BRPI0612574A2

BRPI0612574A2 - dispositivo, método e sistema para tratamento a laser de produtos para higiene sanitária

Info

Publication number: BRPI0612574A2
Application number: BRPI0612574-3A
Authority: BR
Inventors: Serafino Lupinetti; Paolo Pasqualoni
Original assignee: Fameccanica Data Spa
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2010-12-07
Also published as: WO2006136925A1; CN101203353A; DK1736272T5; US20060283846A1; US7528343B2; DE602005005464T2; EP1736272B9; BRPI0612574B1; DK1736272T3; ES2303215T3; DE602005005464D1; JP2008546540A; EP1736272B1; CN101203353B; ATE389497T1; EP1736272A1

Abstract

Dispositivo, método e sistema para tratamento a laser de produtos para higiene sanitária. Em particular artigos escolhidos entre produtos de higiene sanitária e componentes dos ditos produtos, compreendendo uma fonte de feixe de laser configurada para aplicar nos artigos um foco de laser com um diâmetro entre 50 <109>m e 2000 <109>m. Preferencialmente, o foco de laser tem um comprimento de onda entre 9,6 <109>m e 11,0 <109>m. A unidade de controle é configurada para regular conjuntamente a potência do foco de laser, a velocidade relativa instantânea do foco de laser com relação ao artigo tratado, e o diâmetro instantâneo do foco de tratamento a laser.

Description

Dispositivo, método e sistema para tratamento a laser de produtospara higiene sanitária.

Campo da Invenção

A presente invenção relaciona-se a técnicas de tratamento a laser e, emparticular, à aplicação dos ditos tratamentos em produtos de higiene sanitária eem componentes (incluindo as matérias-primas) usados para manufaturar osditos produtos.

A invenção pode ser aplicada, por exemplo, para fornecer processos decorte e/ou soldagem usando tecnologia a laser a ser aplicada em linhas deprodução de produtos absorventes descartáveis, tais como, uma vez mais atítulo exemplificativo, fraldas para bebês, produtos para incontinência,absorventes femininos, lenços secos e úmidos de vários tipos, e detergentesem embalagens de dose única de qualquer tipo.

Descrição do estado da técnica

Atualmente, a fim de se realizar uma operação de soldagem e/ou decorte em produtos tais como os anteriormente mencionados, unidadesmecânicas são utilizadas, usualmente referidas como "cabeçotes".

Limitando nossa análise, por motivos de simplificação, apenas aoprocesso de corte (sendo que o que é dito com relação ao corte ésubstancialmente aplicado também ao processo de soldagem), um cabeçote decorte geralmente compreende uma armação, uma contra lâmina em rolete euma lâmina em rolete, bem como vários elementos acessórios, tais comosistemas para limpeza da contra lâmina e da lâmina, sistemas de lubrificação, eum sistema de aplicação de força de corte. A unidade é movida a motor,assegurando a transmissão do movimento às suas partes móveis.

As lâminas são feitas de materiais específicos. Normalmente, a fim de seobter uma borda de corte particularmente dura e, consequentemente,resistente ao uso, tanto um quanto outro aço especial são utilizados, como porexemplo, aços para ferramentas ou materiais sinterizados compostos decarboneto de tungstênio (WC). As durezas que podem ser obtidas com aço eWC não são comparáveis entre si. De fato, no primeiro caso, durezas entre 60e 64 HRC são obtidas, enquanto que no segundo caso, durezas de até 1.600HV10 são obtidas. Naturalmente, a vida útil da lâmina e os custos envolvidossão proporcionais às durezas.A tecnologia atual de cabeçotes de corte apresenta diversos problemas.

Em primeiro lugar, lâminas de aço têm duração limitada: no melhor doscasos, mesmo recorrendo a soluções específicas, a aços especiais e atratamentos térmicos controlados, elas não têm duração superior a 20 milhõesde "cortes", sendo que o termo "cortes" significa as operações de corteindividuais.

Lâminas feitas de metal duro são de longa duração e podem facilmentealcançar 100 milhões de cortes, porém, apresentam o problema de afiamento.Enquanto que para o aço é fácil encontrar oficinas equipadas e capazes dereprocessar este tipo de lâminas, as lâminas feitas de metal duro necessitamda intervenção do fabricante da própria lâmina para serem afiadascorretamente. Esta necessidade resulta inevitavelmente em um"estrangulamento" no processo de produção que utiliza as ditas lâminas.

Outra importante limitação na tecnologia atual é aquela da mudança detamanhos (isto é, das dimensões e/ou do formato dos produtos). Nesse caso, énecessário substituir inteiramente o cabeçote, o que implica em um gasto detempo considerável e, conseqüentemente, em perda de produtividade.Obviamente, toda modificação, mesmo que mínima, na forma do perfil de corteenvolve a compra de um novo rolete de lâmina.

Um conjunto de problemas adicionais na tecnologia de corte mecânicoderiva-se da limitação na forma devido tanto ao processo de produção quantoaos problemas relacionados ao próprio processo de corte.

No primeiro caso, em particular, há limitações no raio das bordas decorte convergentes, que não podem ter menos de 3 mm, enquanto que nosegundo caso, por exemplo, não é possível executar cortes transversais,porque nesse caso é necessário ter as pressões de corte muito elevadas quedanificam todo o sistema, reduzindo drasticamente a vida útil das lâminas.

A fim de solucionar os problemas relacionados à tecnologia de cortemecânico, a possibilidade de explorar o potencial ligado à tecnologia a laser jávem sendo considerada há algum tempo.

Com relação ao mencionado supra, referência pode ser feita ao pedidode patente japonês publicado sob o No. JP2001145659, que descreve,precisamente, um método para a manufatura de produtos absorventes, queemprega um equipamento a laser para executar uma função de corte ao longode um trajeto definido de tratamento, para cada artigo, ao menos de umaprimeira e de uma segunda parte.

