激光技術(shù)應(yīng)用于生物和醫(yī)學(xué)工程的許多領(lǐng)域，且越來越多地用于直接對人體進行治療和診斷，也包括醫(yī)療器械和醫(yī)療植入物的制造。與此同時，高可靠性以及功能強大的激光系統(tǒng)也能很好地應(yīng)用于醫(yī)療器械塑料組件的連接。
圖1：激光透射焊接原理圖
塑料是許多醫(yī)療設(shè)備及其組件的理想材料：它們易于成型，易于清洗甚至高溫滅菌，重量相對較輕。兩個注塑部件的連接可以通過化學(xué)、熱效應(yīng)或機械工藝來完成，例如粘合劑、超聲波焊接、激光焊接，這取決于產(chǎn)品的后期應(yīng)用以及對外觀美觀度的不同需求。然而，在惡劣或敏感的條件下，塑料部件的連接是巨大的挑戰(zhàn)。由于各種因素的影響，周圍材料的性質(zhì)有可能發(fā)生變化，這些變化通常是我們極力避免甚至是不允許的。當(dāng)對塑料部件連接品質(zhì)要求很高且連接處必須非常堅固且潔凈（無粉塵和化學(xué)物質(zhì)）時，激光塑料焊接技術(shù)就凸顯出巨大的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。這種連接技術(shù)具有高可靠性、快速的優(yōu)點，并且能獲得精確且牢固的焊縫，是醫(yī)療領(lǐng)域精密部件加工的理想選擇。
圖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，激光束穿透上層透光材料，到達下部的吸光材料表面，將激光光能轉(zhuǎn)變成熱能，使其表面熔化，同時熱量也以傳導(dǎo)方式，從底面?zhèn)鬟f到與其壓接的上層透光工件的接觸面上，使其融化，從而實現(xiàn)激光熱熔焊接。這一點在焊接過程中通過各種質(zhì)量控制方法得到了海量驗證。窄的激光照射區(qū)冷卻后，就會獲得與材料本身的強度一致的焊縫。
成功的激光塑料焊接加工過程的必要條件是兩個部件分別是激光透光塑料和激光吸光塑料。
通過激光透射焊接的方式可以產(chǎn)生與材料本身強度幾乎相同的焊縫且不產(chǎn)生碎屑或粉塵，無需引入任何化學(xué)物質(zhì)或其他添加劑。整個加工過程潔凈度高。焊縫從零點幾毫米到幾毫米且密封性良好。特別是當(dāng)需要精細、美觀的焊縫結(jié)構(gòu)時，激光焊接無疑是最理想的技術(shù)。
這項技術(shù)在醫(yī)學(xué)工程的許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。例如，焊接胰島素裝置或起搏器等電子元件的外殼。導(dǎo)管或銷釘?shù)葓A柱形部件，也可以用激光進行精確而可靠地焊接，例如診斷用的試劑盒和微流體元件也可以輕松應(yīng)對。而另外一個優(yōu)勢是焊縫具有與材料本身相同的生物相容性。承受高壓的塑料閥門的各個部件也可以用激光進行焊接，可以獲得高質(zhì)量而穩(wěn)定的連接。借助數(shù)控以及精準聚焦的激光束，任何形狀都可以焊接。
此外，借助特殊的激光源，這種清潔的焊接方法還可以用于連接兩個透明的焊接部件。尤其當(dāng)該部件不允許加入任何添加劑或者焊接后必須使用光學(xué)分析進行評估時，這種焊接方法就更加合適了。
LPKF激光系統(tǒng)監(jiān)控加工過程，確保產(chǎn)品質(zhì)量
激光塑料焊接系統(tǒng)既可作為獨立的解決方案也可集成到生產(chǎn)線。標準化的電氣和機械接口可用于工業(yè)4.0環(huán)境，這讓LPKF的激光焊接系統(tǒng)可以集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）中。
LPKF系統(tǒng)可以實現(xiàn)可追溯和可重復(fù)的過程，以確保符合特定的潔凈度要求和工藝過程驗證。通過用戶的高級中央控制系統(tǒng)，可以方便地執(zhí)行持續(xù)的過程監(jiān)控和工藝過程控制。每個單獨組件的焊接過程都會被記錄下來。因此，LPKF系統(tǒng)可以滿足醫(yī)療工程中對過程和質(zhì)量可靠性的極高要求。該系統(tǒng)還擁有可用于潔凈室的版本。
根據(jù)不同的應(yīng)用，可以采用不同的焊接方法。激光塑料焊接分為徑向焊接、輪廓焊接、準同步焊接以及復(fù)合焊接。每種方式都有自己的優(yōu)點和特點。焊接過程中能量輸入的變化或性質(zhì)取決于應(yīng)用和部件。LPKF可根據(jù)不同應(yīng)用提供合適的加工系統(tǒng)。
對于一些特殊項目，LPKF會基于豐富的加工經(jīng)驗，再結(jié)合激光、光束導(dǎo)向和控制單元，從而能完成非常復(fù)雜的焊接任務(wù)，如果需要的話也可以配置自動化系統(tǒng)。
總結(jié)
激光塑料焊接是塑料部件精密連接的首選工藝。它可以獲得潔凈、無毛刺、具備高的連接強度和可靠性的部件連接，并且不會改變材料屬性。由于可用的焊接工藝類型繁多，因此該技術(shù)可用于加工各種產(chǎn)品：從狹窄的導(dǎo)管到耐壓閥，再到大的電子元件外殼。完全的可追溯性確保了生產(chǎn)工藝的高可靠性，這使得激光塑料焊接成為醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域眾多應(yīng)用的首選連接技術(shù)。
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