decir, de las capas de fibras de celulosa, en la sección central del cartón. En otras palabras, la humedad evaporada provoca un debilitamiento porque la unión entre las capas se debilita y/o se cancela, es decir, debido a un estrés mecánico (es decir, por la presión de vapor provocada). Por tanto, la región de perforación tiene menos resistencia al doblado y el riesgo de agrietamiento de las fibras durante el mecanizado, por ejemplo durante el doblado, se reduce.

En resumen, al perforar la región de perforación por la radiación láser, se logra una modificación local de la estructura del cartón. Por ejemplo, puede formarse una región más débil y por tanto muy flexible de modo que pueden generarse líneas de doblado. El efecto de hinchamiento también puede usarse para crear estructuras de gofrado complejas y más duras en las capas de cubierta (tales como estructuras gráficas, escritura en braille). Tras el mecanizado, es decir, el plegado o el hinchamiento de las capas tal como se describió anteriormente, el cartón puede tener una debilidad permanente debido a la deslaminación de las capas de modo que el cartón puede plegarse muchos días (o meses) después. El papel del agua es evaporarse y realizar el trabajo mecánico para la deslaminación (es decir, la rotura de las uniones entre, por ejemplo, las capas internas).

Según una realización a modo de ejemplo adicional, el método comprende además la etapa de plegar el cartón a lo largo de la región de perforación, en el que la región de perforación describe una línea de plegado a lo largo de la cual se pretende doblar el cartón. Tal como se describió anteriormente, puede lograrse un plegado liso y sin destrucción del cartón a lo largo de la línea de plegado.

Según una realización a modo de ejemplo adicional, se ajusta un nivel de humedad dentro de la sección de perforación y en particular la sección central en la región de perforación antes de la etapa de perforación de la región de perforación. En la etapa de ajustar el nivel de humedad, se introduce al menos un aditivo de nivelación de la humedad para la generación de gas mediante la radiación láser dentro de por ejemplo la sección central en la región de perforación de manera que la sección de perforación se debilita.

Por consiguiente, la humedad evaporada puede ajustarse y por tanto un aumento de volumen del vapor, calentado por la irradiación. Esto provoca una deslaminación controlada, descrita anteriormente, de las capas en la sección central del cartón. La humedad evaporada controlada provoca un debilitamiento porque la unión entre las capas se debilita y/o se cancela, es decir, debido a un estrés mecánico (es decir, por la presión del vapor provocada). Por tanto, la región de perforación tiene menos resistencia al doblado y el riesgo de agrietamiento de las fibras durante el mecanizado, por ejemplo durante el doblado, se reduce.

En resumen, con el fin de lograr una evaporación suficiente de la humedad con el fin de tener un hinchamiento deseado de la región de perforación, la humedad, es decir la cantidad de agua u otro líquido adecuado que va a evaporarse dentro de la sección central, puede ajustarse. La humedad puede ajustarse por ejemplo aplicando tejido húmedo a lo largo de la región de perforación, o mediante pulverización local, inyección de chorro de tinta o agua de impresión u otro líquido adecuado tal como alcoholes, polialcoholes, éteres orgánicos, ésteres orgánicos o inorgánicos, hidrocarburos o aceites de silicona, o mezclas de dos o más de estas sustancias. Además, el cartón puede estar ubicado en una cámara climática (por ejemplo un desecador o recipiente de humedad controlada) en donde puede ajustarse la humedad deseada (y la humedad, respectivamente) para aumentar la humedad del cartón. También es posible inyectar un líquido, tal como agua, disoluciones salinas saturadas y/o hidróxido de aluminio directamente en la sección central antes de perforar la región de perforación con la radiación láser.

En particular, pueden añadirse aditivos específicos para la producción de gas en capas internas del cartón de múltiples capas. Los aditivos productores de gas específicos pueden estar ya presentes en el cartón y podrían añadirse deliberadamente para lograr una mejor capacidad de plegado por láser al evaporar partes de o la totalidad de los aditivos productores de gas específicos.

El líquido puede servir como fuente de vapor y/o para ajustar una dispersión de la radiación láser dentro del material de cartulina o cartón.

Según una realización a modo de ejemplo adicional, la radiación láser comprende una densidad de potencia de aproximadamente 104 W/cm2 a aproximadamente 106 W/cm2, preferiblemente 105 W/cm2.

Según una realización a modo de ejemplo adicional, la radiación láser comprende una potencia depositada, en particular dentro de la sección central del cartón, de aproximadamente 10 W/cm2 a aproximadamente 103 W/cm2, preferiblemente 102 W/cm2.

