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激光焊接在医疗器械领域的广泛地应用

2018-06-29 16:12中华中医药在线编辑:中华中医药在线人气:


激光焊接在医疗器械领域的广泛地应用

激光焊接因其局部加热、精密加工、非接触性加热等优点被越来越广泛地应用在医疗器械的各个领域。

与其他常用的焊接技术相比,激光焊接技术几乎不产生焊渣和碎屑,而且焊接过程中不需要添加任何粘合剂,因而可在洁净室中完成整个焊接工作。激光焊接技术大大地促进了医疗器械的发展,比如有源植入式医疗器械的外壳封装、心脏支架的不透射线标记、耳垢防护器、球囊导管等均离不开激光焊接的使用。

 

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塑料激光焊接原理

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种焊接方法,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,使工件熔化,形成特定的熔池。如下图所示,激光束通过上层透光材料,然后被下层材料吸收,激光能量被吸收后转换为热能,由于两层材料被压在一起,热能从吸收层传导到透光层上,使得两层材料熔化并结合。

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塑料激光焊接工艺

(1)激光的波长

塑料焊接过程中常用的是二极管激光器或半导体激光器。光束处于近红外区域,并且光束波长在400~1,100μm,可以通过光纤传输,在这个范围内的激光束可以被大多数的塑料所吸收。二极管激光焊接系统紧凑,并且激光器还可以达到更高级别的功率。激光的波长可以根据特殊要求来设计。半导体激光器的波长一般是808~980μm。半导体激光器投资成本小,体积小,效率高。

(2)塑料材料

热塑性塑料包含无定形塑料和半晶性塑料。能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上,所有热塑性塑料都能够被激光焊接。塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为:在热作用区内的材料,要求对激光光波的吸收性好;不属于热作用区部分的材料,则要求对光波的透过性好,尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的。

(3)吸收剂

吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺。塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化,随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。通常理想的吸收剂是碳黑,碳黑能够将红外波长的激光能量基本全部吸收,从而大大提高塑料的热吸收效果,使得热作用区的材料融化得更快、效果更好。一些其他颜色的染料,也能够起到相同的吸收光波的效果。

添加吸收剂的方法有三种:

一是直接向待焊接材料中渗入吸收剂,这样应该将渗过吸收剂的塑料件放在下面,而把没有渗吸收剂的塑料件放在上面,让激光光波通过;二是向塑料件待焊接的表面渗吸收剂,这样只有被渗透了吸收剂的一部分塑料将成为热作用区而被融化;三是在两块待焊接塑料件的接触处喷涂上或者印刷上吸收剂。

(4)其他参数

与金属焊接不同,塑料激光焊接需要的激光功率并不是越大越好。焊接激光功率越大,塑料件上的热作用区就越大、越深,将导致材料过热、变形、甚至损坏。应该根据需要融化的深度来选择激光功率。

塑料激光焊接的速度比较快,一般得到1mm厚焊缝的焊接速度可达20m/min;而采用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜,最高速度可以达到750m/min。

(来源:未知)

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