在塑料材料在醫療器械領域廣泛應用的今天，新型的塑料生產及加工工藝層出不窮，激光焊接作為其中的一種，受到行業的廣泛關注。本文介紹塑料激光焊接的原理、工藝及在醫療器械行業的應用。
塑料焊接原理
在熱塑性塑料的焊接過程中，兩個待焊塑料零件用夾緊夾具夾在一起，其中的一個塑料件能使激光穿透，而另一個塑料件能吸收激光的能量。激光束通過上層的透光材料到達焊接平面，然后被下層材料吸收。激光能量被吸收使得下層材料溫度升高，熔化上層和下層的塑料，最后凝固成牢固的焊縫。
焊接原理圖
塑料激光焊接的優點在于，它是一種非接觸式的焊接方法，激光的能量只是作用于非常小的焊接區域，極大地減小了工件的熱應力及振動對工件的破壞。
塑料激光焊接的方法主要有：輪廓焊接、同步焊接、準同步焊接、放射狀焊接及Globol焊接等。
輪廓焊接
顧名思義，輪廓焊接就是使激光沿著工件的焊接線移動，將需要焊接的塑料層熔化并粘結在一起；有些時候，也可以固定激光的位置，移動或旋轉工件來達到焊接目的。
同步焊接
同步焊接首先根據焊接區域形狀定制相應的激光頭，要求焊接區域形狀一般都是對稱的，比如圓形。同步焊接的激光束來源于多個二極管激光束，它們同時作用于焊接區域的輪廓線上熔化焊接區域達到焊接效果。同步焊接的缺陷在于它的鏡頭必須要根據工件的焊接區域形狀進行定制。
掩模焊接
掩模焊接需要制作一個可以反射或者吸收激光的模板。模板用來定位焊接區域，激光透過模板熔化焊接區域達到焊接效果。掩模焊接的優點在于它的靈活性，模板可以根據焊接區域的形狀進行更改，同時，這種焊接方法也適用于高精密焊接，其精密度可以達到微米級。
Globo焊接
瑞士萊丹（Leister）公司專利的焊接工藝。Globo焊接是沿著產品的輪廓線進行焊接的。激光束經由氣墊式，可無摩擦任意滾動的玻璃球點狀式的聚焦于焊接界面，該玻璃球不僅僅進行聚焦而且也充當機械夾緊夾具。當該球在表面上滾動時，為接合面提供了持續壓力。這就確保了在激光加熱材料的同時有壓力夾緊。該玻璃球取代了機械夾具，同時擴大了激光焊接在連續三維焊接中的應用范圍。
塑料焊接在醫療器械上的應用
在醫療器械領域，塑料激光焊接主要應用于注射系統、醫療電子設備、各種人造移植及造口產品等等。
一個有意思的應用是使用激光焊接Phonak耳垢防護器，整個耳垢防護器的大小只有幾個毫米，我們需要將一個隔膜焊接到一個大約3毫米大小的墊圈上。隔膜對激光輻射是透明的，而墊圈則采用熱塑材料制成，可以吸收激光輻射。要實現如此微小工件的焊接，我們采用了適用于高精密焊接的掩模焊接方法。
塑料激光焊接工藝還在一些其他的高端醫療產品上有廣泛應用，比如，人造瘺護理產品及針尖保護帽等等。在人造瘺護理產品中，我們采用的是Globo焊接工藝。而在針尖保護帽的焊接中，我們采用的是同步焊接工藝。
塑料激光焊接在生物醫療分析儀器中也有廣泛應用。生物醫療分析儀器通常要求無菌，不能有任何化學物質參雜等等。而傳統的采用膠水粘連方式可能會將化學物質帶入分析儀器，從而影響精度。摩擦焊接等其他方式則在加工過程中會產生粉塵或溢出物，這也會對儀器產生污染。而激光焊接作為一種非接觸式焊接方法，特別適用這類產品的生產。塑料激光焊接加工過程中熱影響范圍小，因此也適用于熱敏感的材料的焊接，比如表面有蛋白質涂層的生物芯片的焊接。
生物醫療分析儀器最好的例子是液體分析芯片，這種芯片含有微流道系統，用來采集及分析液體物質。通常流道只有幾厘米長，可能有幾十微米到幾百微米寬，其寬高比都小于1。流道承受的壓力通常有幾帕。這些微流道通常由很薄的塑料片構成，其厚度可能從幾毫米到20微米不等。要對如此精密的產品進行焊接，掩模焊接是最好的方法。采用掩模焊接后，只要使用比較低質量的二極管激光就可以完成焊接，從而節省大量投資。另外，采用掩模焊接也可以大幅提高生產效率。
塑料激光焊接工藝在醫療器械上的使用遠不止上述幾種應用，塑料激光焊接工藝正被越來越多的醫療器械廠家采用，它的應用前景將非常光明。
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