Según una realización a modo de ejemplo adicional, la radiación láser tiene una longitud de onda de aproximadamente 1000 nm a aproximadamente 11000 nm, en particular de aproximadamente 4000 nm a aproximadamente 8000 nm.

Por tanto, mediante los valores descritos anteriormente para la densidad de potencia, la potencia depositada y la longitud de onda, puede lograrse una evaporación apropiada de la humedad sin destruir la estructura del material de cartón.

Otros tipos de cartones podrían funcionar mejor con densidades de potencia o bien superiores, o bien inferiores y también otra óptima de longitud de onda podría ser deseable para otros cartones.

Según una realización a modo de ejemplo adicional, la radiación láser es una radiación láser pulsada generada por un dispositivo láser pulsado. El dispositivo láser puede seleccionarse del grupo que consiste en láseres pulsados ultracortos y láseres pulsados cortos.

Según una realización a modo de ejemplo adicional, la radiación láser es una radiación láser continua generada por un dispositivo láser continuo.

Según una realización a modo de ejemplo adicional, la radiación láser se genera mediante un láser de diodo. La radiación láser puede generarse mediante un láser de infrarrojo cercano (NIR), láser de Nd:YAG 1064 nm, otros cristales dopados con tierras raras tales como iterbio o láseres de fibras dopadas con elementos de tierras raras con longitud de onda en el infrarrojo cercano, por ejemplo 1074 nm. Holmio: itrio-hierro-granate YIG, holmio: itrio-aluminio-granate YAG u holmio: itrio-litio-fluoruro ILF a una longitud de onda de 2100 nm; o láseres de infrarrojo medio (MIR), láseres de Fe2+:ZnSe que pueden emitir a 3,7-5,1 pm; láser de CO de 5200 nm -6300 nm.

La radiación láser puede generarse mediante un láser de dióxido de carbono (por ejemplo 9100 nm - 11000 nm). La región de perforación puede perforarse mediante la radiación láser de manera que se generan puntos de perforación en los que la humedad se evapora. Adicional o alternativamente, la región de perforación puede perforarse mediante la radiación láser de manera que se genera una línea constante (recta y/o curva) a lo largo de la cual la humedad se evapora.

Dos puntos de perforación adyacentes están separados entre sí por una distancia. Alternativamente, dos puntos de perforación adyacentes pueden solaparse de manera que se forma una región de perforación continua, en la que la pluralidad de puntos de perforación se solapan parcialmente con puntos de perforación vecinos.

Breve descripción de los dibujos

Los aspectos definidos anteriormente y aspectos adicionales de la presente invención resultan evidentes a partir de los ejemplos de realización que van a describirse a continuación en el presente documento y se explican con referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá en más detalle a continuación en el presente documento con referencia a ejemplos de realización pero a los que no se limita la invención.

La figura 1 muestra una vista esquemática de un dispositivo para modificar la estructura de un cartón según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.

La figura 2 muestra una vista esquemática de una línea de perforación continua a lo largo de un cartón según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.

La figura 3 muestra una vista esquemática de unos puntos de perforación a lo largo de un cartón.

La figura 4 muestra una vista esquemática de un diagrama de flujo del método para modificar la estructura de un cartón según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.

La figura 5 muestra una vista esquemática de un cartón sobre cuya primera capa de cubierta se forma una letra, no formando parte la provisión de las letras de la presente invención.

La figura 6 muestra una vista en sección de un cartón que no forma parte de la presente invención.

La figura 7 muestra una vista esquemática de un cartón que comprende una pluralidad de líneas de plegado según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.

La figura 8 muestra una vista esquemática de un dispositivo de plegado convencional.

Descripción detallada de realizaciones a modo de ejemplo

Las ilustraciones en los dibujos son esquemáticas. Se indica que en diferentes figuras se proporcionan elementos similares o idénticos con los mismos signos de referencia.

La figura 1 muestra un dispositivo 100 para modificar localmente la estructura de un cartón 110. El cartón 110 está soportado sobre un dispositivo de sujeción 103, por ejemplo un banco de trabajo. Un dispositivo láser 101 está dispuesto en relación con el cartón 110 para perforar una región de perforación 114 del cartón 110 mediante una radiación láser 102 de manera que la humedad en la sección central 113 se evapora para modificar la estructura (por ejemplo debilitamiento o gofrado) de una región de perforación 114. El cartón 110 está hecho de una primera capa de cubierta 111 y una segunda capa de cubierta 112 entre las cuales se dispone una sección central 113 del cartón 110. Una región de perforación 114 del cartón 110 se perfora mediante una radiación láser 102 de manera que la humedad en la sección central 113 se evapora para modificar la estructura de la región de perforación 114.

