医疗器械厂商面临一个很少被深入探讨的连接难题:PEEK(聚醚醚酮)现已成为手术器械、植入式外壳、诊断设备的推荐材料,该材料具备生物相容性、可灭菌性、耐化学腐蚀性,受力状态下尺寸稳定性优异,是理想的医用高分子材料,吸收式热传导(ATA)激光焊接技术,正是为解决这一痛点研发而生。
吸收式热传导(ATA)激光焊接技术
目前绝大多数PEEK零部件仍采用胶水粘接,少数采用热板焊。两种工艺虽能满足产品上市的基础要求,但都存在明显短板:胶粘无法实现在线质量管控,且存在污染风险,所用助剂也未必适配医用场景;热板焊虽洁净无杂质,但生产节拍慢,且受产品结构外形限制较大。而原本兼具高精度、高效率、洁净度优势的传统激光焊接,对于市面常规配色的医用级PEEK材料却无法适用。吸收式热传导(ATA)激光焊接技术,正是为解决这一痛点研发而生。
为何传统激光焊接无法加工医用级PEEK材料?
激光透射焊接原理:激光光束穿透上层透光材料,在粘接界面被吸收产热,熔化两侧接触面实现熔合。该工艺要求上层材料在激光对应波长下透光率至少达到20%;若透光率低于该阈值,则抵达粘接界面的激光能量不足,不但会延长生产节拍,还会大幅缩窄工艺适配区间。
医用级PEEK本色包含本色、米白色、纯白色,也是植入类、无菌类产品指定的配色。但浅色搭配PEEK高结晶结构,材料透光率会远低于20%的临界值,导致常规激光焊接在多数场景无法使用。
ATA激光焊接工作原理及颠覆性优势
ATA技术无需设置透光上层,激光直接对两个待连接面同时加热,不再依靠激光穿透其中一侧材料。
整套工艺分为四步:
ATA工序逻辑与热板焊相近,但实现方式完全不同。激光扫描可精细地给复杂三维曲面指定区域定点输能;无需热板、不存在整体长时间均热,除对接界面外其余表面不会与模具接触。由于两侧材料直接吸收激光能量,材料颜色、透光率不再是制约因素,浅色PEEK、白色医用高分子、填充改性牌号均可稳定焊接。
PEEK能否使用ATA激光焊接?
完全可行,只需一项简单的材料改性处理。
本色、浅色PEEK近红外吸收率偏低,想要在对接面产生充足激光熔接热量,材料内部需要添加近红外吸光剂。在工艺所需添加比例下,不会破坏材料的生物相容性;多家医用PEEK原料厂商已推出预添加近红外吸光剂、完成生物相容性认证的可激光焊接**牌号。
除PEEK外,ATA工艺已在多款医用高分子材料上成功地完成工艺验证:PBT、POM-C、PPS、PA6、PA66、PP、ABS、LCP、PPA、PK等,基本覆盖手术器械、诊断设备、给药器件等常用材料体系。
医疗器械典型应用
手术器械
浅色PEEK手柄、外壳、握持结构,内部常装配传感器、电路板、驱动执行件,需要避热、减震防护。ATA可替代传统胶粘,工艺洁净高效、全程可追溯;无需表面预处理、无固化等待、杜绝污染风险,每件器械均可留存焊接热力图质检记录。
诊断设备与微流控元器件
检测卡、采样器具、微流控芯片,为满足耐化学性常采用PPS、PPA、PEEK大批量生产。ATA技术零渗漏、流道无污染、数百万件产品焊缝稳定一致性;振镜控制适配复杂轨迹焊缝,搭配TherMoPro可在总装前提前检出不良品。
给药装置
输液泵外壳、储药仓、自动注射器壳体。产品不但在生产阶段,长达数年使用周期需要满足严苛满足生物相容性。
植入式器械外壳
医疗器械领域是要求十分严苛的应用场景,进入人体的所有材料必须完成完整的生物相容性、长期稳定性、安全性验证。
ATA激光焊接工艺评估验证
若贵司生产PEEK或其他高性能高分子医疗器械零部件,现有连接工艺在质控、生产节拍、污染风险、法规资料申报方面存在痛点,非常适合开展ATA激光焊接工艺评估验证。
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