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焊接原理圖

在塑料材料在醫(yī)療器械領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的今天，新型的塑料生產(chǎn)及加工工藝層出不窮，激光焊接作為其中的一種，受到行業(yè)的廣泛關(guān)注。本文介紹塑料激光焊接的原理、工藝及在醫(yī)療器械行業(yè)的應(yīng)用。

塑料焊接原理

在熱塑性塑料的焊接過(guò)程中，兩個(gè)待焊塑料零件用夾緊夾具夾在一起，其中的一個(gè)塑料件能使激光穿透，而另一個(gè)塑料件能吸收激光的能量。激光束通過(guò)上層的透光材料到達(dá)焊接平面，然后被下層材料吸收。激光能量被吸收使得下層材料溫度升高，熔化上層和下層的塑料，最后凝固成牢固的焊縫。

塑料激光焊接的優(yōu)點(diǎn)在于，它是一種非接觸式的焊接方法，激光的能量只是作用于非常小的焊接區(qū)域，極大地減小了工件的熱應(yīng)力及振動(dòng)對(duì)工件的破壞。

塑料激光焊接的方法主要有：輪廓焊接、同步焊接、準(zhǔn)同步焊接、放射狀焊接及Globol焊接等。

Phonak阻垢器

針頭防護(hù)產(chǎn)品

輪廓焊接

顧名思義，輪廓焊接就是使激光沿著工件的焊接線移動(dòng)，將需要焊接的塑料層熔化并粘結(jié)在一起；有些時(shí)候，也可以固定激光的位置，移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)工件來(lái)達(dá)到焊接目的。

同步焊接

同步焊接首先根據(jù)焊接區(qū)域形狀定制相應(yīng)的激光頭，要求焊接區(qū)域形狀一般都是對(duì)稱的，比如圓形。同步焊接的激光束來(lái)源于多個(gè)二極管激光束，它們同時(shí)作用于焊接區(qū)域的輪廓線上熔化焊接區(qū)域達(dá)到焊接效果。同步焊接的缺陷在于它的鏡頭必須要根據(jù)工件的焊接區(qū)域形狀進(jìn)行定制。

掩模焊接

掩模焊接需要制作一個(gè)可以反射或者吸收激光的模板。模板用來(lái)定位焊接區(qū)域，激光透過(guò)模板熔化焊接區(qū)域達(dá)到焊接效果。掩模焊接的優(yōu)點(diǎn)在于它的靈活性，模板可以根據(jù)焊接區(qū)域的形狀進(jìn)行更改，同時(shí)，這種焊接方法也適用于高精密焊接，其精密度可以達(dá)到微米級(jí)。

化驗(yàn)分析

Globo焊接

瑞士萊丹（Leister）公司專利的焊接工藝。Globo焊接是沿著產(chǎn)品的輪廓線進(jìn)行焊接的。激光束經(jīng)由氣墊式，可無(wú)摩擦任意滾動(dòng)的玻璃球點(diǎn)狀式的聚焦于焊接界面，該玻璃球不僅僅進(jìn)行聚焦而且也充當(dāng)機(jī)械夾緊夾具。當(dāng)該球在表面上滾動(dòng)時(shí)，為接合面提供了持續(xù)壓力。這就確保了在激光加熱材料的同時(shí)有壓力夾緊。該玻璃球取代了機(jī)械夾具，同時(shí)擴(kuò)大了激光焊接在連續(xù)三維焊接中的應(yīng)用范圍。

塑料焊接在醫(yī)療器械上的應(yīng)用

在醫(yī)療器械領(lǐng)域，塑料激光焊接主要應(yīng)用于注射系統(tǒng)、醫(yī)療電子設(shè)備、各種人造移植及造口產(chǎn)品等等。

一個(gè)有意思的應(yīng)用是使用激光焊接Phonak耳垢防護(hù)器，整個(gè)耳垢防護(hù)器的大小只有幾個(gè)毫米，我們需要將一個(gè)隔膜焊接到一個(gè)大約3毫米大小的墊圈上。隔膜對(duì)激光輻射是透明的，而墊圈則采用熱塑材料制成，可以吸收激光輻射。要實(shí)現(xiàn)如此微小工件的焊接，我們采用了適用于高精密焊接的掩模焊接方法。

塑料激光焊接工藝還在一些其他的高端醫(yī)療產(chǎn)品上有廣泛應(yīng)用，比如，人造瘺護(hù)理產(chǎn)品及針尖保護(hù)帽等等。在人造瘺護(hù)理產(chǎn)品中，我們采用的是Globo焊接工藝。而在針尖保護(hù)帽的焊接中，我們采用的是同步焊接工藝。

生物芯片及微流道

塑料激光焊接在生物醫(yī)療分析儀器中也有廣泛應(yīng)用。生物醫(yī)療分析儀器通常要求無(wú)菌，不能有任何化學(xué)物質(zhì)參雜等等。而傳統(tǒng)的采用膠水粘連方式可能會(huì)將化學(xué)物質(zhì)帶入分析儀器，從而影響精度。摩擦焊接等其他方式則在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生粉塵或溢出物，這也會(huì)對(duì)儀器產(chǎn)生污染。而激光焊接作為一種非接觸式焊接方法，特別適用這類產(chǎn)品的生產(chǎn)。塑料激光焊接加工過(guò)程中熱影響范圍小，因此也適用于熱敏感的材料的焊接，比如表面有蛋白質(zhì)涂層的生物芯片的焊接。

生物醫(yī)療分析儀器最好的例子是液體分析芯片，這種芯片含有微流道系統(tǒng)，用來(lái)采集及分析液體物質(zhì)。通常流道只有幾厘米長(zhǎng)，可能有幾十微米到幾百微米寬，其寬高比都小于1。流道承受的壓力通常有幾帕。這些微流道通常由很薄的塑料片構(gòu)成，其厚度可能從幾毫米到20微米不等。要對(duì)如此精密的產(chǎn)品進(jìn)行焊接，掩模焊接是最好的方法。采用掩模焊接后，只要使用比較低質(zhì)量的二極管激光就可以完成焊接，從而節(jié)省大量投資。另外，采用掩模焊接也可以大幅提高生產(chǎn)效率。

塑料激光焊接工藝在醫(yī)療器械上的使用遠(yuǎn)不止上述幾種應(yīng)用，塑料激光焊接工藝正被越來(lái)越多的醫(yī)療器械廠家采用，它的應(yīng)用前景將非常光明。

(作者：CarstenWenzlau 萊丹塑料焊接技術(shù)（上海）有限公司)