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塑料激光焊接技术在医疗器械行业应用
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。

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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。

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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。

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化验分析器械

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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)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (2012-10-17)
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