Dispositifs médicaux en plastique de soudage au laser

Deux pièces thermoplastiques transparentes peuvent être soudées par transmission avec l'ajout de Clearweld, un revêtement à base de solvant appliqué sur l'interface avant le soudage. Photo fournie par Emerson Automation Solutions

Invetech utilise une cellule de travail pour fabriquer un consommable pour son instrument de centrifugeuse à contre-courant, qui aide les chercheurs du secteur de la thérapie cellulaire à développer des traitements contre le cancer et d'autres maladies. Photo fournie par Invetech et Dukane Corp.

Certains systèmes LPW disposent d'un système infrarouge qui effectue trois types d'analyses non destructives après soudage : inspection de l'intégrité de la liaison, localisation des pièces et reconnaissance des défauts de matériaux. Graphique avec l'aimable autorisation de Blackhawk Technology Group

Depuis 2011, Insulet Corp. utilise le système InlineWeld 6600 pour souder au laser le boîtier extérieur en plastique au châssis de l'appareil Omnipod. Photo fournie par Insulet Corp. et LPKF Laser & Electronics

Certains dispositifs médicaux en plastique, comme les capuchons de protection des aiguilles (ci-dessus), sont soudés radialement, tandis que d'autres, comme les télécommandes des lits d'hôpitaux, sont soudés aux contours. Photos avec l'aimable autorisation de Leister Technologies

Les aliments réconfortants peuvent faire plus que simplement aider une personne à se sentir bien après une dure journée. Croyez-le ou non, il peut également être utilisé pour aider quelqu'un à mieux comprendre une technologie d'assemblage complexe. Un s'more, par exemple, n'est pas seulement l'aliment réconfortant de choix autour des feux de camp, c'est aussi l'accessoire idéal pour illustrer le fonctionnement du soudage plastique au laser (LPW).

« Le s'more est une analogie parfaite avec LPW », affirme Jim Liddle, directeur des ventes chez LPKF Laser & Electronics. « La guimauve et le chocolat sont les deux surfaces à souder, et la chaleur qui réchauffe la guimauve est le laser. Au fur et à mesure que la guimauve ramollit, sa chaleur passe et fait fondre le chocolat, et les deux se mélangent. Les biscuits Graham sont la fixation supérieure et le nid inférieur, pour ainsi dire, qui appliquent une pression pour fusionner complètement les deux surfaces.

Les fabricants de dispositifs médicaux, comme Insulet Corp., basé à Billerica, dans le Massachusetts, comptent parmi les plus grands utilisateurs de LPW. Au cours des sept dernières années, l'entreprise utilise le système InlineWeld 6600 de LPKF pour souder le boîtier extérieur en plastique au châssis de l'appareil Omnipod.

Faisant partie du système Omnipod, cet appareil est rempli d'insuline par le patient, qui l'adhère ensuite à son bras ou à son abdomen. L'autre partie du système est un gestionnaire personnel de diabète portable sans fil qui programme le dispositif pod avec les instructions personnalisées d'administration d'insuline du patient, surveille sans fil le fonctionnement du pod et comprend un glucomètre FreeStyle.

Insulet soude environ 18 millions d'Omnipods par an. Le soudage est effectué par un processus de transmission traversante, où l'énergie laser traverse un composant supérieur (la partie transmissive) et est absorbée par le composant inférieur (la partie adsorbante). L'énergie chauffe et fait fondre localement les surfaces au niveau de l'interface de joint et, avec l'application d'une force de serrage contrôlée, les pièces sont assemblées.

Il y a environ 25 ans, de nombreux ingénieurs considéraient le LPW comme relevant de la science-fiction, car les polymères thermoplastiques n'étaient pas suffisamment stables pour conduire l'énergie laser et permettre le soudage. Aujourd’hui, le soudage au laser des thermoplastiques est commercialement viable et pleinement adopté par les fabricants de dispositifs et d’équipements médicaux de toutes tailles.

Dans le même temps, LPW est également une technologie en évolution. Le dernier domaine d'innovation est le soudage transparent, qui utilise un laser de 2 microns (1 900 à 2 000 nanomètres) qui élimine le besoin d'additifs pour contrôler la fusion lors de l'assemblage des thermoplastiques. Bien que l’utilisation de cette méthode laser à grande longueur d’onde soit encore limitée, elle représente un autre moyen permettant aux entreprises de souder de manière rentable des produits plus petits, plus légers et plus sûrs.

Le soudage infrarouge par transmission continue (TTIR) reste la méthode prédominante utilisée par les fabricants de dispositifs médicaux pour souder leurs produits. Ce processus est généralement effectué avec une diode laser de 1 micron ayant une longueur d'onde comprise entre 808 et 1 064 nanomètres. Le temps de cycle varie de quelques millisecondes à 8 secondes, selon le matériau et la géométrie de la pièce. Le laser est amené sur la pièce à l'aide de l'une des quatre techniques suivantes.