Em termos mais concretos, o documento EP1447068A descreve ummétodo, que utiliza um feixe de laser e trajetos pré-definidos, para tratamentode produtos tais como artigos de higiene sanitária que são conduzidos em umadeterminada direção. O tratamento envolve um movimento relativo entre osartigos sendo produzidos e o feixe de laser ao longo do trajeto que, para cadaartigo, compreende ao menos uma primeira e uma segunda parte. O métododescrito considera a presença de ao menos um primeiro e um segundo feixesde laser para executar o tratamento. Os feixes são desviados em direçãotransversal e, preferencialmente, também em direção longitudinal com relaçãoao sentido de avanço dos artigos, e cada um deles define, para cada artigo,respectivamente, a primeira e a segunda parte do trajeto de tratamento.

O documento EP1447068A corresponde a uma considerável melhoria noque diz respeito às montagens de tratamento individual, e também no que dizrespeito à correta distribuição de energia ao longo do perfil de corte para opropósito de prevenção de efeitos indesejáveis nos produtos tratados. Odocumento em questão descreve a escolha do uso de geradores capazes detratar ao menos dois feixes de laser, os quais são habilitados a operarindependentemente, com o intuito de simplificar e aprimorar o desempenhodesejado do processo.

Objetivos e sumário da invenção

Não obstante o considerável progresso representado pela soluçãodescrita no documento EP1447068A, permanece a necessidade de se permitira intervenção e, ainda mais controle, no processo e nos parâmetros queinfluenciam o tratamento com tecnologia a laser de produtos tais como os dehigiene sanitária descritos acima.

Especificamente, sente-se a necessidade de se disponibilizar Ieiautesideais de máquinas, equipamentos e controles específicos, intencionalmentedesenvolvidos para processos, materiais-primas e produtos relacionados aodito campo de aplicação.

O objetivo da presente invenção é atender completamente àsnecessidades descritas acima.

De acordo com a presente invenção, esse objetivo é alcançado graças aum método que possui as características referidas especificamente nasreivindicações relacionadas.

A invenção também se relaciona ao dispositivo correspondente. Asreivindicações fazem parte integral do ensino técnico aqui contido com relaçãoà invenção.

Breve descrição dos desenhos em anexo

A invenção será descrita a seguir, puramente a título ilustrativo nãorestritivo, com referência aos desenhos em anexo, em que:

- A Figura 1 é uma vista plana esquemática de um dispositivo que podeoperar de acordo com a solução aqui descrita;

- A Figura 2 representa, em maiores detalhes, uma vista lateral doscritérios de operação da solução aqui descrita; e

- As Figuras 3 a 6 ilustram as características preferenciais das fontes delaser que podem ser usadas no campo da solução aqui descrita.

Descrição detalhada dos exemplos da incorporação da invenção

O diagrama da Figura 1 se refere a uma configuração geral dodispositivo, o qual corresponde totalmente ao descrito no documentoEP1447068A, já previamente mencionado.

Na Figura 1, a referência número 1 designa uma fonte de feixe de laser(que pode possivelmente ser duplicada pelas razões ilustradas em detalhesque seguem) projetada para produzir um ou mais feixes de laser para otratamento dos artigos A que estão se movendo (com uma velocidade que seráaqui adotada, a titulo de exemplo, como constante e direcionada da direita paraa esquerda, como visto na Figura 1) em um sentido designado genericamentepor z.

Os artigos A são tipicamente constituídos por produtos de higienesanitária do tipo referenciado no início da presente descrição.

Direcionada aos artigos A, a radiação de laser forma um foco deinteração nos próprios artigos. O dito foco de interação deve exercer nosartigos A, por exemplo, uma ação de soldagem ou de corte ao longo de umtrajeto pré-determinado, correspondendo, por exemplo, ao limite demarcadodos próprios artigos A.

Mesmo que a descrição fornecida que segue não faça nenhumareferência adicional à execução das operações de soldagem e/ou de corte nosartigos A, considerar-se-á que a solução aqui descrita pode ser aplicada emqualquer contexto em que seja necessário submeter os artigos a tratamento alaser, tais como os artigos A, ou os componentes (materiais-primas, encartesde várias naturezas, etc.) usados para produzir os produtos ou artigos A acimacitados.

Em geral, admitir-se-á que o tratamento pode ser executadocontinuamente ou descontinuamente, isto é, em pontos distintos ou de modocontínuo, para ocasionar, por exemplo, a soldagem pontual ou então umaperfuração em pontos distintos ou de modo contínuo (assim chamada depuncionagem ou vazamento).

No exemplo da incorporação aqui ilustrada (recorda-se que émeramente um exemplo), o feixe, ou feixes, de laser produzido pela fonte 1(possivelmente duplicado conforme já explicitado) é emitido a duas unidadesde transmissão ópticas 2 e, destas, a um conjunto 3 que tem a função devarredura para controlar a posição e a colimação do feixe.

Deste modo, é possível direcionar para os artigos A ao menos doisfeixes de laser distintos, com a faculdade de possibilitar a cada feixe, de modoindependente, um movimento de deflexão que possa estar no sentido demovimento dos artigos A (eixo z da Figura 1) ou na direção transversal emrelação ao sentido de movimento dos ditos artigos A (eixo x da Figura 1).

Em um modo preferencial, a fonte de laser 1 é do tipo C02, com umapotência total de 2 kW, com a possibilidade conseqüente de ter disponível umapotência de 1 kW para cada feixe. O uso do tipo de fonte de laser descrito éigualmente recomendado para a ampla escolha de potências disponíveis, que,no caso de necessidades determinadas pelo tipo de matérias-primas e/ou poraltas velocidades de processamento (por exemplo, até 1000 m/min),possibilitam o gerenciamento de potências de até 5 kW.

