塑料激光焊接在医疗器械中的应用

在塑料材料在医疗器械领域广泛应用的今天，新型的塑料生产及加工工艺层出不穷，激光焊接作为其中的一种，受到行业的广泛关注。本文介绍塑料激光焊接的原理、工艺及在医疗器械行业的应用。

塑料焊接原理

在热塑性塑料的焊接过程中，两个待焊塑料零件用夹紧夹具夹在一起，其中的一个塑料件能使激光穿透，而另一个塑料件能吸收激光的能量。激光束通过上层的透光材料到达焊接平面，然后被下层材料吸收。激光能量被吸收使得下层材料温度升高，熔化上层和下层的塑料，最后凝固成牢固的焊缝。

焊接原理图

塑料激光焊接的优点在于，它是一种非接触式的焊接方法，激光的能量只是作用于非常小的焊接区域，极大地减小了工件的热应力及振动对工件的破坏。

塑料激光焊接的方法主要有：轮廓焊接、同步焊接、准同步焊接、放射状焊接及Globol焊接等。

轮廓焊接

顾名思义，轮廓焊接就是使激光沿着工件的焊接线移动，将需要焊接的塑料层熔化并粘结在一起；有些时候，也可以固定激光的位置，移动或旋转工件来达到焊接目的。

同步焊接

同步焊接首先根据焊接区域形状定制相应的激光头，要求焊接区域形状一般都是对称的，比如圆形。同步焊接的激光束来源于多个二极管激光束，它们同时作用于焊接区域的轮廓线上熔化焊接区域达到焊接效果。同步焊接的缺陷在于它的镜头必须要根据工件的焊接区域形状进行定制。

掩模焊接

掩模焊接需要制作一个可以反射或者吸收激光的模板。模板用来定位焊接区域，激光透过模板熔化焊接区域达到焊接效果。掩模焊接的优点在于它的灵活性，模板可以根据焊接区域的形状进行更改，同时，这种焊接方法也适用于高精密焊接，其精密度可以达到微米级。

Globo焊接

瑞士莱丹（Leister）公司专利的焊接工艺。Globo焊接是沿着产品的轮廓线进行焊接的。激光束经由气垫式，可无摩擦任意滚动的玻璃球点状式的聚焦于焊接界面，该玻璃球不仅仅进行聚焦而且也充当机械夹紧夹具。当该球在表面上滚动时，为接合面提供了持续压力。这就确保了在激光加热材料的同时有压力夹紧。该玻璃球取代了机械夹具，同时扩大了激光焊接在连续三维焊接中的应用范围。

塑料焊接在医疗器械上的应用

在医疗器械领域，塑料激光焊接主要应用于注射系统、医疗电子设备、各种人造移植及造口产品等等。

一个有意思的应用是使用激光焊接Phonak耳垢防护器，整个耳垢防护器的大小只有几个毫米，我们需要将一个隔膜焊接到一个大约3毫米大小的垫圈上。隔膜对激光辐射是透明的，而垫圈则采用热塑材料制成，可以吸收激光辐射。要实现如此微小工件的焊接，我们采用了适用于高精密焊接的掩模焊接方法。

塑料激光焊接工艺还在一些其他的高端医疗产品上有广泛应用，比如，人造瘘护理产品及针尖保护帽等等。在人造瘘护理产品中，我们采用的是Globo焊接工艺。而在针尖保护帽的焊接中，我们采用的是同步焊接工艺。

塑料激光焊接在生物医疗分析仪器中也有广泛应用。生物医疗分析仪器通常要求无菌，不能有任何化学物质参杂等等。而传统的采用胶水粘连方式可能会将化学物质带入分析仪器，从而影响精度。摩擦焊接等其他方式则在加工过程中会产生粉尘或溢出物，这也会对仪器产生污染。而激光焊接作为一种非接触式焊接方法，特别适用这类产品的生产。塑料激光焊接加工过程中热影响范围小，因此也适用于热敏感的材料的焊接，比如表面有蛋白质涂层的生物芯片的焊接。

生物医疗分析仪器最好的例子是液体分析芯片，这种芯片含有微流道系统，用来采集及分析液体物质。通常流道只有几厘米长，可能有几十微米到几百微米宽，其宽高比都小于1。流道承受的压力通常有几帕。这些微流道通常由很薄的塑料片构成，其厚度可能从几毫米到20微米不等。要对如此精密的产品进行焊接，掩模焊接是最好的方法。采用掩模焊接后，只要使用比较低质量的二极管激光就可以完成焊接，从而节省大量投资。另外，采用掩模焊接也可以大幅提高生产效率。

塑料激光焊接工艺在医疗器械上的使用远不止上述几种应用，塑料激光焊接工艺正被越来越多的医疗器械厂家采用，它的应用前景将非常光明。

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