包装线常见喷码机和激光打码机的应用对比

李 轩 王俊杰 薛永强

（兰州生物制品研究所有限责任公司，甘肃 兰州 730046）

0 引言

市面上出售的带包装的商品，均需在产品检测合格后在其包装上留下相应的三期标志，食品、药品等相关产品要求尤其严格。大多数企业采用油墨喷码或激光打码两种方式，两种方式均存在各自的优缺点。

药品企业自动化包装线上通常使用压电式喷码机、激光打码机及热发泡喷码机，它们通过不同的工作原理将预设的三期码赋在包材上。包材分为小盒、中盒和大箱，根据表面材质和生产需求的不同需要匹配相应的赋码形式。

1 外部形态及占用空间大小

1.1 压电式喷码机

压电式喷码机整体尺寸约700mm×600mm×150mm，结构完整，一般只需要一个主体；占用输送网带约100 mm×80 mm的缺口。

压电式喷码机的核心部件主要包括油墨盒、冷凝器、光电、粘度计、晶振管、充电槽机及回收槽等。

1.2 激光打码机

激光打码机整体尺寸约1000mm×800mm×170mm，结构复杂，一般由两部分构成；占用输送网带约3个缺口，分别为100 mm×80 mm（激光头）、100 mm×100 mm（同步器）及80 mm×80 mm（吸尘口）。

激光打码机的核心部件主要包括激光管、吸烟器、同步器、光电等。

1.3 热发泡喷码机

热发泡喷码机整体机身尺寸约400 mm×50 mm×600 mm，结构完整，一般只需要一个主体；占用输送网带约200 mm×150 mm的缺口。

热发泡喷码机的核心部件主要包括墨盒、光电等。

2 工作原理

2.1 压电式喷码机工作原理

压电式喷码机工作原理如图1所示，其机箱中有油墨盒、稀释剂盒、废液盒，设备运转时，首先位于油墨盒中的导管开始吸取油墨通向喷头方向，另一根检测导管同时进行工作，将少许油墨吸取至粘度计中，当油墨充满粘度计后，其中的小球受油墨冲击位于最高点，此时设备开始计算时间，小球受重力作用开始竖直向下运动，当小球落在最低点时，触发电信号并停止计时。小球运动的这段位移记为Δx，在Δx不变的情况下，所用时间Δt越长意味着油墨越黏稠，S值越大，反之S值越小。当粘度数值S过大时，稀释剂盒中的稀释剂将会被抽入墨盒降低油墨浓度，保证喷码效果。

图1 压电式喷码机主要工作原理图

接下来，粘度适合的油墨通过导管和充电槽，在充电槽中会为每一滴油墨施加负电荷，继续向前通过狭长的两极板，极板中有着可变的电场，带电油墨经过两极板后受电场力发生偏转，然后在包材上形成字符[1]。

2.2 激光打码机工作原理

激光打码机工作原理如图2所示，运转过程中，当电源电压给到激光发射装置后，由激光发射器产生9～11 μm波长的隐形光束，通过振荡器振荡，使得原本均匀不变的光束发生偏转，形成字符[2]。

图2 激光打码机主要工作原理图

激光在打码前需要经过一个容器空腔，由于光束始终是发散的，因此在这个空腔内激光光束是散射状态，为了保证激光只在需要的范围内发射并成功打码，剩余多的辐射量就需要防护装置去吸收。但激光辐射的量在空腔中难以被完全吸收，而反复反射会将空腔内壁烧毁，因此，还需要在基片外加装光束阻挡装置，用于在短时间内完全吸收辐射，并且所有的防护材料必须能够阻挡9～11 μm波长的光束。

2.3 热发泡喷码机工作原理

热发泡喷码机工作原理如图3所示，需要将墨盒安装在墨盒底座上，通过加热电阻来瞬间加热喷头，使得喷头处的墨滴产生无数小气泡，高温下迫使小气泡从喷头处喷溅出，然后形成需要的文字、符号等，完成一次喷码后继续补充新的墨滴，等待下一次信号的触发[3]。

图3 热发泡喷码机主要工作原理图

热发泡喷码机一个喷头只能完成一行文字的喷码，在喷印三期码时就需要配备三组喷头，共用一个触发信号，同时喷印三行字符。

3 影响字符效果的主要因素

3.1 电压对压电式喷码机的影响

在墨点分裂时间调节好的情况下，设定电压的大小会影响偏转板对带点墨滴的偏转效果，如图4所示。

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图4 不同电压下喷码效果

根据图示喷码效果所示，当设定电压偏小时（150 V），墨滴偏转量不足，有多个墨滴连在一起，形成堆积状态；当设定电压偏大时（220 V），墨滴偏转量过度，有多个墨滴偏离预设位置，形成发散状态。设备正常喷码的电压应控制在190 V左右。

3.2 角度对激光打码机的影响

在标刻速度大小调节好的情况下，最能影响激光机字符形状的就是激光头与打印表面之间的角度。假定打印表面绝对水平，由于镜头与打印表面相距约11 cm，因此二者只要存在一点角度，就会影响打码效果。

