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Soldadura láser para plástico para aplicaciones médicas

Una innovación en la tecnología de soldadura láser permite unir dos piezas de plástico ópticamente transparentes por primera vez.


Anteriormente, la soldadura por láser requería una pieza de plástico transparente o "transmisiva" y una pieza de plástico oscura o "absorbente" para que la energía del láser pudiera pasar a través del plástico transparente y ser absorbida por la parte oscura. El nuevo proceso, llamado "clear-on-clear", es particularmente oportuno, ya que los kits de prueba de diagnóstico in vitro en el punto de atención del paciente , que requieren cartuchos de prueba ópticamente transparentes, se están utilizando para la detección rápida de antígenos COVID-19 y anticuerpos. La nueva tecnología también abre nuevas posibilidades de diseño al permitir el uso de una amplia gama de polímeros para dispositivos médicos, sistemas de administración de fármacos y otros productos de prueba in vitro .

El nuevo proceso combina la tecnología Branson de Emerson conocida como soldadura por láser de transmisión simultánea por infrarrojos (STTIr) con una tecnología de deposición ultrasónica de Sono-Tek. El proceso de deposición "pretrata" una de las partes de acoplamiento transparentes con un absorbente láser biocompatible compuesto de tintes de pigmento o micropartículas de negro de humo suspendidas en un fluido portador como alcohol isopropílico o acetona.


El absorbedor de láser se puede enviar a la superficie de una de las piezas de acoplamiento transparentes a través de una variedad de métodos. Se puede mezclar en la resina antes del moldeo, aplicar mediante un proceso de tampografía o, para mayor precisión, depositar por pulverización en una de las piezas de plástico utilizando el equipo de deposición por pulverización ultrasónica de Sono-Tek. En el último caso, el tinte que absorbe el láser se deposita en la superficie de una de las piezas mediante un patrón de pulverización tan pequeño como 0,5 mm de ancho. El portador fluido del pigmento se destella inmediatamente, dejando solo las partículas que absorben el láser (de 1 µm o menos de tamaño) en la superficie.


Durante la soldadura, las partículas absorben energía láser y liberan calor que se conduce a través de la zona de soldadura de las dos partes y las une bajo una fuerza de sujeción controlada con precisión.



El sistema de deposición por pulverización ultrasónica se describe como "diseñado para depositar cantidades diminutas de tinte de pigmento, medido en microlitros, con espesores de recubrimiento que se evalúan en cientos de nanómetros en la superficie de las piezas recubiertas".


El nuevo proceso de deposición por pulverización se derivó de una tecnología anterior de Sono-Tek utilizada para depositar recubrimientos ultrafinos y ultraprecisos en stents médicos. Las propiedades de absorción de láser de la nueva combinación de tintes de pigmentos y solventes biocompatibles se derivaron de los recubrimientos absorbentes de luz de Sono-Tek utilizados en células fotovoltaicas. Esta nueva tecnología involucró un proceso iterativo que hizo la transición del proceso de recubrimiento / deposición / soldadura de materiales absorbentes a transmisores, culminando en los materiales finales transmisivos a completamente transparentes.


Depositar el tinte que absorbe el láser en el lugar correcto en una pieza moldeada por inyección es un desafío que requiere una precisión extrema. Los objetivos típicos para tales deposiciones incluyen la superficie interior de las juntas machihembradas, o la superficie interior de una junta en "doble V" en una de las partes acopladas (FIGURA 1). Al depositar el absorbente en dichas juntas cerradas, esta nueva tecnología es capaz de enfocar el calor generado por láser necesario para la fusión adecuada y crear una "trampa de destello" que aísla el área tratada de la fusión de cualquier ruta de flujo de microfluidos sensibles que pueda estar ubicado cerca de la parte soldada.


Las piezas de microfluidos que se utilizan en los dispositivos médicos de hoy en día deben estar unidas de manera confiable mientras se mantienen dimensiones precisas y consistentes a lo largo de trayectos de flujo diminutos (FIGURA 2). Desarrollar la tecnología necesaria para un proceso de unión tan preciso. Sono-Tek perfeccionó el método para aplicar el absorbedor láser y Branson perfeccionó el proceso de soldadura láser habilitado por aspersión. Como resultado, la nueva tecnología de soldadura por láser de plástico transparente sobre transparente puede producir de manera confiable trayectorias de fluidos complejas mientras mantiene relaciones de aspecto superiores en el paso de trayectoria de flujo submilimétrico.



Además, la nueva tecnología reduce la necesidad de obtener imágenes precisas de la energía láser porque la soldadura transparente solo ocurre donde se deposita el absorbente láser. La tecnología también permite utilizar juntas machihembradas o similares para alinear con precisión conjuntos completos antes de soldar. Y es posible aislar la soldadura terminada de la ruta de microfluidos en funcionamiento en el ensamblaje terminado, una característica de rendimiento esencial para dispositivos médicos o médicos.


Combinando con los procesos de soldadura por láser existentes

El absorbedor láser biocompatible y el equipo de deposición por pulverización ultrasónica se pueden "atornillar" a muchas aplicaciones de soldadura láser Branson STTir existentes, lo que permite fabricar piezas microfluídicas transparentes de forma económica y a escala industrial por primera vez. Los tiempos del ciclo de soldadura se pueden medir en segundos, gracias a las capacidades de soldadura de alta velocidad de la tecnología STTir. El nuevo proceso de deposición por pulverización también se puede adaptar para producir varias piezas simultáneamente, lo que permite ampliar los procesos de deposición por pulverización y soldadura por láser para acelerar aún más la producción.

Debido a que el tinte de pigmento que absorbe el láser es tan eficiente para generar y conducir calor, también ayuda a superar el desafío de las grandes diferencias en la temperatura de transición vítrea (T g ) de los diferentes polímeros que se utilizan en el proceso de unión. Esta capacidad aumenta significativamente la gama de termoplásticos que se pueden soldar, independientemente de su composición química.



Una aplicación típica

Un proceso típico implica el uso de dos piezas moldeadas por inyección de plástico transparente, una de las cuales se colocará en el equipo de deposición por aspersión Sono-Tek, donde recibirá el tinte absorbente de láser y servirá como la mitad absorbente del ensamblaje. A continuación, los componentes se transfieren a una soldadora láser (FIGURA 3), donde se aplica energía láser y se crea una pieza soldada con láser transparente sobre transparente.


Esta importante nueva tecnología es invaluable para producir todo, desde rutas de flujo serpentinas, como las requeridas para los sistemas de diagnóstico in vitro , hasta dispositivos IVD que exigen rutas de flujo ópticamente claras. Gracias a este nuevo proceso de soldadura transparente sobre transparente (FIGURA 4), los profesionales médicos pueden observar de manera más simple y confiable los recuentos de células sanguíneas automatizados en vías de fluidos transparentes del tamaño de capilares o realizar procedimientos críticos de atención al paciente.



Fuente: industrial-lasers

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