La radiación láser 102 se ajusta para evaporar la humedad dentro del cartón 110. La humedad puede originarse del aire dentro de la sección central 113 y/o del material de cartón dentro de la propia sección central 113. La humedad evaporada provoca una deslaminación de las capas en la sección central del cartón. Además, al perforar la región de perforación 114 mediante la radiación láser, puede formarse una región de perforación 114 muy flexible de modo que pueden generarse líneas de plegado o estructuras gráficas complejas.

La región de perforación 114 debilitada debido a la evaporación de la humedad puede usarse para doblar el cartón 110 a lo largo de la región de perforación 114, en la que la región de perforación describe una línea de plegado a lo largo de la cual pretende doblarse el cartón 110. Tal como se describió anteriormente, puede lograrse un doblado liso y sin destrucción del cartón 110 a lo largo de una línea de plegado 201 (véase la figura 2).

La figura 2 muestra una vista esquemática de una línea de perforación continua, tal como una línea de plegado 201, a lo largo de un cartón 110 según una realización a modo de ejemplo de la presente invención. La radiación láser 102 puede ser por ejemplo una radiación láser continua generada mediante un dispositivo láser continuo de manera que se genera una línea constante (recta y/o curva) a lo largo de la cual la humedad se evapora.

La figura 3 muestra una vista esquemática de unos puntos de perforación 301 a lo largo de un cartón 110. La radiación láser 102 es, por ejemplo, una radiación láser pulsada generada mediante un dispositivo láser pulsado. El dispositivo láser 101 puede seleccionarse del grupo que consiste en láseres pulsados ultracortos y láseres pulsados cortos.

La región de perforación 114 se perfora mediante la radiación láser de manera que se generan puntos de perforación 301 en los que la humedad se evapora. Dos puntos de perforación 301 adyacentes están separados entre sí por una distancia. Alternativamente, dos puntos de perforación 301 adyacentes pueden solaparse de manera que se forma una región de perforación 114 continua, en la que la pluralidad de puntos de perforación 114 se solapan parcialmente con puntos de perforación 114 vecinos.

La figura 4 muestra una vista esquemática de un diagrama de flujo del método para modificar la estructura de un cartón 110 según una realización a modo de ejemplo de la presente invención. Según el método, se proporciona el cartón 110 que va a plegarse (etapa 401), en el que el cartón 110 está hecho de una primera capa de cubierta 111 y una segunda capa de cubierta 112 entre las cuales se dispone una sección central 113 del cartón 110. Una región de perforación 114 del cartón 110 se perfora mediante una radiación láser 102 (véase la etapa 403) de manera que la humedad en la sección central 113 se evapora para modificar la estructura de la región de perforación 114.

El método comprende además ajustar la humedad dentro de la sección central en la región de perforación antes de la etapa de perforar la región de perforación (etapa 402). Con el fin de lograr una evaporación suficiente de la humedad con el fin de tener un hinchamiento deseado de la región de perforación 114, la humedad dentro de la sección central 113 puede ajustarse.

Finalmente, el cartón 110 se pliega 404 a lo largo de la región de perforación 114, en la que la región de perforación 114 describe una línea de plegado 201 a lo largo de la cual pretende doblarse el cartón 110.

La figura 5 muestra una vista esquemática de un cartón 110 sobre cuya primera capa de cubierta 111 se forma una estructura gráfica de gofrado (símbolo gráfico 501), tal como una letra. En la etapa de perforar la región de perforación 114, la sección central 113 se perfora de manera que la humedad evaporada deforma al menos la primera capa de cubierta 111, en la que la región de perforación describe la estructura gráfica 501, en particular una letra braille, número o cualquier símbolo.

Por tanto, al ajustar la radiación láser 102 de manera que se evapore más humedad en la sección central 113, la sección central 113 y adicionalmente al menos la primera capa de cubierta 111 se hincha debido a la alta evaporación de humedad. La sección hinchada/engrosada de la primera capa de cubierta 111 tiene salientes y depresiones que son visibles y sensible al tacto. Por tanto, mediante la deformación de la al menos primera capa de cubierta 111 debido a la evaporación de la humedad, pueden imprimirse símbolos gráficos 501 deseados sobre la primera capa. Los símbolos gráficos 501 pueden ser por ejemplo imágenes y letras por ejemplo. Específicamente, pueden formarse letras braille, números o cualquier símbolo sobre la primera capa.

