包裝線常見噴碼機和激光打碼機的應用對比

李 軒 王俊杰 薛永強

（蘭州生物制品研究所有限責任公司，甘肅 蘭州 730046）

0 引言

市面上出售的帶包裝的商品，均需在產品檢測合格后在其包裝上留下相應的三期標志，食品、藥品等相關產品要求尤其嚴格。大多數企業采用油墨噴碼或激光打碼兩種方式，兩種方式均存在各自的優缺點。

藥品企業自動化包裝線上通常使用壓電式噴碼機、激光打碼機及熱發泡噴碼機，它們通過不同的工作原理將預設的三期碼賦在包材上。包材分為小盒、中盒和大箱，根據表面材質和生產需求的不同需要匹配相應的賦碼形式。

1 外部形態及占用空間大小

1.1 壓電式噴碼機

壓電式噴碼機整體尺寸約700mm×600mm×150mm，結構完整，一般只需要一個主體；占用輸送網帶約100 mm×80 mm的缺口。

壓電式噴碼機的核心部件主要包括油墨盒、冷凝器、光電、粘度計、晶振管、充電槽機及回收槽等。

1.2 激光打碼機

激光打碼機整體尺寸約1000mm×800mm×170mm，結構復雜，一般由兩部分構成；占用輸送網帶約3個缺口，分別為100 mm×80 mm（激光頭）、100 mm×100 mm（同步器）及80 mm×80 mm（吸塵口）。

激光打碼機的核心部件主要包括激光管、吸煙器、同步器、光電等。

1.3 熱發泡噴碼機

熱發泡噴碼機整體機身尺寸約400 mm×50 mm×600 mm，結構完整，一般只需要一個主體；占用輸送網帶約200 mm×150 mm的缺口。

熱發泡噴碼機的核心部件主要包括墨盒、光電等。

2 工作原理

2.1 壓電式噴碼機工作原理

壓電式噴碼機工作原理如圖1所示，其機箱中有油墨盒、稀釋劑盒、廢液盒，設備運轉時，首先位于油墨盒中的導管開始吸取油墨通向噴頭方向，另一根檢測導管同時進行工作，將少許油墨吸取至粘度計中，當油墨充滿粘度計后，其中的小球受油墨沖擊位于最高點，此時設備開始計算時間，小球受重力作用開始豎直向下運動，當小球落在最低點時，觸發電信號并停止計時。小球運動的這段位移記為Δx，在Δx不變的情況下，所用時間Δt越長意味著油墨越黏稠，S值越大，反之S值越小。當粘度數值S過大時，稀釋劑盒中的稀釋劑將會被抽入墨盒降低油墨濃度，保證噴碼效果。

圖1 壓電式噴碼機主要工作原理圖

接下來，粘度適合的油墨通過導管和充電槽，在充電槽中會為每一滴油墨施加負電荷，繼續向前通過狹長的兩極板，極板中有著可變的電場，帶電油墨經過兩極板后受電場力發生偏轉，然后在包材上形成字符[1]。

2.2 激光打碼機工作原理

激光打碼機工作原理如圖2所示，運轉過程中，當電源電壓給到激光發射裝置后，由激光發射器產生9～11 μm波長的隱形光束，通過振蕩器振蕩，使得原本均勻不變的光束發生偏轉，形成字符[2]。

圖2 激光打碼機主要工作原理圖

激光在打碼前需要經過一個容器空腔，由于光束始終是發散的，因此在這個空腔內激光光束是散射狀態，為了保證激光只在需要的范圍內發射并成功打碼，剩余多的輻射量就需要防護裝置去吸收。但激光輻射的量在空腔中難以被完全吸收，而反復反射會將空腔內壁燒毀，因此，還需要在基片外加裝光束阻擋裝置，用于在短時間內完全吸收輻射，并且所有的防護材料必須能夠阻擋9～11 μm波長的光束。

2.3 熱發泡噴碼機工作原理

熱發泡噴碼機工作原理如圖3所示，需要將墨盒安裝在墨盒底座上，通過加熱電阻來瞬間加熱噴頭，使得噴頭處的墨滴產生無數小氣泡，高溫下迫使小氣泡從噴頭處噴濺出，然后形成需要的文字、符號等，完成一次噴碼后繼續補充新的墨滴，等待下一次信號的觸發[3]。

圖3 熱發泡噴碼機主要工作原理圖

熱發泡噴碼機一個噴頭只能完成一行文字的噴碼，在噴印三期碼時就需要配備三組噴頭，共用一個觸發信號，同時噴印三行字符。

3 影響字符效果的主要因素

3.1 電壓對壓電式噴碼機的影響

在墨點分裂時間調節好的情況下，設定電壓的大小會影響偏轉板對帶點墨滴的偏轉效果，如圖4所示。

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圖4 不同電壓下噴碼效果

根據圖示噴碼效果所示，當設定電壓偏小時（150 V），墨滴偏轉量不足，有多個墨滴連在一起，形成堆積狀態；當設定電壓偏大時（220 V），墨滴偏轉量過度，有多個墨滴偏離預設位置，形成發散狀態。設備正常噴碼的電壓應控制在190 V左右。

3.2 角度對激光打碼機的影響

在標刻速度大小調節好的情況下，最能影響激光機字符形狀的就是激光頭與打印表面之間的角度。假定打印表面絕對水平，由于鏡頭與打印表面相距約11 cm，因此二者只要存在一點角度，就會影響打碼效果。

