在塑料材料在医疗器械领域广泛应用的今天,新型的塑料生产及加工工艺层出不穷,激光焊接作为其中的一种,受到行业的广泛关注。本文介绍塑料激光焊接的原理、工艺及在医疗器械行业的应用。
塑料焊接原理
在热塑性塑料的焊接过程中,两个待焊塑料零件用夹紧夹具夹在一起,其中的一个塑料件能使激光穿透,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,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,激光的能量只是作用于非常小的焊接区域,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。
Phonak阻垢器
针头防护产品
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,移动或旋转工件来达到焊接目的。
同步焊接
同步焊接首先根据焊接区域形状定制相应的激光头,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#p#分页标题#e#镜头必须要根据工件的焊接区域形状进行定制。
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。
化验分析
Globo焊接
瑞士莱丹(Leister)公司专利的焊接工艺。Globo焊接是沿着产品的轮廓线进行焊接的。激光束经由气垫式,可无摩擦任意滚动的玻璃球点状式的聚焦于焊接界面,该玻璃球不仅仅进行聚焦而且也充当机械夹紧夹具。当该球在表面上滚动时,为接合面提供了持续压力。这就确保了在激光加热材料的同时有压力夹紧。该玻璃球取代了机械夹具,同时扩大了激光焊接在连续三维焊接中的应用范围。
塑料焊接在医疗器械上的应用
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等。
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,我们需要将一个隔膜焊接到一个大约3毫米大小的垫圈上。隔膜对激光辐射是透明的,而垫圈则采用热塑材料制成,可以吸收激光辐射。要实现如此微小工件的焊接,我们采用了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上有广泛应用,比如,人造瘘护理产品及针尖保护帽等等。在人造瘘护理产品中,我们采用的是Globo焊接工艺。而在针尖保护帽的焊接中,我们采用的是同步焊接工艺。
生物芯片及微流道
塑料激光焊接在生物医疗分析仪器中也有广泛应用。生物医疗分析仪器通常要求无菌,不能有任何化学物质参杂等等。而传统的采用胶水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在加工过程中会产生粉尘或溢出物,这也会对仪器产生污染。而激光焊接作为一种非接触式焊接方法,特别适用这类产品的生产。塑料激光焊接加工过程中热影响范围小,因此也适用于热敏感的材料的焊接,比如表面有蛋白质涂层的生物芯片的焊接。#p#分页标题#e#
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,可能有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,其厚度可能从几毫米到20微米不等。要对如此精密的产品进行焊接,掩模焊接是最好的方法。采用掩模焊接后,只要使用比较低质量的二极管激光就可以完成焊接,从而节省大量投资。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上的使用远不止上述几种应用,塑料激光焊接工艺正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。
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