En particular, puede inyectarse un aditivo de hinchamiento en la sección central 113, que se adapta para formar una estructura endurecida dentro de la sección central 113 y/o la primera capa de cubierta 111 en reacción con la radiación láser 102. Por tanto, se forma una estructura gráfica de gofrado 501 robusta y resistente.

La figura 6 muestra una vista en sección de un cartón 110. Específicamente, la vista en sección en la figura 6 muestra el cartón 110 tal como se muestra en la figura 5. Con el fin de formar una estructura gráfica de gofrado, es decir un símbolo gráfico, 501, en la primera capa 111, la radiación láser 102 evapora la humedad en la sección central 113 dentro de la región de perforación 114 de manera que también la primera capa 111 se hincha. Por tanto, se forman salientes que son visibles y sensibles al tacto. Tras el hinchamiento del cartón 110, los salientes siguen siendo visibles y sensibles al tacto.

La figura 7 muestra una vista esquemática de un cartón 110 que comprende una pluralidad de líneas de plegado 201 según una realización a modo de ejemplo de la presente invención. El patrón de las líneas de plegado 201 se forma mediante la radiación láser 102. Las líneas de plegado 201 forman secciones deslaminadas del cartón 110. En una etapa posterior, el cartón 110 puede doblarse a lo largo de las líneas de plegado 201, de modo que puede formarse por ejemplo una caja.

Debe indicarse que el término “que comprende” no excluye otros elementos o etapas y “un” o “una” no excluye una pluralidad. Además pueden combinarse elementos descritos en asociación con diferentes realizaciones. Debe indicarse también que los signos de referencia en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitativos del alcance de las reivindicaciones.

Lista de signos de referencia

100 dispositivo

101 dispositivo láser

102 radiación láser

103 dispositivo de sujeción

110 cartón

111 primera capa de cubierta

112 segunda capa de cubierta

113 sección central

114 región de perforación

401 etapa de proporcionar

402 etapa de ajustar la humedad

403 etapa de perforar

404 etapa de plegar

201 línea de plegado

301 puntos de perforación

501 estructura gráfica

cartón convencional revestimiento interno revestimiento externo

regla de plegado convencional mesa de soporte convencional cavidad

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Método para modificar localmente una estructura de un cartón (110), comprendiendo el método proporcionar (401) el cartón (110),

perforar (403) una región de perforación (114) del cartón (110) mediante una radiación láser (102) de manera que la humedad en la región de perforación (114) se evapora para modificar la estructura de la región de perforación (114)

en el que la región de perforación (114) describe una línea de plegado (201) a lo largo de la cual pretende doblarse el cartón (110 ).

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además

plegar (404) el cartón (110) a lo largo de la región de perforación (114).

3. Método según una de las reivindicaciones 1 a 2, que comprende además

ajustar (402) el nivel de humedad dentro de la sección central (113) en la región de perforación (114) antes de la etapa de perforar la región de perforación (114),

en el que la etapa de ajustar el nivel de humedad comprende introducir al menos un aditivo de nivelación de la humedad para la generación de gas mediante la radiación láser (102) dentro de una sección central (113) del cartón (110) en la región de perforación (114) de manera que la región de perforación (114) se debilita.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3,

en el que la radiación láser (102) comprende una densidad de potencia de 104 W/cm2 a 106 W/cm2, preferiblemente 105 W/cm2.

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4,

en el que la radiación láser (102) comprende una potencia depositada de 10 W/cm2 a 103 W/cm2, preferiblemente 102 W/cm2.

6. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5,

en el que la radiación láser (102) tiene una longitud de onda de 1000 nm a 11000 nm, en particular de 4000 nm a 8000 nm.

7. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6,

en el que la radiación láser (102) es una radiación láser pulsada (102) generada por un dispositivo láser pulsado (101).

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6,

en el que la radiación láser (102) es una radiación láser continua (102) generada por un dispositivo láser continuo (101).

9. Método según una de las reivindicaciones 1 a 8,

en el que la radiación láser (102) se genera mediante un láser de diodo.

10. Método según una de las reivindicaciones 1 a 9,

en el que la radiación láser (102) se genera mediante un láser de Nd:YAG 1064 nm o un láser de fibras dopadas con iterbio de 1074 nm.

11. Método según una de las reivindicaciones 1 a 10,

en el que la radiación láser (102) se genera mediante un láser de dióxido de carbono.