如圖5所示，當α＜90°時，字符會出現前寬后緊的情況；當α＞90°時，字符會出現前緊后寬的情況。由于設備是獨立的，沒有與上下游設備連接，因此要根據字符情況及時做出調整。

圖5 不同角度下標刻效果

3.3 速度對熱發泡噴碼機的影響

在油墨充足且溫濕度適宜的情況下，熱發泡噴碼機想要噴印出完整的字符，就需要注意上游自動生產線的生產速度。

如圖6所示，熱發泡噴碼機上游出料速度低于12箱/h時，字符會出現缺墨或者斷墨的情況，因為熱發泡噴碼機在噴碼時噴頭會處于加熱狀態，長時間不工作會導致噴頭處原本待噴碼的油墨風干從而堵塞噴頭，影響噴碼效果。

圖6 不同速度下噴碼效果

4 維護保養要求

4.1 油墨噴碼機

（1）清洗回收槽：一般來說，油墨噴碼機采用的油墨容易風干，因此設備在每次使用結束后都會先關閉墨線，內部會將剩余管道中的油墨排干凈，全部回到回收槽中進入廢液盒。但是實際生產中仍然會有少量油墨飛濺至噴頭內部，長期堆積影響墨線軌跡，建議每天開機前使用清洗劑將回收槽及噴頭處清洗干凈。

（2）更換主過濾器：為避免油墨中含有的殘渣及結塊影響噴碼效果，在油墨傳輸至墨滴發生器之前需要配備主過濾器，原則上設備在運行600 h后需要更換新的過濾器，具體視實際生產情況決定。

4.2 激光打碼機

（1）鏡頭：激光打碼機在進行標刻時會灼燒包材表面并產生煙霧，雖然每臺激光機都配備了吸煙機，能保證第一時間吸收絕大部分煙霧，但仍然有少量煙霧散落在標刻頭附近，甚至吸附在鏡頭上，從而影響標刻效果。因此，需要根據生產情況安排鏡頭的清潔，定期使用擦鏡紙或棉簽對鏡頭進行擦拭并檢查鏡頭有無劃痕。如果存在劃痕并且影響標刻效果，則需要對鏡頭進行更換。

（2）更換吸煙機過濾器：經過標刻后產生的煙霧通過吸煙機吸收進過濾器系統中，吸煙機會在灰塵堆積滿后提示更換或清理多余灰塵（還可以按照提示時間制定定期維護計劃）。更換過濾器系統時要注意保護自身，佩戴一定的防護裝置，更換后的過濾器需要妥善處理。

4.3 熱發泡噴碼機

熱發泡噴碼機在日常使用時主要需要注意的就是噴頭，在使用前用棉布擦拭噴頭表面，將堆積的油墨和風干的部分清理干凈再安裝使用。

實際生產中，往往會出現噴碼效果缺失、字符不全的問題，可以考慮噴頭風干的情況，在生產速度低于12箱/h時需要開啟循環微凈化功能。循環微凈化是指設備在設定時間內沒有完成一次噴碼時系統會自動噴出少許油墨保持噴頭的濕潤狀態。例如：設定循環微凈化時間45 s，微凈化強度20，指的就是在45 s內沒有噴碼信號時，噴頭會完成一次噴墨，噴墨的量為20個單位。

5 適用條件

5.1 油墨噴碼機適用條件

經生產實際情況測定，當噴頭與包材間距1～3 cm，噴碼區域約1 cm×25 cm時，油墨噴碼機的穩定適用速度不超過180次/min，一般用于中速自動化包裝線及多支裝疫苗類的包材。要求噴印區域最好為白色或淺色。對環境溫度要求較高，設備內部自帶墨水加熱，穩定噴印的溫度為25℃，若超出該溫度，噴印效果會受一定影響。

5.2 激光打碼機適用條件

根據實際生產條件測定，當鏡頭與包材間距11～12cm，噴碼區域約1 cm×1.5 cm時，激光打碼機運行速度不超過400次/min，一般適用于西林瓶單支裝及“一水一苗”（一支西林瓶一支安瓿瓶）的自動化生產線。要求噴印區域最好有底色，在藍色或綠色背景下，激光打碼機會留下白色的打碼字符，便于識別。若為白色或淺色背景，打印出的字符在視覺檢測時容易出現誤剔。對環境溫度要求較低，一般不超過30℃，便于機身散熱即可。

5.3 熱發泡噴碼機適用條件

當噴頭與包材間距0.5～1 cm，噴印區域為10 cm×15 cm，并且運行速度不超過10次/min時建議選用熱發泡噴碼機。因為熱發泡噴碼機噴出的油墨量大，不容易風干，包材一般選擇吸水性較強的，表面光滑或有塑料薄膜的包材其噴印字符容易在運輸中被破壞。對環境溫度要求較低，但對環境濕度要求高，過于干燥的環境會加速噴頭堵塞，減少墨盒的使用次數。

6 結語

三期碼在食品藥品生產企業中至關重要，能夠反映出產品批號、生產日期、有效期等。無論是油墨噴碼、激光打碼還是鋼印等方式，都要保證三期碼清晰可辨，并支持長期保存，依據生產線產能及包材的不同，可以選擇不同的賦碼形式。本文比較了三種生產線常見的三期賦碼方式，可以幫助生產人員根據所在生產線的實際情況選擇合適的設備，并提供了每種賦碼形式的設備在維修及維護保養時需要注意的問題，有利于降低設備故障率，提升生產效率。