激光焊接因其局部加熱、精密加工、非接觸性加熱等優(yōu)點(diǎn)被越來越廣泛地應(yīng)用在醫(yī)療器械的各個(gè)領(lǐng)域。
與其他常用的焊接技術(shù)相比，激光焊接技術(shù)幾乎不產(chǎn)生焊渣和碎屑，而且焊接過程中不需要添加任何粘合劑，因而可在潔凈室中完成整個(gè)焊接工作。激光焊接技術(shù)大大地促進(jìn)了醫(yī)療器械的發(fā)展，比如有源植入式醫(yī)療器械的外殼封裝、心臟支架的不透射線標(biāo)記、耳垢防護(hù)器、球囊導(dǎo)管等均離不開激光焊接的使用。
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為熱源的一種焊接方法，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，使工件熔化，形成特定的熔池。如下圖所示，激光束通過上層透光材料，然后被下層材料吸收，激光能量被吸收后轉(zhuǎn)換為熱能，由于兩層材料被壓在一起，熱能從吸收層傳導(dǎo)到透光層上，使得兩層材料熔化并結(jié)合。
塑料激光透射焊接原理
同時(shí)由于材料本身的熱膨脹擴(kuò)張產(chǎn)生內(nèi)部壓力，內(nèi)部壓力與外部壓力共同作用確保了兩部分的堅(jiān)固焊接。以上兩圖直觀地說明了塑料激光焊接的原理與過程。
可見激光光束的能量必須被塑料吸收，才能達(dá)到良好焊接效果，因此塑料激光焊接一般采用半導(dǎo)體激光。另外，并不是所有塑料都能用激光焊接焊接。塑料可區(qū)分為熱固性與熱塑性兩類。其中熱固性塑料不具有重復(fù)成型性，也不能焊接，而熱塑性塑料再加熱后又會(huì)熔化（即可運(yùn)用加熱及冷卻，使其產(chǎn)生可逆變化），是所謂的物理變化，因此具有可焊接性。
塑料焊接過程中常用的是二極管激光器或半導(dǎo)體激光器。光束處于近紅外區(qū)域，并且光束波長在400～1,100μm，可以通過光纖傳輸，在這個(gè)范圍內(nèi)的激光束可以被大多數(shù)的塑料所吸收。二極管激光焊接系統(tǒng)緊湊，并且激光器還可以達(dá)到更高級(jí)別的功率。激光的波長可以根據(jù)特殊要求來設(shè)計(jì)。半導(dǎo)體激光器的波長一般是808～980μm。半導(dǎo)體激光器投資成本小，體積小，效率高。
熱塑性塑料包含無定形塑料和半晶性塑料。能夠被激光焊接的塑料均屬于熱塑性塑料。理論上，所有熱塑性塑料都能夠被激光焊接。
塑料激光焊接技術(shù)對(duì)被焊接塑料的要求為：在熱作用區(qū)內(nèi)的材料，要求對(duì)激光光波的吸收性好；不屬于熱作用區(qū)部分的材料，則要求對(duì)光波的透過性好，尤其在對(duì)兩件薄塑料件進(jìn)行疊焊時(shí)更是如此。一般向熱作用區(qū)塑料中添加吸收劑可以達(dá)到目的。
吸收劑的應(yīng)用是塑料激光焊接工藝中非常重要的工藝。塑料激光焊接的本質(zhì)是將熱作用區(qū)的待焊接塑料融化，隨后冷卻自然實(shí)現(xiàn)塑料件的接合。讓塑料融化需要使塑料件吸收足夠的激光能量。
通常理想的吸收劑是碳黑，碳黑能夠?qū)⒓t外波長的激光能量基本全部吸收，從而大大提高塑料的熱吸收效果，使得熱作用區(qū)的材料融化得更快、效果更好。一些其他顏色的染料，也能夠起到相同的吸收光波的效果。
一是直接向待焊接材料中滲入吸收劑，這樣應(yīng)該將滲過吸收劑的塑料件放在下面，而把沒有滲吸收劑的塑料件放在上面，讓激光光波通過；
二是向塑料件待焊接的表面滲吸收劑，這樣只有被滲透了吸收劑的一部分塑料將成為熱作用區(qū)而被融化；
三是在兩塊待焊接塑料件的接觸處噴涂上或者印刷上吸收劑。
與金屬焊接不同，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，塑料件上的熱作用區(qū)就越大、越深，將導(dǎo)致材料過熱、變形、甚至損壞。應(yīng)該根據(jù)需要融化的深度來選擇激光功率。
塑料激光焊接的速度比較快，一般得到1mm厚焊縫的焊接速度可達(dá)20m/min；而采用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜，最高速度可以達(dá)到750m/min。
在醫(yī)療器械領(lǐng)域中的應(yīng)用
隨著塑料材料在醫(yī)療器械領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，新型的塑料生產(chǎn)及加工工藝也層出不窮，激光焊接作為其中的一種，因其無污染、非接觸性、無縫連接等優(yōu)點(diǎn)受到該行業(yè)的廣泛關(guān)注。
耳垢防護(hù)器
助聽器越來越趨于小型化，從而為用戶提供更小、更舒適、肉眼不可見的助聽器。當(dāng)今典型的ITE助聽器只有小指尖那樣大小。但是所有助聽器都面臨著一個(gè)大問題：耳道內(nèi)產(chǎn)生的耳蠟（也稱耳垢）對(duì)聲音輸出區(qū)域造成污染。為了保證助聽器可以發(fā)揮其可靠功能，有必要在其聲音輸出的位置提供防護(hù)措施。
Phonak新型“智能護(hù)衛(wèi)”的耳垢防護(hù)中，采用的方法是在微小的墊圈上焊接了一種極薄的具有高彈性的隔膜，它能有效地隔斷耳垢進(jìn)入助聽器，此類焊接技術(shù)是瑞士萊丹科技公司開發(fā)的激光掩膜焊接工藝使這一高精度的連接工藝成為可能。整個(gè)耳垢防護(hù)器的大小只有幾個(gè)毫米，需要將一個(gè)隔膜焊接到一個(gè)大約3mm大小的墊圈上，墊圈采用熱塑材料制成。
（圖片來源：萊丹塑料焊接技術(shù)（上海）有限公司，以上圖片均源自該公司）
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