Laser cutting of polymeric materials for thermoforming applications

Plastic materials are used in our live with a wide variety of products for any applications. An important process to machine polymeric materials is thermoforming. In this work, we focus on thermoformed plastics for food packaging. The aim of this thesis consists in studying the behaviour of plastic materials when they are machined (cut) with laser sources because we want to analyse if it is possible to introduce this type of process in a thermoforming machine. In fact, the goal is to find an alternate process to drill plastic materials. Different laser systems were used and it was found the more suitable, CO2 laser source. The tests were performed cutting or drilling the polymers and changing the powers and the cutting speeds. The obtained kerfs were analysed with optical microscope to evaluate the quality of the results. It was evident that some materials are more suitable to be machined with laser systems respect to others. In these cases, the process can be done with high speed and good quality. Moreover, thermal analysis were performed to study the behaviour of the materials after and before the laser process through differential scanning calorimetry (DSC).

I materiali plastici sono largamente utilizzati in un’ampia varietà di prodotti per qualsiasi applicazione. Un importante processo per lavorare i materiali polimerici è la termoformatura. In questa tesi, ci focalizzeremo sulle plastiche usate in termoformatura per l’imballaggio alimentare. Lo scopo di questa tesi consiste nello studiare il comportamento del materiale plastico quando è lavorato (tagliato) con una sorgente laser con lo scopo di analizzare se è possibile introdurre questo tipo di processo nelle machine per la termoformatura. Infatti l’obbiettivo è di trovare un processo alternativo per tagliare i materiali plastici. Differenti sistemi laser sono stati utilizzati ed è stato individuato il più adatto, cioè la sorgente laser CO2. I test sono stati eseguiti tagliando o forando polimeri e cambiando i valori di potenza e della velocità di taglio. I tagli ottenuti sono stati analizzati con il microscopio ottico per valutare la qualità dei risultati. E’ evidente che alcuni materiali risultano più adatti alla lavorazione con sistemi laser rispetto ad altri. In questi casi, il processo può essere eseguito con alte velocità e buona qualità. Inoltre, analisi termiche sono state eseguite studiando il comportamento di alcuni materiali prima e dopo il processo laser attraverso la calorimetria differenziale a scansione (DSC).