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激光焊接塑料在医疗部件中的应用
发布时间: 2021-06-03 17:15:58
内容来源: 网络整理
标签: 激光焊接

洁净室中的激光塑料焊接

在生物和医学工程领域,激光技术的应用日益广泛,且越来越多地直接应用于对人体进行治疗和诊断程序,以及医疗器械和植入物的制造。当然,高可靠性以及功能强大的激光系统也在医疗器械塑料组件的连接上有着良好应用。

那么,这些激光设备的功能如何?他们又是如何运行的?

塑料是许多设备及其组件的理想材料:它们易于成型,易于清洗,材料本身重量较轻,甚至仅需要高温灭菌。连接两个注塑成型的塑料部件可以通过化学、热效应或机械技术来完成,这取决于产品的后期应用和对视觉美观度的不同需求。然而,在恶劣或敏感条件下连接塑料部件是巨大的挑战。由于各种因素影响,周围材料性质有可能发生变化,当对塑料部件连接品质要求很高,连接处必须非常坚固且洁净,无粉尘和化学物质时,激光塑料焊接技术优势就非常凸显。激光焊接技术凭借高可靠性,高速度,高精度且柔性加工、焊缝美观,是医学工程领域的重要加工方式。

激光塑料焊接

激光塑料焊接的原理: 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。窄焊缝冷却后,就会与材料本身的强度保持一致。

图1:激光塑料焊接原理图

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材料,这样才构成了多种可能性。

图2:激光焊接塑料相熔特性表

通过激光塑料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。导管或销钉的圆柱形部件,也可以用激光精确而可靠地焊接,用于诊断程序的墨盒和微流体也可以轻松应对。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焊接得很好,很稳定。基于数控以及精准的激光束,系统可轻松焊接任意几何形状。

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图3:阀块上的可靠塑料连接用于快速修复创伤的医疗器件,使用过程中可承受200bar的压力。

图4:激光焊接壳体:胰岛素泵焊接

除了上面所描述的透光和吸光材料之间的焊接,还可以利用透明焊接技术通过特殊的激光源将两个透明的焊接部件连接起来。尤其当吸收激光的塑料部件不允许加入任何添加剂或者必须在焊接后使用光学分析进行评估时,这种焊接方式就显得尤为重要。

图5:激光焊接的微流体传感器,形成任意几何形状的通道、无添加剂或颗粒,形成完美诊断结果。

LPKF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又可集成到生产线。标准化的电气和机械接口——可用于工业4.0,也可集成到现有MES中。

LPKF系统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。通过使用多种测试工艺持续记录每个单独组件的焊接过程。这样,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。该系统还可以配合洁净室的条件。

根据不同的应用,采用不同的焊接方法: 激光塑料焊接技术工艺类型分为径向焊接、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。

图6:对于导管之类的圆柱形部件最好使用径向焊接的加工方式。

对于非常特殊的项目,LPKF基于大量加工经验。结合激光、光束传输和控制单元,也可实现非常复杂的焊接任务—如果产品需要,也可以配置自动化系统。

图7:LPKF InlineWeld6200激光塑料焊接系统

结论

激光塑料焊接技术本身的优势,是精密领域中连接塑料部件的首选工艺。洁净,无毛刺,强度高,可靠的塑料部件焊接在生产过程中不会改变材料属性。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型电子器件外壳。完全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中众多应用中首选的连接技术。

关于LPKF

德国LPKF激光电子股份公司,成立于1976年,总部位于德国的Garbsen,在全球50多个国家地区建立了销售、服务网络,是一家拥有12家子公司的国际性高科技集团公司。德国LPKF AG致力于生产用于电子制造业、医疗技术、汽车制造行业以及太阳能电池行业的激光加工系统。20%的公司员工投入到产品和技术的研发。2020年,LPKF被计入德国股票指数SDAX。

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