Usualmente (este aspecto é tratado mais extensivamente na seqüênciadesta descrição), a fonte de laser 1 é equipada para a operação com amodalidade de feixe do tipo Modo OO para os processos de corte, e commodalidades diferentes, tais como o Modo D ou o Modo Q, para os processosde soldagem.

Ao se utilizar uma fonte ou um gerador 1 capaz de emitir dois feixes depotência, é possível trabalhar independentemente com um feixe para cada ladodo produto ou do artigo A, entretanto, também é possível operar com apenasum feixe, quando assim se desejar.

Por exemplo, supondo que seja necessário submeter ao tratamento alaser (por exemplo, o corte de laser no contorno do produto) uma fraldadescartável do tipo tradicional para bebês recém-nascidos, isto é, do tipo"aberto", é mais conveniente e eficiente trabalhar com dois feixes, um paracada lado.

Para um produto similar do tipo pull-on (do tipo fechado, por vezestambém referenciado como "training pants") processado em um sentidotransversal com relação ao fluxo Z dos artigos A, é preferível trabalhar comapenas um feixe. Nesse caso, de fato, a forma do corte do material é um furoque tem uma forma praticamente elíptica centrada na linha do corte transversalque separa dois produtos consecutivos. Nesse caso, o gerador do laser ativa ofeixe no momento em que cada produto individual passa diante dele e,seguindo-o, realiza o corte, para então desativar o feixe até que o produtoseguinte se aproxime.

Os dispositivos de varredura 3 para colimação e controle de posição dofeixe de laser podem consistir em dispositivos tais como a cabeça de varreduraóptica, modelo HPM10A1 produzida pela General Scanning Inc. de Watertown(EUA), ou ainda dos produtos Harryscan 25 ou Powerscan 33, produzidos pelaScanlab (Alemanha) ou por produtos similares, tais como o Axialscan ouSuperscan, produzidos pela Raylase (Alemanha).

Neste caso, o feixe de laser emitido de uma ou mais fontes 1, após apassagem através das unidades de transmissão ópticas 2, é recebido por umaabertura de passagem presente em cada dispositivo de varredura 3 e desviadopor meio de um par de espelhos com movimento galvanométrico de prontorestabelecimento, um para cada eixo ζ e x.

Cada um dos feixes de laser que sai do dispositivo de varredura 3 pode,assim, alcançar os artigos A na forma de um foco localizado com dimensões egrau de focalização que podem ser determinados previamente. O diâmetromínimo do feixe de tratamento (ou limite de difração do sistema) é dado pelaseguinte relação:

d = 1,27 . f. λ/Dem que:d é a seção mínima de foco (limite de difração)1,27 é a constante K de proporcionalidadef é a distância focai das lentes usadasλ é o comprimento de onda do feixe de laser

D é o diâmetro do feixe de laser de chegada no dispositivo de varreduraO que é apresentado acima, em sua aplicação prática, deve serimplementado com outros dois fatores críticos descritos abaixo, que são típicosda qualidade do equipamento usado.

Um primeiro fator é representado pelo fator da qualidade (M2) do feixede laser. Esse é um fator típico do gerador ou da fonte usada. Ele descreve odesvio do feixe de laser com relação a uma conformação teórica gaussiana: nocaso de uma fonte de laser ideal, um feixe que corresponda uma teoriagaussiana, o fator M2 é igual à unidade; para feixes de laser reais, M2 é bemmaior que 1.

Um segundo fator é representado pela aberração esférica da lente. Esseé um parâmetro intrínseco à qualidade da lente usada, considerando a purezada matéria-prima e a precisão ou o tipo dos processos de acabamento dasuperfície.

Normalmente, estes dois fatores são incluídos na constante deproporcionalidade K.

Desse modo, pode-se notar que os geradores de laser anteriormentemencionados podem emitir um ou mais feixes de laser, tendo um ânguloespecífico de derivação, que é função do ângulo de curvatura nos espelhos desaída do ressonador. Isso envolve a formação de um feixe de laser que não éperfeitamente paralelo.

Esse pseudo-defeito permite que as unidades de deflexão 3 sejamalcançadas com diâmetro do feixe adaptado ao diâmetro da luz de chegadadefinida pelo tipo de dispositivo de varredura adotado. Ou seja, naincorporação preferencial atual da invenção, o diâmetro do feixe de chegada econsequentemente do foco de laser aplicado nos artigos A é regulado ao variara distância óptica entre a fonte 1 e os dispositivos de varredura 3. Isso resultatambém em uma redução dos custos do dispositivo, assim como no aumentode sua eficiência na medida em que seja possível evitar recorrer às unidadesde expansão e/ou às lentes para correção do feixe.Raciocinando em termos gerais, a área de ação de cada dispositivo devarredura 3 sobre o plano dos artigos A pode ser um quadrado ou um retânguloque pode variar em dimensões laterais dentro de uma área tipicamentecompreendida entre aproximadamente 100 χ 100 mm e aproximadamente 500χ 500 mm, respectivamente ao longo do eixo χ e ao longo do eixo z, de acordocom a lente de focalização usada no dispositivo de varredura 3, a qualdetermina a distância do plano em que ocorre o fluxo dos artigos (plano detratamento) assim como de acordo com o tipo de dispositivo de varreduraadotado (2 eixos, 3 eixos, etc.).

