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医疗器械应用

前言

随着制造工艺水平的不断进步,越来越多的最新的技术被应用到塑料焊接领域,塑料激光焊接技术就是其中之一。经过多年的工艺改善,塑料激光焊接工艺正在被越来越多的使用,例如,汽车、消费电子、新能源、气体分析、医疗器械等应用。

本文主要介绍塑料激光焊接工艺在医疗器械,特别是医疗流体器械上的使用。

工艺背景

现代人的生活水平不断提高,对医疗保障的要求也越来越高。各大医疗器械公司对医疗器械研发的投入也越来越大,医疗器械的生产工艺不断提高,庞大的资金支持促使许多最新的工艺应用到医疗器械的生产中。

塑料激光焊接工艺是上世纪90年代兴起的一种塑料焊接新工艺,该工艺是一种无接触式的焊接方法,焊接过程中不会产生任何振动、噪音及粉尘,是一种极度清洁的精密焊接方法,非常适合医疗塑料制品的精密焊接。

在塑料激光焊接过程中,特定波段的激光从激光头中射出,穿透待焊工件的上层塑料,被工件下层塑料的表面吸收,下层塑料表面熔化后,热量传导到上层塑料的下表面,该处也开始熔化,在夹具压力的作用下,融化了部位被焊接在一起,冷却后形成坚固焊缝。

医疗流体器械焊接样例

《微流体芯片及复杂气液路流道的塑料激光焊接》

微流体芯片

微流体芯片是将样品制备、生化反应和结果检测等步骤集成到一块非常小的塑料基芯片上,这样检测所用的试剂量将可以变成微升级甚至是纳升或皮升级。除了使用试剂量小,微流体芯片还具有反应速度快、可抛弃等优点。

微流体芯片是国内近几年来大力研发的项目,微流体芯片其实就是一个微型的诊断平台,可以快速的进行疾病诊断,节省大量人力物力。同时,微流体芯片诊断平台携带方便,适合不发达或偏远地区的疾病快速诊断。微流体芯片使用非常简便,但生产微流体芯片确是一个不简单的工作。

微流体芯片由盖片及玻片组成。盖片是塑料薄膜或厚度为几毫米的塑料片;玻片上通过雕刻工艺或注塑工艺形成许多复杂的精密流道,流道的宽度一般在100微米至1毫米左右。要对这些精密流道进行密封,通常的工艺主要有超声波、热压及胶水粘接工艺,这几个工艺都有致命的缺陷。超声波工艺会产生较大的溢料及粉尘,破坏及污染流道;热压工艺热影响区太大,容易变形及溢料,破坏流道结构,而且热压工艺生产效率非常低;胶水粘接会使胶水进入流道,污染流道,同时生产需要增加点胶及胶水固化工艺,增加成本。为解决以上问题,最可靠的工艺就是塑料激光焊接工艺。用于微流体芯片的激光焊接工艺主要是瑞士莱丹公司的掩膜焊接工艺。

掩膜焊接工艺使用线状激光束,同时使用一个掩膜将流道部分遮蔽,激光束扫过芯片,需要焊接的部位被焊上,而流道由于有掩膜遮挡激光不会受任何影响。掩模焊接的焊接精度(焊线边缘至流道)能达到0.1mm左右,这一精度能满足大多数临床使用的微流体芯片的要求。

复杂气路或液路塑料部件

除了用于微流体芯片的焊接,塑料激光焊接工艺还可以用来焊接医疗设备或气体分析仪器中含有复杂气路或液路的塑料部件。这些部件经过注塑形成上下两层工件,工件表面密布复杂形状气体或液体流道,流道的宽度一般2-3mm左右。通过焊接密封后,流道要求100%密封,并能达到1-5 bar的压力承受能力。同时,焊接后要求不能产生溢料,流道不被污染。这些要求都和微流体芯片的焊接要求类似。但是这不意味着塑料激光焊接能够容易地完成这些工件的焊接。

《微流体芯片及复杂气液路流道的塑料激光焊接》


气道密封激光焊接

在前文我们提到,塑料激光焊接必须使用夹具将待焊接的上下工件夹紧,使用夹具的目的是使待焊接的上下工件的焊接面能紧密贴合在一起。而对于大面积的工件,由于注塑件难免变形或表面不平整,很难使用夹具保证焊接面紧密贴合。为解决这一问题,瑞士莱丹公司的滚珠(GLOBO Welding)或滚筒塑料激光焊接工艺(Roller Welding)提供了很好的解决方案。这两个工艺的激光镜头是特殊镜头,镜头前端有玻璃球或滚筒,焊接的时候,玻璃球或滚筒在上工件表面滚动。玻璃球或滚筒同时起到了聚焦激光及提供焊接压力的作用,由于玻璃球或滚筒提供的是局部压力,所以保证在焊接当下上下工件的焊接面能紧密贴合,因而能达到很好的焊接效果。

总结

塑料激光焊接工艺的种类很多,它在医疗器械激光焊接的应用也不仅限于上文列举的应用。随着中国医疗器械制造水平的进步,作为精密制造工艺之一的塑料激光焊接工艺必将得到更好的发展与推广。


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