プラスチック医療機器のレーザー溶接

2 つの透明な熱可塑性プラスチック部品は、溶接前に界面に塗布される溶剤ベースのコーティングである Clearweld を追加することで透過溶接できます。 写真提供：エマソン オートメーション ソリューションズ

Invetech は、ワークセルを使用して向流遠心分離機の消耗品を製造しており、細胞治療業界の研究者ががんやその他の病気の治療法を開発するのに役立ちます。 写真提供：Invetech および Dukane Corp.

一部の LPW システムは、接着完全性検査、部品位置および材料欠陥認識という 3 種類の溶接後の非破壊分析を実行する赤外線ベースのシステムを備えています。 画像提供：Blackhawk Technology Group

2011 年以来、Insulet Corp. は InlineWeld 6600 システムを使用して、外側のプラスチック ハウジングを Omnipod デバイスのシャーシにレーザー プラスチック溶接しています。 写真提供：Insulet Corp. および LPKF Laser & Electronics

針保護キャップ (上) などの一部のプラスチック製医療機器は放射状溶接されていますが、病院のベッドのリモコンなどの他のプラスチック製医療機器は輪郭溶接されています。 写真提供：ライスター・テクノロジーズ

ほっとする食べ物は、つらい一日の後に気分を良くしてくれるだけではありません。 また、信じられないかもしれませんが、複雑な組み立て技術をより深く理解するためにも使用できます。 たとえば、スモアはキャンプファイヤーの周りで選ばれるホッとする食べ物であるだけでなく、レーザー プラスチック溶接 (LPW) がどのように機能するかを説明するのに最適な小道具でもあります。

「スモアは LPW にぴったりです」と、LPKF Laser & Electronics のセールス ディレクター、Jim Liddle 氏は言います。 「マシュマロとチョコレートは溶接される 2 つの表面で、マシュマロを温める熱はレーザーです。 マシュマロが柔らかくなると、その熱がチョコレートを溶かし、両者が混ざり合います。 グラハムクラッカーは、いわば、圧力をかけて 2 つの表面を完全に融合させる上部の固定具と下部の巣です。」

マサチューセッツ州ビレリカに本拠を置く Insulet Corp. などの医療機器メーカーは、LPW の最大のユーザーの 1 つです。 過去 7 年間、同社は LPKF の InlineWeld 6600 システムを使用して、外側のプラスチック ハウジングを Omnipod デバイスのシャーシに溶接してきました。

オムニポッド システムの一部であるこのデバイスは、患者によってインスリンが充填され、腕または腹部に貼り付けられます。 システムのもう 1 つの部分は、患者の個別のインスリン投与指示でポッド デバイスをプログラムし、ポッドの動作を無線で監視し、FreeStyle 血糖計を含むワイヤレス ハンドヘルド パーソナル糖尿病マネージャーです。

インシュレットは年間約 1,800 万匹のオムニポッドを溶接します。 溶接は透過プロセスによって行われ、レーザー エネルギーが上部コンポーネント (透過部分) を通過し、下部コンポーネント (吸着部分) に吸収されます。 このエネルギーによって接合界面の表面が局部的に加熱および溶解され、制御されたクランプ力を適用することで部品が接合されます。

約 25 年前、熱可塑性ポリマーはレーザー エネルギーを伝導して溶接できるほど安定していなかったため、多くのエンジニアは LPW は SF の世界の話だと考えていました。 現在、熱可塑性プラスチックのレーザー溶接は商業的に実行可能であり、あらゆる規模の医療機器および機器メーカーによって完全に採用されています。

同時に、LPW は進化するテクノロジーでもあります。 最新の技術革新分野は、2 ミクロンのレーザー (1,900 ～ 2,000 ナノメートル) を使用する透明溶接です。これにより、熱可塑性プラスチックを接合する際に溶融を制御するための添加剤が不要になります。 この高波長レーザー法の使用はまだ限定されていますが、企業がより小型、軽量、より安全な製品をコスト効率よく溶接できるもう 1 つの方法となります。

透過型赤外線溶接 (TTIR) は、医療機器会社が製品を溶接する主流の方法であり続けています。 このプロセスは通常、808 ～ 1,064 ナノメートルの波長を持つ 1 ミクロンのダイオード レーザーを使用して行われます。 サイクル時間は、材料と部品の形状に応じて、数ミリ秒から 8 秒の範囲です。 レーザーは 4 つの技術のいずれかを使用してパーツに照射されます。