Na representação esquemática da Figura 1, a referência número 4designa uma unidade hardware de controle eletrônico (como, por exemplo, umcartão dedicado de computador), a qual supervisiona a operação do sistema,controlando a ação de deflexão executada pelos dispositivos de varredura 3nos feixes de laser, assim como a modulação de potência dos feixes. Istoocorre de acordo com os sinais emitidos por um conjunto de sensores. Noexemplo da incorporação aqui considerada, o dito conjunto compreende umsensor 6, que detecta a posição dos artigos A, e um sensor 5, que detecta avelocidade de avanço dos artigos A ao longo do eixo ζ e a posição angular nacriação do perfil reservado à unidade principal identificada no ponto 8, com afunção, respectivamente, de unidade principal (8) e de sensor dependente (5).

Os sensores em questão são normalmente sensores ópticos, no caso indicadono ponto 6, do tipo, por exemplo, BI2-EG08-APGX-H1341 produzido pelaTURK1 enquanto que, no caso indicado no ponto 5, ele é um codificador de umtipo absoluto ou incrementai, tal como o Linde AB - 6360/2 - 5 V 1000 ppr ouainda o ROD 420-5000x2 ppr, etc.

A referência número 7 designa em geral uma unidade deprocessamento, tal como um controlador de linha (Controlador de LógicaProgramável ou CLP) ou um computador pessoal (PC) para uso industrial, quesupervisione a operação do sistema em que o dispositivo representado naFigura 1 é introduzido.

Tanto o cartão de hardware 4 quanto o gerador de laser 1 sãocontrolados e programados por meio de um software específico que possa sergerenciado pela unidade 7, com o uso de ferramentas de controle e de umainterface gráfica para o operador (Interface Gráfica de Usuário - GUI).Como pode ser visto mais claramente na Figura 2, o dispositivo tambémcompreende um sistema de transporte 9 movido a motor, usado paramovimentar os artigos A no sentido z. Vantajosamente, o sistema em questão éformado por um sistema de correia movido a motor, compreendendo, porexemplo, correias sem-fim, sendo que suas partes superiores, que seestendem genericamente em uma direção horizontal, funcionam como partespara transporte dos artigos A.

Naturalmente, o sistema de transporte 9 pode ser de um tipo diferentedo que foi ilustrado, o qual, permanecendo no campo de soluções conhecidasno estado da técnica, não necessita ser aqui descrito detalhadamente.

A mesma Figura 2 mostra que os dispositivos de varredura 3 estãoposicionados para fazer com que os feixes de laser atuem nos artigos A emuma área bem definida de tratamento, designada por 10. Na dita área hágeralmente dispositivos (não ilustrados, mas de um tipo conhecido, porexemplo, dispositivos de sucção de ar) para a eliminação de qualquer possívelrefugo ou perda no processamento.

No caso em que a área de tratamento é relativamente contida ao longodo sentido do fluxo no eixo ζ, o suporte pode até estar ausente, uma vez que oartigo/material tratado é simplesmente mantido estendido na área dotratamento, entre duas correias consecutivas.

O suporte que sustenta os artigos A durante o tratamento pode ser fixo oumóvel de acordo com o tamanho da janela de trabalho/tratamento. Porexemplo, quando, por exigências relacionadas às velocidades deprocessamento e à geometria do artigo tratado, a janela de trabalho for larga,será preferível usar uma sustentação móvel, tal como um transportador do tiporepresentado esquematicamente na Figura 2 ou um cilindro de pressãonegativa, tratado preferencialmente em sua superfície com a adição de materialneutro de silicone/sintético, com espessuras variando de 0,5Dm a 5Dm oumais, contanto que o suporte assim permita. Uma alternativa válida érepresentada por cerdas (sintéticas ou não), adicionadas em densidadeelevada à superfície de suporte.

No caso de janelas de trabalho estreitas e/ou relativamente estreitas, épossível recorrer a uma superfície fixa que possui as mesmas característicasde superfície que as mencionadas anteriormente, ou até mesmo conformeanteriormente demonstrado: em um vácuo se o salto entre os elementos paraarrasto ao longo do fluxo e a consistência das matérias-primas e/ou dosprodutos assim permitirem.

Considerado as características da fonte de laser 1, tem-se que osmelhores resultados de tratamento podem ser obtidos, sendo todos os outrosparâmetros iguais, operando-se com comprimentos de onda entre 9,6 Dm e11,0 Dm e, em um modo preferencial, com um comprimento de onda escolhidoentre 9,6 Dm e 10,6 Dm. Correntemente, o valor 10,2 Dm representa um valorparticularmente preferido.

As fontes de laser que correspondem a estas características decomprimento de onda disponíveis no mercado são, por exemplo, produtoscomo geradores C02 vendidos pelas companhias PRC (EUA), ROFIN-SINAR(Alemanha), Trumpf (Alemanha), ou Laserline (Alemanha).

Embora não se deseje ficar restrito a alguma teoria específica emrelação a isto, o presente depositante tem razões para crer que a qualidadedos resultados obtidos usando os valores acima mencionados está de algummodo correlacionado às características dos materiais normalmente usadospara produção de artigos de higiene sanitária em questão. Os ditos produtosidentificam de fato, junto com os correspondentes materiais constituintes, umtipo bem definido de artigo a ser tratado. São materiais geralmente brancos ou,de algum modo, de cor substancialmente clara, com uma aparência translúcidaou Ieitosa e, conseqüentemente, caracterizados por um grau elevado derefletividade com respeito à luz visível. Sendo assim, deve-se por outro ladonotar que os valores de comprimento de onda anteriormente indicadoscorrespondem às radiações que se encontram no campo do infravermelhoafastado.

Em particular, a fonte 1 é escolhida para poder gerar um ou mais feixesde laser com o diâmetro e a modalidade de comprimento de onda adaptadosao tipo de tratamento que está sendo realizado (corte e/ou soldagem) nosartigos A. Os ditos artigos movem-se geralmente no sistema de transporte 9,cujo sentido de movimento, conforme visto nas Figuras 1 e 2, é da direita paraa esquerda ao longo de um eixo genericamente designado por z.