如图5所示，当α＜90°时，字符会出现前宽后紧的情况；当α＞90°时，字符会出现前紧后宽的情况。由于设备是独立的，没有与上下游设备连接，因此要根据字符情况及时做出调整。

图5 不同角度下标刻效果

3.3 速度对热发泡喷码机的影响

在油墨充足且温湿度适宜的情况下，热发泡喷码机想要喷印出完整的字符，就需要注意上游自动生产线的生产速度。

如图6所示，热发泡喷码机上游出料速度低于12箱/h时，字符会出现缺墨或者断墨的情况，因为热发泡喷码机在喷码时喷头会处于加热状态，长时间不工作会导致喷头处原本待喷码的油墨风干从而堵塞喷头，影响喷码效果。

图6 不同速度下喷码效果

4 维护保养要求

4.1 油墨喷码机

（1）清洗回收槽：一般来说，油墨喷码机采用的油墨容易风干，因此设备在每次使用结束后都会先关闭墨线，内部会将剩余管道中的油墨排干净，全部回到回收槽中进入废液盒。但是实际生产中仍然会有少量油墨飞溅至喷头内部，长期堆积影响墨线轨迹，建议每天开机前使用清洗剂将回收槽及喷头处清洗干净。

（2）更换主过滤器：为避免油墨中含有的残渣及结块影响喷码效果，在油墨传输至墨滴发生器之前需要配备主过滤器，原则上设备在运行600 h后需要更换新的过滤器，具体视实际生产情况决定。

4.2 激光打码机

（1）镜头：激光打码机在进行标刻时会灼烧包材表面并产生烟雾，虽然每台激光机都配备了吸烟机，能保证第一时间吸收绝大部分烟雾，但仍然有少量烟雾散落在标刻头附近，甚至吸附在镜头上，从而影响标刻效果。因此，需要根据生产情况安排镜头的清洁，定期使用擦镜纸或棉签对镜头进行擦拭并检查镜头有无划痕。如果存在划痕并且影响标刻效果，则需要对镜头进行更换。

（2）更换吸烟机过滤器：经过标刻后产生的烟雾通过吸烟机吸收进过滤器系统中，吸烟机会在灰尘堆积满后提示更换或清理多余灰尘（还可以按照提示时间制定定期维护计划）。更换过滤器系统时要注意保护自身，佩戴一定的防护装置，更换后的过滤器需要妥善处理。

4.3 热发泡喷码机

热发泡喷码机在日常使用时主要需要注意的就是喷头，在使用前用棉布擦拭喷头表面，将堆积的油墨和风干的部分清理干净再安装使用。

实际生产中，往往会出现喷码效果缺失、字符不全的问题，可以考虑喷头风干的情况，在生产速度低于12箱/h时需要开启循环微净化功能。循环微净化是指设备在设定时间内没有完成一次喷码时系统会自动喷出少许油墨保持喷头的湿润状态。例如：设定循环微净化时间45 s，微净化强度20，指的就是在45 s内没有喷码信号时，喷头会完成一次喷墨，喷墨的量为20个单位。

5 适用条件

5.1 油墨喷码机适用条件

经生产实际情况测定，当喷头与包材间距1～3 cm，喷码区域约1 cm×25 cm时，油墨喷码机的稳定适用速度不超过180次/min，一般用于中速自动化包装线及多支装疫苗类的包材。要求喷印区域最好为白色或浅色。对环境温度要求较高，设备内部自带墨水加热，稳定喷印的温度为25℃，若超出该温度，喷印效果会受一定影响。

5.2 激光打码机适用条件

根据实际生产条件测定，当镜头与包材间距11～12cm，喷码区域约1 cm×1.5 cm时，激光打码机运行速度不超过400次/min，一般适用于西林瓶单支装及“一水一苗”（一支西林瓶一支安瓿瓶）的自动化生产线。要求喷印区域最好有底色，在蓝色或绿色背景下，激光打码机会留下白色的打码字符，便于识别。若为白色或浅色背景，打印出的字符在视觉检测时容易出现误剔。对环境温度要求较低，一般不超过30℃，便于机身散热即可。

5.3 热发泡喷码机适用条件

当喷头与包材间距0.5～1 cm，喷印区域为10 cm×15 cm，并且运行速度不超过10次/min时建议选用热发泡喷码机。因为热发泡喷码机喷出的油墨量大，不容易风干，包材一般选择吸水性较强的，表面光滑或有塑料薄膜的包材其喷印字符容易在运输中被破坏。对环境温度要求较低，但对环境湿度要求高，过于干燥的环境会加速喷头堵塞，减少墨盒的使用次数。

6 结语

三期码在食品药品生产企业中至关重要，能够反映出产品批号、生产日期、有效期等。无论是油墨喷码、激光打码还是钢印等方式，都要保证三期码清晰可辨，并支持长期保存，依据生产线产能及包材的不同，可以选择不同的赋码形式。本文比较了三种生产线常见的三期赋码方式，可以帮助生产人员根据所在生产线的实际情况选择合适的设备，并提供了每种赋码形式的设备在维修及维护保养时需要注意的问题，有利于降低设备故障率，提升生产效率。