Nettoyage et texturation laser dans les industries alimentaires
Food industries need cleaning methods to remove oxide films, grease and rust from surfaces that are used for baking, cooking and BBQing etc. Using chemicals and mechanical abrasive methods are not recommended because first of all they may damage the substrate and secondly the chemical methods may leave a residue that could be a potential health danger.
In addition, to apply a chemical cleaning methods, the equipment needs to be taken apart such as in the case of mold in a press [Reference 1].
Laser cleaning is an alternative method that has many advantages over conventional abrasive or chemical methods. Q switched, nano-second pulsed lasers in near IR, are very effective in removing small particles which stick strongly to the surfaces [Reference 1]. Oxide and grease layers can be formed on surfaces that are used in the cleaning industry and for hygienic reasons, these surfaces need to be cleaned regularly.
Laser cleaning is a non-contact method and can be used on delicate surfaces. Figure 1 shows a baking tray for which a contaminant layer is being removed using a laser cleaning device
The gum residues, grease and rust films that are formed on surfaces used in the food industry are either absorbing or non-absorbing to the NIR beam. Oxide layers are normally absorbing and the first few pulses produce a photothermal ablation and the resulting plasma which creates micro-explosions removes the layer from the surface. When the metal substrate is exposed, subsequent pulses diffusely reflect from the metal substrate.
If the top layer is made of grease, then it is totally transparent to the near IR beam and the transmitted beam reached the underlying oxide layer and produces micro-explosions which in turn remove the grease and the oxide layer itself.
Figure 2 shows the laser cleaning process of an oxide layer on a metal substrate
A different approach to keep surfaces clean and anti-bacterial in the food industry is the usage of laser texturing to create a water repellent surface topography [Reference 3]. Instead of laser cleaning the surfaces after they get dirty with bacteria, grease, rust and oxide films, why not create a surface topography which repels water, is antibacterial and doesn’t get dirty in the first place?
Nature gives us an example of this type of surface in the form of water repellent properties in lotus leaves. The surface topography in lotus leaves has a periodic structure which traps pockets of air and therefore reduces the contact area between the liquid and the surface. Water remains in spherical droplets and the adhesion of bacteria on the surface is reduced. Figure 3 shows a picture of a periodic structure of lotus leaves and the spherical water droplets on its surface.
Figure 3 : Propriétés autonettoyantes des feuilles de lotus et topographie de leur surface
Continuer la lecture
La fabrication laser, utilisant des faisceaux de haute intensité à impulsions ultracourtes, permet de créer une surface texturée semblable à une feuille de lotus sur des surfaces plastiques ou métalliques, offrant ainsi des propriétés hydrofuges et antibactériennes. Les bactéries ne peuvent adhérer à ces surfaces, le contact entre le liquide et la surface étant minimal. La figure 4 illustre un exemple de surface texturée au laser ressemblant à une feuille de lotus.
La texturation de surface par laser (LST) pour créer des surfaces telles que celles illustrées à la figure 4 est généralement utilisée avec deux méthodes de fabrication laser différentes [Référence 4]. La première méthode, appelée photolithographie, utilise des lasers excimères pulsés émettant dans les UV et un masque sensible aux UV pour imprimer un motif sur une surface métallique ou plastique. La seconde méthode utilise des lasers Nd:YAG femtoseconde et un processus automatisé pour graver les motifs sur la surface [Référence 5]. Les lasers femtoseconde ont des effets thermiques minimes et conviennent au micro-usinage. La figure 5 présente un masque pour les applications de photolithographie ainsi qu'une configuration de micro-usinage utilisant un laser proche infrarouge femtoseconde [Référence 5].
Figure 5 : Masques pour applications de photolithographie (à droite) et d'usinage laser femtoseconde (à gauche) [Référence 5]
Dans l'industrie agroalimentaire, la texturation laser est particulièrement utilisée pour les grands récipients à lait [Référence 3]. Ces récipients doivent être nettoyés presque toutes les huit heures afin d'éviter la prolifération bactérienne à leur surface. Par conséquent, le processus de production doit être interrompu jusqu'à la fin du nettoyage. La texturation laser de l'intérieur de ces récipients empêcherait le dépôt de bactéries, permettrait de gagner du temps et de l'argent, tout en augmentant la productivité.
Allied Scientific Pro (ASP) propose plusieurs systèmes de nettoyage laser utilisant des lasers à fibre pulsés nanosecondes NIR de haute puissance moyenne, très efficaces pour le nettoyage des surfaces métalliques. L'industrie agroalimentaire peut utiliser ces systèmes pour préserver ses surfaces des contaminants. La figure 6 présente les systèmes de nettoyage laser proposés par ASP.
Figure 6 : Système de nettoyage LaserBlast-100
Le LaserBlast-100 Le système de nettoyage est doté d'un mécanisme galvanométrique avec optique qui lui permet de produire différentes formes de faisceau telles que linéaire, carré, circulaire, elliptique, etc., qui conviennent à différentes formes de surface.
Visitez notre site Web dédié au nettoyage au laser pour en savoir plus
Références :
1- S.Prandoni et P. Salvadeo, Nettoyage laser industriel, Solutions laser industrielles pour la fabrication, 2002 (Article en ligne).
2- Site Web d'équipement de sablage Norton.
3- Luca Romoli, Les machines autonettoyantes pour l’industrie alimentaire se rapprochent, les nouveautés dans la technologie et la fabrication alimentaires, 2017 (Article en ligne).
4- Izhak Etsion, État de l'art en texturation de surface laser, Journal of tribology, 248, vol 27, 2005.
5- Chia-Lu Lee et.al, Utilisation d'un laser femto-seconde pour fabriquer des microstructures tridimensionnelles intérieures de haute précision dans une puce à flux polymère, biomicrofluidics 4(4):46502, 2010.