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塑料激光焊接技术在医疗器械行业应用 |
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作者：莱丹塑料焊接技术（上海）有限公司 |
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塑料材料在医疗器械领域应用的日趋广泛，特别是一些高端产品的应用，大都与新的塑料加工工艺密切相关。激光焊接作为一种较新的塑料焊接工艺，受到了医疗器械行业的广泛关注。本文介绍了塑料激光焊接的原理、工艺及在医疗器械行业中的典型应用。
塑料激光焊接原理
在热塑性塑料的激光焊接过程中，两个待焊塑料零件通过夹紧夹具夹在一起，其中的一个塑料件能让激光穿透，而另一个塑料件能吸收激光的能量。激光束通过上层的透光材料到达焊接平面，然后被下层材料吸收。激光能量被吸收使得下层材料温度升高，从而熔化上层和下层的塑料，最后凝固成牢固的焊缝。
塑料激光焊接的优点在于，它是一种非接触式的焊接方法。由于激光的能量只是作用于非常小的焊接区域，因而极大地减小了工件的热应力及振动对工件的破坏。
塑料激光焊接的几种方法
塑料激光焊接的方法主要有：轮廓焊接、同步焊接、准同步焊接、放射状焊接及Globol焊接等。
1.轮廓焊接
顾名思义，轮廓焊接就是使激光沿着工件的焊接线移动，将需要焊接的塑料层熔化并粘结在一起。有些时候，也可以固定激光的位置，通过移动或旋转工件来达到焊接的目的。
2.同步焊接
同步焊接首先根据焊接区域形状订制相应的激光头（镜头），要求焊接区域形状一般都是对称的，比如圆形。同步焊接的激光束来源于多个二极管激光束，它们同时作用于焊接区域的轮廓线上熔化焊接区域达到焊接效果。同步焊接的缺陷在于，它的镜头必须根据工件的焊接区域形状进行订制。
3.掩模焊接
掩模焊接需要制作一个可以反射或者吸收激光的模板。模板用来定位焊接区域，激光透过模板熔化焊接区域达到焊接效果。掩模焊接的优点在于它的灵活性，模板可以根据焊接区域的形状进行更改，同时，这种焊接方法也适用于高精密焊接，其精密度可以达到微米级。
4.Globol焊接
这是瑞士莱丹（Leister）公司的专利焊接工艺。Globol焊接是沿着产品的轮廓线进行的。激光束经由气垫式、可无摩擦任意滚动的玻璃球点状式地聚焦于焊接界面。该玻璃球不仅仅进行聚焦，而且也充当机械夹紧夹具。当该球在待焊表面上滚动时，为接合面提供了持续压力。这就确保了材料在被激光加热的同时有压力夹紧。该玻璃球取代了机械夹具，同时扩大了激光焊接在连续3维焊接中的应用范围。
医疗器械中的典型应用
在医疗器械领域，塑料激光焊接主要应用于注射系统、医疗电子设备、各种人造移植及造口产品等。
化验分析器械
生物芯片及微流道
一个有意思的应用是使用激光焊接Phonak耳垢防护器，整个耳垢防护器的大小只有几个毫米，加工者需要将一个隔膜焊接到一个大约 3mm大小的垫圈上。激光辐射可透过隔膜，而热塑性塑料制成的垫圈可以吸收激光辐射。为实现如此微小工件的焊接，通常采用适用于高精密焊接的掩模焊接方法。
塑料激光焊接工艺还在一些其他的高端医疗产品中有着广泛的应用，比如，人造瘘护理产品及针尖保护帽等。在人造瘘护理产品的焊接中，一般采用Globol焊接工艺。而对于针尖保护帽的焊接，一般采用同步焊接工艺。
塑料激光焊接也广泛应用于生物医疗分析仪器中。生物医疗分析仪器通常要求无菌，不能有任何化学物质掺杂等等。而传统的采用胶水的粘连方式可能会将化学物质带入分析仪器，从而影响精度；摩擦焊接等其他方式则因在加工过程中产生粉尘或溢出物，也会对仪器造成污染。激光焊接作为一种非接触式焊接方法，特别适合这类产品的生产。由于塑料激光焊接过程中热影响范围小，因此塑料激光焊接工艺也适用于热敏感材料的焊接，比如表面有蛋白质涂层的生物芯片的焊接。
塑料激光焊接应用于生物医疗分析仪器最好的例子是液体分析芯片，这种芯片含有微流道系统，用来采集及分析液体物质。通常，流道只有几厘米长、几十微米到几百微米宽，其宽高比都小于1。流道承受的压力通常有几帕。这些微流道通常由很薄的塑料片构成，其厚度从几毫米到20μm不等。要对如此精密的产品进行焊接，掩模焊接显然是最好的方法。掩模焊接时，由于只需使用比较低质量的二极管激光就可以完成焊接，因此可节省大量投资。另外，采用掩模焊接也可以大幅提高生产效率。
塑料激光焊接工艺在医疗器械领域中的使用远不止以上几种应用。该种焊接工艺正在被越来越多的医疗器械厂家采用，它的应用前景将非常光明。(end)
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(10/17/2012) |
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