激光技術(shù)應(yīng)用于生物和醫(yī)學(xué)工程的許多領(lǐng)域，且越來越多地用于直接對人體進(jìn)行治療和診斷，也包括醫(yī)療器械和醫(yī)療植入物的制造。與此同時(shí)，高可靠性以及功能強(qiáng)大的激光系統(tǒng)也能很好地應(yīng)用于醫(yī)療器械塑料組件的連接。

圖1：激光透射焊接原理圖

塑料是許多醫(yī)療設(shè)備及其組件的理想材料：它們易于成型，易于清洗甚至高溫滅菌，重量相對較輕。兩個(gè)注塑部件的連接可以通過化學(xué)、熱效應(yīng)或機(jī)械工藝來完成，例如粘合劑、超聲波焊接、激光焊接，這取決于產(chǎn)品的后期應(yīng)用以及對外觀美觀度的不同需求。然而，在惡劣或敏感的條件下，塑料部件的連接是巨大的挑戰(zhàn)。由于各種因素的影響，周圍材料的性質(zhì)有可能發(fā)生變化，這些變化通常是我們極力避免甚至是不允許的。當(dāng)對塑料部件連接品質(zhì)要求很高且連接處必須非常堅(jiān)固且潔凈（無粉塵和化學(xué)物質(zhì)）時(shí)，激光塑料焊接技術(shù)就凸顯出巨大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。這種連接技術(shù)具有高可靠性、快速的優(yōu)點(diǎn)，并且能獲得精確且牢固的焊縫，是醫(yī)療領(lǐng)域精密部件加工的理想選擇。

圖2：激光焊接塑料相熔特性表

激光透射焊接
在激光透射焊接中，激光束穿透上層透光材料，到達(dá)下部的吸光材料表面，將激光光能轉(zhuǎn)變成熱能，使其表面熔化，同時(shí)熱量也以傳導(dǎo)方式，從底面?zhèn)鬟f到與其壓接的上層透光工件的接觸面上，使其融化，從而實(shí)現(xiàn)激光熱熔焊接。這一點(diǎn)在焊接過程中通過各種質(zhì)量控制方法得到了海量驗(yàn)證。窄的激光照射區(qū)冷卻后，就會(huì)獲得與材料本身的強(qiáng)度一致的焊縫。

成功的激光塑料焊接加工過程的必要條件是兩個(gè)部件分別是激光透光塑料和激光吸光塑料。
通過激光透射焊接的方式可以產(chǎn)生與材料本身強(qiáng)度幾乎相同的焊縫且不產(chǎn)生碎屑或粉塵，無需引入任何化學(xué)物質(zhì)或其他添加劑。整個(gè)加工過程潔凈度高。焊縫從零點(diǎn)幾毫米到幾毫米且密封性良好。特別是當(dāng)需要精細(xì)、美觀的焊縫結(jié)構(gòu)時(shí)，激光焊接無疑是最理想的技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)在醫(yī)學(xué)工程的許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。例如，焊接胰島素裝置或起搏器等電子元件的外殼。導(dǎo)管或銷釘?shù)葓A柱形部件，也可以用激光進(jìn)行精確而可靠地焊接，例如診斷用的試劑盒和微流體元件也可以輕松應(yīng)對。而另外一個(gè)優(yōu)勢是焊縫具有與材料本身相同的生物相容性。承受高壓的塑料閥門的各個(gè)部件也可以用激光進(jìn)行焊接，可以獲得高質(zhì)量而穩(wěn)定的連接。借助數(shù)控以及精準(zhǔn)聚焦的激光束，任何形狀都可以焊接。

  此外，借助特殊的激光源，這種清潔的焊接方法還可以用于連接兩個(gè)透明的焊接部件。尤其當(dāng)該部件不允許加入任何添加劑或者焊接后必須使用光學(xué)分析進(jìn)行評估時(shí)，這種焊接方法就更加合適了。

LPKF激光系統(tǒng)監(jiān)控加工過程，確保產(chǎn)品質(zhì)量
激光塑料焊接系統(tǒng)既可作為獨(dú)立的解決方案也可集成到生產(chǎn)線。標(biāo)準(zhǔn)化的電氣和機(jī)械接口可用于工業(yè)4.0環(huán)境，這讓LPKF的激光焊接系統(tǒng)可以集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）中。

LPKF系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)可追溯和可重復(fù)的過程，以確保符合特定的潔凈度要求和工藝過程驗(yàn)證。通過用戶的高級中央控制系統(tǒng)，可以方便地執(zhí)行持續(xù)的過程監(jiān)控和工藝過程控制。每個(gè)單獨(dú)組件的焊接過程都會(huì)被記錄下來。因此，LPKF系統(tǒng)可以滿足醫(yī)療工程中對過程和質(zhì)量可靠性的極高要求。該系統(tǒng)還擁有可用于潔凈室的版本。
根據(jù)不同的應(yīng)用，可以采用不同的焊接方法。激光塑料焊接分為徑向焊接、輪廓焊接、準(zhǔn)同步焊接以及復(fù)合焊接。每種方式都有自己的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。焊接過程中能量輸入的變化或性質(zhì)取決于應(yīng)用和部件。LPKF可根據(jù)不同應(yīng)用提供合適的加工系統(tǒng)。

對于一些特殊項(xiàng)目，LPKF會(huì)基于豐富的加工經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合激光、光束導(dǎo)向和控制單元，從而能完成非常復(fù)雜的焊接任務(wù)，如果需要的話也可以配置自動(dòng)化系統(tǒng)。

總結(jié)
激光塑料焊接是塑料部件精密連接的首選工藝。它可以獲得潔凈、無毛刺、具備高的連接強(qiáng)度和可靠性的部件連接，并且不會(huì)改變材料屬性。由于可用的焊接工藝類型繁多，因此該技術(shù)可用于加工各種產(chǎn)品：從狹窄的導(dǎo)管到耐壓閥，再到大的電子元件外殼。完全的可追溯性確保了生產(chǎn)工藝的高可靠性，這使得激光塑料焊接成為醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域眾多應(yīng)用的首選連接技術(shù)。