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    醫療器械應用

    前言

    隨著制造工藝水平的不斷進步,越來越多的最新的技術被應用到塑料焊接領域,塑料激光焊接技術就是其中之一。經過多年的工藝改善,塑料激光焊接工藝正在被越來越多的使用,例如,汽車、消費電子、新能源、氣體分析、醫療器械等應用。

    本文主要介紹塑料激光焊接工藝在醫療器械,特別是醫療流體器械上的使用。

    工藝背景

    現代人的生活水平不斷提高,對醫療保障的要求也越來越高。各大醫療器械公司對醫療器械研發的投入也越來越大,醫療器械的生產工藝不斷提高,龐大的資金支持促使許多最新的工藝應用到醫療器械的生產中。

    塑料激光焊接工藝是上世紀90年代興起的一種塑料焊接新工藝,該工藝是一種無接觸式的焊接方法,焊接過程中不會產生任何振動、噪音及粉塵,是一種極度清潔的精密焊接方法,非常適合醫療塑料制品的精密焊接。

    在塑料激光焊接過程中,特定波段的激光從激光頭中射出,穿透待焊工件的上層塑料,被工件下層塑料的表面吸收,下層塑料表面熔化后,熱量傳導到上層塑料的下表面,該處也開始熔化,在夾具壓力的作用下,融化了部位被焊接在一起,冷卻后形成堅固焊縫。

    醫療流體器械焊接樣例

    《微流體芯片及復雜氣液路流道的塑料激光焊接》

    微流體芯片

    微流體芯片是將樣品制備、生化反應和結果檢測等步驟集成到一塊非常小的塑料基芯片上,這樣檢測所用的試劑量將可以變成微升級甚至是納升或皮升級。除了使用試劑量小,微流體芯片還具有反應速度快、可拋棄等優點。

    微流體芯片是國內近幾年來大力研發的項目,微流體芯片其實就是一個微型的診斷平臺,可以快速的進行疾病診斷,節省大量人力物力。同時,微流體芯片診斷平臺攜帶方便,適合不發達或偏遠地區的疾病快速診斷。微流體芯片使用非常簡便,但生產微流體芯片確是一個不簡單的工作。

    微流體芯片由蓋片及玻片組成。蓋片是塑料薄膜或厚度為幾毫米的塑料片;玻片上通過雕刻工藝或注塑工藝形成許多復雜的精密流道,流道的寬度一般在100微米至1毫米左右。要對這些精密流道進行密封,通常的工藝主要有超聲波、熱壓及膠水粘接工藝,這幾個工藝都有致命的缺陷。超聲波工藝會產生較大的溢料及粉塵,破壞及污染流道;熱壓工藝熱影響區太大,容易變形及溢料,破壞流道結構,而且熱壓工藝生產效率非常低;膠水粘接會使膠水進入流道,污染流道,同時生產需要增加點膠及膠水固化工藝,增加成本。為解決以上問題,最可靠的工藝就是塑料激光焊接工藝。用于微流體芯片的激光焊接工藝主要是瑞士萊丹公司的掩膜焊接工藝。

    掩膜焊接工藝使用線狀激光束,同時使用一個掩膜將流道部分遮蔽,激光束掃過芯片,需要焊接的部位被焊上,而流道由于有掩膜遮擋激光不會受任何影響。掩模焊接的焊接精度(焊線邊緣至流道)能達到0.1mm左右,這一精度能滿足大多數臨床使用的微流體芯片的要求。

    復雜氣路或液路塑料部件

    除了用于微流體芯片的焊接,塑料激光焊接工藝還可以用來焊接醫療設備或氣體分析儀器中含有復雜氣路或液路的塑料部件。這些部件經過注塑形成上下兩層工件,工件表面密布復雜形狀氣體或液體流道,流道的寬度一般2-3mm左右。通過焊接密封后,流道要求100%密封,并能達到1-5 bar的壓力承受能力。同時,焊接后要求不能產生溢料,流道不被污染。這些要求都和微流體芯片的焊接要求類似。但是這不意味著塑料激光焊接能夠容易地完成這些工件的焊接。

    《微流體芯片及復雜氣液路流道的塑料激光焊接》


    氣道密封激光焊接

    在前文我們提到,塑料激光焊接必須使用夾具將待焊接的上下工件夾緊,使用夾具的目的是使待焊接的上下工件的焊接面能緊密貼合在一起。而對于大面積的工件,由于注塑件難免變形或表面不平整,很難使用夾具保證焊接面緊密貼合。為解決這一問題,瑞士萊丹公司的滾珠(GLOBO Welding)或滾筒塑料激光焊接工藝(Roller Welding)提供了很好的解決方案。這兩個工藝的激光鏡頭是特殊鏡頭,鏡頭前端有玻璃球或滾筒,焊接的時候,玻璃球或滾筒在上工件表面滾動。玻璃球或滾筒同時起到了聚焦激光及提供焊接壓力的作用,由于玻璃球或滾筒提供的是局部壓力,所以保證在焊接當下上下工件的焊接面能緊密貼合,因而能達到很好的焊接效果。

    總結

    塑料激光焊接工藝的種類很多,它在醫療器械激光焊接的應用也不僅限于上文列舉的應用。隨著中國醫療器械制造水平的進步,作為精密制造工藝之一的塑料激光焊接工藝必將得到更好的發展與推廣。


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