Dispositivi medici in plastica per saldatura laser

Due parti termoplastiche trasparenti possono essere saldate a trasmissione passante con l'aggiunta di Clearweld, un rivestimento a base solvente applicato sull'interfaccia prima della saldatura. Foto gentilmente concessa da Emerson Automation Solutions

Invetech utilizza una cella di lavoro per produrre un materiale di consumo per il suo strumento di centrifuga a controflusso, che aiuta i ricercatori nel settore della terapia cellulare a sviluppare trattamenti per il cancro e altre malattie. Foto per gentile concessione di Invetech e Dukane Corp.

Alcuni sistemi LPW sono dotati di un sistema a infrarossi che esegue tre tipi di analisi non distruttive post-saldatura: ispezione dell'integrità del legame, localizzazione della parte e riconoscimento dei difetti del materiale. Grafica gentilmente concessa da Blackhawk Technology Group

Dal 2011, Insulet Corp. utilizza il sistema InlineWeld 6600 per saldare al laser la plastica l'alloggiamento esterno in plastica al telaio del dispositivo Omnipod. Foto per gentile concessione di Insulet Corp. e LPKF Laser & Electronics

Alcuni dispositivi medici in plastica, come i cappucci di protezione dell'ago (sopra), sono saldati radialmente, mentre altri, come i telecomandi dei letti ospedalieri, sono saldati a livello dei contorni. Foto per gentile concessione di Leister Technologies

Il comfort food può fare molto di più che far sentire bene una persona dopo una dura giornata. Può anche essere utilizzato, che ci crediate o no, per aiutare qualcuno a comprendere meglio una tecnologia di assemblaggio complessa. As'more, ad esempio, non è solo il cibo di conforto preferito attorno ai fuochi da campo, ma è anche il supporto perfetto per illustrare come funziona la saldatura laser della plastica (LPW).

"Il s'more è un'analogia perfetta per LPW", afferma Jim Liddle, direttore delle vendite presso LPKF Laser & Electronics. “Il marshmallow e il cioccolato sono le due superfici da saldare, e il calore che scalda il marshmallow è il laser. Mentre il marshmallow si ammorbidisce, il suo calore passa e scioglie il cioccolato, e i due si mescolano. I cracker Graham sono l’elemento superiore e il nido inferiore, per così dire, che esercitano una pressione per fondere completamente le due superfici.

I produttori di dispositivi medici, come Insulet Corp., con sede a Billerica, Massachusetts, sono tra i maggiori utilizzatori di LPW. Negli ultimi sette anni, l'azienda ha utilizzato il sistema InlineWeld 6600 di LPKF per saldare l'alloggiamento esterno in plastica al telaio del dispositivo Omnipod.

Parte del sistema Omnipod, questo dispositivo viene riempito di insulina dal paziente, che poi lo fa aderire al braccio o all'addome. L'altra parte del sistema è un Personal Diabetes Manager portatile wireless che programma il dispositivo pod con le istruzioni personalizzate di somministrazione di insulina del paziente, monitora in modalità wireless il funzionamento del pod e include un glucometro FreeStyle.

Insulet salda circa 18 milioni di Omnipod all'anno. La saldatura viene eseguita mediante un processo di trasmissione passante, in cui l'energia laser passa attraverso un componente superiore (la parte trasmissiva) e viene assorbita dal componente inferiore (la parte assorbente). L'energia riscalda e fonde localmente le superfici nell'interfaccia del giunto e, con l'applicazione di una forza di serraggio controllata, le parti vengono unite.

Circa 25 anni fa, molti ingegneri consideravano l'LPW roba da fantascienza perché i polimeri termoplastici non erano sufficientemente stabili per condurre l'energia laser e consentire la saldatura. Oggi, la saldatura laser del materiale termoplastico è commercialmente fattibile e pienamente adottata dai produttori di apparecchiature e dispositivi medici di tutte le dimensioni.

Allo stesso tempo, LPW è anche una tecnologia in evoluzione. L’ultima area di innovazione è la saldatura trasparente, che utilizza un laser da 2 micron (da 1.900 a 2.000 nanometri) che elimina la necessità di additivi per controllare la fusione durante l’unione dei materiali termoplastici. Sebbene l’uso di questo metodo laser ad alta lunghezza d’onda sia ancora limitato, rappresenta un altro modo con cui le aziende possono saldare in modo economicamente vantaggioso prodotti più piccoli, più leggeri e più sicuri.

La saldatura a infrarossi a trasmissione continua (TTIR) rimane il modo predominante con cui le aziende produttrici di dispositivi medici saldano i loro prodotti. Questo processo viene generalmente eseguito con un laser a diodi da 1 micron con una lunghezza d'onda compresa tra 808 e 1.064 nanometri. Il tempo del ciclo varia da pochi millisecondi a 8 secondi, a seconda del materiale e della geometria della parte. Il laser viene portato sulla parte utilizzando una delle quattro tecniche.