中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2021

专注于为医疗器械研发与生产服务

2021年9月1-3日 | 上海世博展览馆2&4号馆

激光焊接助力医疗塑料部件连接

2021-04-29

激光技术应用于生物和医学工程的许多领域,且越来越多地用于直接对人体进行治疗和诊断,也包括医疗器械和医疗植入物的制造。与此同时,高可靠性以及功能强大的激光系统也能很好地应用于医疗器械塑料组件的连接。
图1:激光透射焊接原理图

塑料是许多医疗设备及其组件的理想材料:它们易于成型,易于清洗甚至高温灭菌,重量相对较轻。两个注塑部件的连接可以通过化学、热效应或机械工艺来完成,例如粘合剂、超声波焊接、激光焊接,这取决于产品的后期应用以及对外观美观度的不同需求。然而,在恶劣或敏感的条件下,塑料部件的连接是巨大的挑战。由于各种因素的影响,周围材料的性质有可能发生变化,这些变化通常是我们极力避免甚至是不允许的。当对塑料部件连接品质要求很高且连接处必须非常坚固且洁净(无粉尘和化学物质)时,激光塑料焊接技术就凸显出巨大的技术和经济优势。这种连接技术具有高可靠性、快速的优点,并且能获得精确且牢固的焊缝,是医疗领域精密部件加工的理想选择。

图2:激光焊接塑料相熔特性表
激光透射焊接
在激光透射焊接中,激光束穿透上层透光材料,到达下部的吸光材料表面,将激光光能转变成热能,使其表面熔化,同时热量也以传导方式,从底面传递到与其压接的上层透光工件的接触面上,使其融化,从而实现激光热熔焊接。这一点在焊接过程中通过各种质量控制方法得到了海量验证。窄的激光照射区冷却后,就会获得与材料本身的强度一致的焊缝。

成功的激光塑料焊接加工过程的必要条件是两个部件分别是激光透光塑料和激光吸光塑料。
通过激光透射焊接的方式可以产生与材料本身强度几乎相同的焊缝且不产生碎屑或粉尘,无需引入任何化学物质或其他添加剂。整个加工过程洁净度高。焊缝从零点几毫米到几毫米且密封性良好。特别是当需要精细、美观的焊缝结构时,激光焊接无疑是最理想的技术。

这项技术在医学工程的许多领域都有应用。例如,焊接胰岛素装置或起搏器等电子元件的外壳。导管或销钉等圆柱形部件,也可以用激光进行精确而可靠地焊接,例如诊断用的试剂盒和微流体元件也可以轻松应对。而另外一个优势是焊缝具有与材料本身相同的生物相容性。承受高压的塑料阀门的各个部件也可以用激光进行焊接,可以获得高质量而稳定的连接。借助数控以及精准聚焦的激光束,任何形状都可以焊接。

此外,借助特殊的激光源,这种清洁的焊接方法还可以用于连接两个透明的焊接部件。尤其当该部件不允许加入任何添加剂或者焊接后必须使用光学分析进行评估时,这种焊接方法就更加合适了。

LPKF激光系统监控加工过程,确保产品质量
激光塑料焊接系统既可作为独立的解决方案也可集成到生产线。标准化的电气和机械接口可用于工业4.0环境,这让LPKF的激光焊接系统可以集成到现有的生产执行系统(MES)中。

LPKF系统可以实现可追溯和可重复的过程,以确保符合特定的洁净度要求和工艺过程验证。通过用户的高级中央控制系统,可以方便地执行持续的过程监控和工艺过程控制。每个单独组件的焊接过程都会被记录下来。因此,LPKF系统可以满足医疗工程中对过程和质量可靠性的极高要求。该系统还拥有可用于洁净室的版本。

根据不同的应用,可以采用不同的焊接方法。激光塑料焊接分为径向焊接、轮廓焊接、准同步焊接以及复合焊接。每种方式都有自己的优点和特点。焊接过程中能量输入的变化或性质取决于应用和部件。LPKF可根据不同应用提供合适的加工系统。

对于一些特殊项目,LPKF会基于丰富的加工经验,再结合激光、光束导向和控制单元,从而能完成非常复杂的焊接任务,如果需要的话也可以配置自动化系统。
总结

激光塑料焊接是塑料部件精密连接的首选工艺。它可以获得洁净、无毛刺、具备高的连接强度和可靠性的部件连接,并且不会改变材料属性。由于可用的焊接工艺类型繁多,因此该技术可用于加工各种产品:从狭窄的导管到耐压阀,再到大的电子元件外壳。完全的可追溯性确保了生产工艺的高可靠性,这使得激光塑料焊接成为医学工程领域众多应用的首选连接技术。

文章来源:荣格-《医疗设备商情》