Em geral, a posição e a distância do gerador de laser 1 no Ieiaute dodispositivo podem ser paralelas ou normais ao sentido dos fluxos no eixo ζ. Aescolha acima dependerá de vários fatores, tais como os espaços disponíveis,o tipo de tratamento a ser realizado, o tamanho do feixe requerido na entradada unidade de deflexão 3, etc. Adicionalmente ao que foi dito acima, comprova-se ser economicamente vantajoso o uso de fontes de múltiplos feixes de laser(possivelmente com múltiplos geradores), isto é, com a capacidade de gerarmais de um feixe ao mesmo tempo, que pode ser tratado independentemente.

Em um modo preferencial, a transferência da radiação de laser ocorredentro de canais pressurizados para impedir a contaminação por agentesexternos. No caso em que unidades de transmissão ópticas estiverempresentes como as designadas por 2 (por exemplo, com um ângulo de deflexãode 90°), estas serão preferivelmente sistemas de reflexão, polarizados erefrigerados por um sistema refrigerador para garantir a estabilidade térmica dosistema como um todo, tipicamente em uma escala de temperaturascompreendida entre 10°C e 30°C. Antes da entrada nos sistemas de deflexão3, no trajeto da radiação de laser pode haver alguns componentes auxiliaresinterpostos, tais como lentes e/ou filtros corretivos a fim de atenuar os defeitosópticos dos sistemas acima ditos.

Por meio das unidades de deflexão 3, um ou mais feixes de laser sãomovimentados, transmitidos e focalizados na área de trabalho ou na janela detratamento, que compreende e inclui uma parcela ou o todo do artigo ou osartigos e/ou matérias-primas a serem tratadas.

Como já dito anteriormente, as unidades de deflexão ou dispositivos devarredura 3, e o gerador de laser 1 são componentes comercialmentedisponíveis, escolhidos para estarem de acordo com as exigências específicasdo tratamento (o tipo de tratamento a ser realizado, tipo de matérias-primas aserem tratadas, etc.).

As experiências conduzidas pelo presente depositante provam que,sendo todos os outros parâmetros iguais (e.g., tipo e tamanho do feixe dechegada originários do gerador), o diâmetro do foco de laser na saída projetadasobre a superfície de trabalho, isto é, nos artigos A1 assume particularimportância.

O diâmetro do foco é geralmente uma função das grandezas físicasmencionadas previamente, enquanto que o dispositivo de varredura 3, ouunidade de deflexão, é escolhido com referência à velocidade da matéria-primaou do fluxo do material a ser tratado e de acordo com as dimensões do produtoa ser tratado.

Também pelas razões explicadas anteriormente, com referência aocomprimento de onda da radiação produzida pela fonte 1, isto é, ascaracterísticas de constituição físicas e químicas das matérias-primas e/ou dosprodutos tratados, as quais são muito sensíveis à infusão de energia, éimportante certificar-se de que a energia do tratamento a laser éconferida/transferida de um modo adequadamente equilibrado.

Este resultado pode ser alcançado graças ao hardware designado por 4na Figura 1 e à sua ação em tempo real de controle das variáveis deprocessamento, tais como a potência do feixe de laser, a velocidadeinstantânea do foco de laser e o próprio tamanho do foco de laser.

A velocidade e a potência são moduladas, ponto a ponto, ao longo dotodo o perfil traçado, por exemplo, com uma freqüência entre 20 ns e 50 Ds deacordo com a resposta de velocidade de fluxo, de posição e de fase do artigofornecida pelo codificador 5 e pelo sensor 6, conectados mecanicamente àunidade principal 8 de processamento.

Para uma melhor compreensão da importância assumida no contexto dasolução aqui descrita pela definição das características de velocidade e depotência, assim como o tamanho do foco de laser, é útil referir-se aosprocessos de soldagem e/ou de corte normalmente realizados em chapas demetal.

Quando duas chapas de metal são soldadas uma à outra usandotécnicas convencionais, por exemplo, o sistema de arco coberto, o arco elétricofunde as duas chapas de metal e o material do eletrodo. Durante a etapa deaquecer e refrigerar o conjunto da solda, as áreas adjacentes à banda de soldasão alteradas termicamente, com aumento do grão cristalino que leva,consequentemente, a um comportamento frágil do material. Nestes casos, defato se pode perceber que as soldas não falham na banda de solda, mas nasproximidades da solda, área chamada de zona de calor afetada (ZAC).

Sendo todos os outros parâmetros iguais, a largura da zona de calorafetada é inversamente proporcional à velocidade de soldagem, e a velocidadede soldagem é, por sua vez, relacionada de modo indiretamente proporcionalao tamanho do conjunto de solda, isto é, quanto maior o conjunto de solda,menor será a velocidade de soldagem e maior a zona de calor afetada. Assoldas executadas nas chapas de metal que usam tecnologia a laser são maisrápidas, têm bandas de solda extremamente pequenas e, conseqüentemente,pequenas zonas de calor afetadas.

Do mesmo modo, o foco nos materiais poliméricos, tais como osmateriais que na maioria dos casos formam produtos de higiene sanitária, deveser virtualmente tão pequeno quanto possível na medida em que o objetivo é,também neste caso, o de reduzir a ZAC, que corresponde geralmente a umaborda endurecida e expandida.

Como já dito anteriormente, a transferência do feixe entre o gerador 1 ea unidade de deflexão 3 ocorre dentro de canais opacos e pressurizados paraimpedir qualquer contaminação externa e, ao mesmo tempo, para proteger osoperadores de quaisquer radiações e/ou queimaduras acidentais.

Qualquer mudança de sentido do feixe ocorre usando sistemas dereflexão (tais como espelhos de cobre refrigerado e de superfície polida), deum ou mais em número para cada feixe de laser, de acordo com oposicionamento do gerador em relação às unidades de deflexão 3.

Como se viu, as matérias-primas e/ou os produtos tratados de acordo coma solução aqui descrita são muito sensíveis à infusão da energia, na medidaem que são predominantemente compostos de materiais plásticos, sintéticosou outros, tais como, por exemplo, PE, PP, resinas de ligação, celulose, etc.Muito freqüentemente estas são películas extremamente finas de espessuravariável e de qualquer modo compreendida entre 10 μηι e 1000 μιη.

A espessura dos materiais que são tratados é, normalmente, o resultadodo processo de junção de vários materiais. Neste caso, a espessura domaterial acabado pode ser da ordem de milímetros.

Em se tratando de corte, a qualidade da borda corre o risco de sofreruma deterioração estrutural (derretimento, queimaduras, endurecimento, etc.) eestá relacionada à largura do perfil tratado e, portanto, às dimensões do focoque executa o tratamento, o qual tende a reduzir ao mínimo o diâmetro.

Tipicamente, com referência preferencial, mas não imperativa aosvalores do comprimento de onda anteriormente considerados, o dito diâmetro écompreendido entre 50 μηι e 2000 μιη, de acordo com o processo que sepretende realizar, seja de corte ou soldagem.

Tipicamente, estes são valores entre 50 μηι e 800 μητι para umtratamento de corte, com valores preferencialmente entre 100 μιη e 300 μιτι.

Para tratamentos de soldagem, faixas mais extensas podem ser usadas,de 100 μιτι a 2000 μιη, e tipicamente entre 100 μιη e 1000 μιη,compativelmente com as necessidades expressas por meio do projeto doproduto.

Nas Figuras 3 a 6, são demonstrados os perfis de irradiação, com opadrão de distribuição de energia relativa para diferentes modalidades defontes que podem ser usadas: Modo OO, Modo D, Modo Q.

Em particular, a Figura 3 ilustra, para os três modos em questão, opadrão típico da intensidade de emissão l/l0 normalizada com relação ao valorde referência I0 = 2P/3.141W2 em que P é a potência total e W é o raio do feixepara o Modo "00" multiplicado pelo fator (1/e2). A escala da abscissa da Figura3 representa a coordenada radial R normalizada com respeito ao fator W.

As Figuras 4 a 6 são representações tridimensionais dos três diagramasda Figura 3.

Como mencionado anteriormente, dado o perfil Gaussiano específico,para a operação do corte dá-se preferência ao uso do Modo OO uma vez quetem uma alta concentração de energia na área central da curva.

Os outros dois modos de feixes, o Modo Qeo Modo D, por conta de suaforma, que tem uma frente de energia muito ampla, são preferidos para asoperações de soldagem.

Em todo o caso, parece preferível usar sistemas ópticos específicos sobas unidades de deflexão 3, que podem reduzir e/ou eliminar os defeitos deovalização de perímetro do feixe, devido aos erros de paralaxe e/ou deaberração esférica e/ou da qualidade das matérias-primas da lente. Os tipospreferidos de sistemas óticos são: SE (lente individual) para a redução dadeformação em 50%, DE (lente dupla) para conduzir o limite de erro a 30%, eTCE (lente tripla) para fazer com que os erros tendam a 0%.Conforme mencionado anteriormente, os valores de potência e develocidade instantânea de "percurso" do feixe de laser nos artigos A sãomodulados, controlados e dispostos em fases através do módulo 4. Tal módulo,como já se disse, pode interagir em tempo real no próprio processo paracontrolar as variáveis envolvidas, instante a instante, ao longo de todo o perfiltraçado, com a capacidade de reagir em tempos pré-determinados durante aprogramação do dispositivo.

O tratamento dos materiais específicos dos produtos de higiene sanitáriadeve ser realizado de modo a não alterar a qualidade dos próprios materiais. Asolução aqui descrita permite que este resultado seja alcançado uma vez quepropicia a regulação precisa das principais variáveis que estão envolvidas noprocesso, tais como:

- a potência P do feixe de laser;

- a velocidade relativa instantânea V do feixe de laser em relação à folhade material a ser processado; e

- o diâmetro instantâneo D do foco de tratamento.

Por exemplo, os experimentos conduzidos pelo atual depositantedemonstram que é possível obter um corte de boa qualidade, certificando-se deque a seguinte relação seja verificada:

<formula>formula see original document page 16</formula>

Onde temos:

<formula>formula see original document page 16</formula>

O valor K tem as dimensões:

<formula>formula see original document page 16</formula>

Em particular, bons resultados de cortes são obtidos com valores de Kentre 25 e 1000 kJ/m2, com valores preferenciais para combinações de doismateriais, um a base de polipropileno e um a base de polietileno, entre 100 e300 kJ/m2.

Deve-se notar que todas as três grandezas físicas que estão envolvidasna definição do valor K são variáveis, em especial a velocidade e a potência,que são variáveis dependentes, ao passo que o diâmetro do ponto é umavariável independente.

Em outras palavras, o diâmetro do foco tem o valor mínimo quando ofeixe está posicionado no centro da janela de trabalho do dispositivo devarredura 3, enquanto que aumenta no tamanho quando o feixe se deslocapara as bordas da janela do trabalho. Este aumento no tamanho do focodepende do fato de que, quando o feixe trabalha na área central, ele épraticamente uma circunferência, ao passo que, quando trabalha na periferiada área de trabalho, ele é transformado em uma elipse com o diâmetro menorigual ao diâmetro da circunferência do foco. O D que deve ser considerado naequação para a determinação de K, neste último caso, é o diâmetro maior daelipse.

É evidente que a amplitude da área de trabalho depende da forma doproduto que se deseja obter, conseqüentemente, não pode ser variada(variável independente).

Para manter o valor K sempre maior do que o valor mínimo para quehaja uma qualidade aceitável de corte, as duas variáveis dependentes,potência e velocidade, são moduladas conjunta ou individualmente.

A fim de poder gerenciar a velocidade e a potência, o módulo 4 é usado,sendo tipicamente configurado para:

- modular a potência do feixe de laser de acordo com a velocidade defluxo dos artigos A ao longo do eixo z, detectada pelo codificador 5, que éconectado mecanicamente na razão de 1 rotação para 1 artigo à unidadeprincipal de processamento; a resolução do codificador depende da velocidadedo processo e da complexidade do perfil tratado, e é compreendida tipicamenteentre 1000 e 10.000 contagens por rotação;

- ajustar o registrador de disparo para o começo e o fim do tratamento doperfil definido no fluxo ao longo do eixo z; isto é obtido graças ao sensorprincipal (codificador) 8, posicionado para agir ao longo do eixo z;

- modular em tempo real a intensidade dos vetores de velocidadeinstantânea de trajeto, em função da posição no perfil de trajeto do foco e emfunção da velocidade do fluxo dos artigos A nos estados transitórios da rampade aceleração e de desaceleração do dispositivo;

- modular, instante a instante, ao longo do traçado do perfil, aintensidade e a direção da componente transversal do vetor da velocidade dofoco, definidas ao longo do eixo χ normal à direção ζ de avanço dos artigos, demodo a garantir uma velocidade resultante tangencial instantânea que sejaapropriada para garantir o valor mínimo desejado de K; a modulação davelocidade dita acima gera uma vantagem adicional uma vez que proporcionauma redução da janela de trabalho no sentido z, com conseqüente redução dosefeitos de ovalização do feixe devido aos erros de paralaxe e/ou de aberraçãoesférica das focalizações ópticas nos sistemas de deflexão 3; e

- modular em tempo real a intensidade da potência do foco paracorte/soldagem, em função da posição no perfil do traçado do foco e em funçãoda velocidade do fluxo dos artigos A1 a fim de garantir uma potênciainstantânea apropriada para produzir o valor mínimo de K desejado tantodurante a operação em condições de estado estacionário, quanto durante osestados transitórios da rampa de aceleração e desaceleração do dispositivo.

A modulação da potência é possível na medida em que a unidade decontrole 4 possui módulo analógico de saída de 0-10V, que permite direcionara fonte de laser na medida em que o cartão para controle da potência dogerador aceita um sinal analógico de direcionamento.

Naturalmente, sem prejudicar o princípio da invenção, os detalhesconstrutivos e as incorporações podem variar consideravelmente com relaçãoao que aqui é descrito e ilustrado, puramente por exemplo não restritivo, edesse modo, sem afastar-se do escopo da presente invenção conformedefinido nas reivindicações anexadas.

Claims

1. Método para submeter artigos escolhidos entre produtos de higienesanitária e componentes dos ditos produtos a tratamento de corte a laser aolongo de um trajeto pré-definido, o tratamento a laser caracterizado por:- aplicar um foco de laser aos ditos artigos e produzir um movimentorelativo de varredura entre o dito foco de laser e ditos artigos ao longo de umtrajeto pré-definido, o foco de laser ter um diâmetro entre 50 μητι e 800 μίτι, ditofoco de laser ter um comprimento de onda entre 9,6 μηη e 11,0 μηι; e- regular em tempo real durante a operação de varredura conjuntamentea potência do dito foco de laser, a velocidade relativa instantânea do dito focode laser com relação ao artigo tratado e o diâmetro instantâneo do foco delaser de modo que a seguinte relação seja satisfeita: <formula>formula see original document page 19</formula> Em que- P é a potência do dito foco de laser,- V é a velocidade relativa instantânea do dito foco de laser com relaçãoao artigo tratado,- D é o diâmetro instantâneo do foco de laser, e- K é um valor limiar escolhido entre 100 kJ/m2 e 300 kJ/m2.

2. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado por esse ditofoco de laser ter um comprimento de onda escolhido entre 9,6 μΐη e 10,6 μιτι.

3. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado por essedito foco de laser estar com o Modo OO de feixe.

4. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado porcompreender adicionalmente as etapas de:- gerar o dito foco de laser com uma fonte não paralela de feixe delaser, e- regular o diâmetro do foco de laser variando a distância óptica entre adita fonte e os ditos artigos.

5. O método de acordo com a reivindicação 04, caracterizado porcompreender adicionalmente as etapas de:- aplicar o dito foco de laser nos ditos artigos por meio de ao menosuma unidade de deflexão, e- regular o diâmetro do foco de laser variando a distância entre a ditafonte e ao menos uma dita unidade de deflexão.

6. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado porcompreender adicionalmente as etapas de:- gerar o dito foco de laser com uma fonte de feixe de laser, e- conduzir o dito feixe de laser da dita fonte na direção dos ditos artigosatravés de canais pressurizados.

7. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado porcompreender adicionalmente as etapas de:- gerar o dito foco de laser com uma fonte de feixe de laser, e- conduzir o dito feixe de laser da dita fonte para os ditos artigos pormeio de ao menos um sistema de reflexão.

8. O método de acordo com a reivindicação 07, caracterizado poradicionalmente refrigerar o dito sistema de reflexão.

9. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado poradicionalmente regular a potência associada ao dito foco de laser na faixa entre-100We 1000 W.

10. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado poradicionalmente manter substancialmente constante a velocidade instantâneade varredura dos ditos artigos pelo foco de laser.

11. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado poradicionalmente produzir o dito movimento relativo de varredura como resultanteentre um movimento de avanço dos ditos artigos em um sentido (z) e ummovimento de deflexão do dito foco de laser, o dito movimento de deflexãotendo ao menos um componente em uma direção transversal (x) com relação àdireção (z) do dito movimento de avanço dos artigos.

12. O método de acordo com reivindicação 01, caracterizado poradicionalmente manter ativa ou desativar seletivamente o dito foco de laser deacordo com a posição alcançada no dito movimento de varredura.

13. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado poradicionalmente neutralizar os defeitos de ovalização perimetral do dito foco delaser por meio de sistema óptico específico.

14. O método de acordo com reivindicação 01, caracterizado poradicionalmente suportar os ditos artigos por ao menos um elemento de correiae de cilindro.

15. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado poradicionalmente suportar os ditos artigos por meio de elementos de temperaturacontrolada.

16. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado poradicionalmente suportar os ditos artigos por meio de ao menos um elementorevestido com uma camada de material antiaderente, tal como o siliconeneutro.

17. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado por ofoco de laser ter um diâmetro entre 100 μηπ e 300 μιτι.

18. O método de acordo com a reivindicação 01, caracterizado por ofoco de laser ter um comprimento de onda aproximadamente de 10,2 μιτι.

19. Dispositivo para submeter artigos escolhidos entre produtos dehigiene sanitária e componentes dos ditos produtos a tratamento de corte alaser ao longo de um trajeto pré-definido, o dispositivo caracterizado porcompreender:- uma fonte de feixe de laser configurada para aplicar nos ditos artigosum foco de laser com um diâmetro entre 50 μπι e 800 μηι, o dito foco de lasertendo um comprimento de onda entre 9,6 μιτι e 11,0 μιτι,- ao menos um sistema de movimentação para produzir um movimentode varredura entre o dito foco de laser e os ditos artigos, e- uma unidade de controle configurada para regular conjuntamente apotência do dito foco de laser, a velocidade relativa instantânea do dito foco delaser com relação ao artigo tratado, e o diâmetro instantâneo do foco detratamento a laser de modo que a seguinte relação seja satisfeita: <formula>formula see original document page 21</formula> Em que- P é a potência do dito foco de laser,- V é a velocidade relativa instantânea do dito foco de laser com relaçãoao artigo tratado,- D é o diâmetro instantâneo do foco de laser, e- K é um valor limiar K escolhido entre 100 kJ/m2 e 300 kJ/m2.

20. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado poresse dito foco de laser ter um comprimento de onda escolhido entre 9,6 μηι e-10,6 μητι.

21. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado poresse dito foco de laser estar com o Modo OO de feixe.

22. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado poressa dita fonte ser uma fonte não paralela de feixe de laser e a distância ópticaentre a dita fonte e os ditos artigos ser variável para regular o diâmetro do ditofoco de laser.

23. O dispositivo de acordo com a reivindicação 22, caracterizado poradicionalmente compreender ao menos uma unidade de deflexão para aplicar odito foco de laser nos ditos artigos e em que a distância entre a dita fonte e aomenos uma dita unidade de deflexão é variável para regular o diâmetro do ditofoco de laser.

24. O dispositivo de acordo a reivindicação 19, caracterizado poradicionalmente compreender canais pressurizados para conduzir o dito feixe delaser da dita fonte em direção aos ditos artigos.

25. O dispositivo de acordo a reivindicação 19, caracterizado poradicionalmente compreender ao menos um sistema de reflexão para conduzir odito feixe de laser da dita fonte em direção aos ditos artigos.

26. O dispositivo de acordo com a reivindicação 25, caracterizado poresse dito sistema de reflexão ser refrigerado e/ou polarizado.

27. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelapotência associada ao dito foco de laser estar compreendida na faixa entre 100We 1000 W.

28. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado poradicionalmente compreender uma unidade de controle configurada para regulare/ou modular a potência associada ao dito foco de laser em função de aomenos uma entre a velocidade dos artigos e a posição instantânea do foco nalinha da varredura dos ditos artigos pelo próprio foco.

29. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado poradicionalmente compreender uma unidade de controle configurada para mantersubstancialmente constante a velocidade dos artigos e a posição instantâneado foco ao longo do perímetro pré-definido de demarcação e,consequentemente, a intensidade instantânea dos vetores resultantes.

30. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado poresse dito sistema de movimentação compreender:- um transportador, para produzir um movimento de avanço dos ditosartigos em um sentido (z); e- ao menos uma unidade de deflexão para regular ou produzir ummovimento de deflexão do dito foco de laser com ao menos um componenteem uma direção transversal (x) com relação ao sentido (z) do dito movimentode avanço dos artigos.

31. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado poradicionalmente compreender uma unidade de controle configurada para ativare/ou desativar seletivamente o dito foco de laser de acordo com a posiçãoalcançada no dito movimento de varredura.

32. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado poradicionalmente compreender unidades ópticas para neutralizar os defeitos deovalização perimetral do dito foco de laser.

33. O dispositivo de acordo com a reivindicação 32, caracterizado por asditas unidades ópticas serem escolhidas entre sistemas óticos de lenteindividual, lente dupla, e lente tripla.

34. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado poradicionalmente compreender ao menos um elemento de correia e de cilindropara suporte dos ditos artigos.

35. O dispositivo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado poradicionalmente compreender elementos de temperatura controlada parasuporte dos ditos artigos.

36. O dispositivo de acordo a reivindicação 19, caracterizado poradicionalmente compreender ao menos um elemento revestido com umacamada de material antiaderente, tal como o silicone neutro para suporte dosditos artigos.

37. O sistema de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por ofoco de laser ter um diâmetro entre 100 μητι e 300 μηι.

38. O sistema de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por ofoco de laser ter um comprimento de onda de aproximadamente 10,2 μιτι.