[发明专利]激光焊接系统和方法

说明书

一种涉及同时接合第一袋和第二袋的相应层的激光焊接系统。所述系统包括与第二膜层相邻的第一膜层，用于形成第一袋，以及与第四膜层相邻的第三膜层，用于形成第二袋。多个膜层中的每一层由吸收具有约2微米波长的激光辐射的热塑性材料制成。非吸收载体膜层位于第二膜层和第三膜层之间，该非吸收载体膜层由透射激光辐射的基本上所有能量的材料制成。激光源向多个膜层的待接合的部分施加激光辐射，与第二袋大致同时形成第一袋。公开了另一激光焊接系统，其用于接合第一热塑性工件和第二热塑性工件并包括具有非平坦表面的夹具。在待接合的工件被夹持在一起的同时，向所述工件施加具有约2微米波长的激光辐射，以使工件的被辐射部分彼此熔化。第一夹持工具使激光辐射的基本上所有能量透射通过其材料。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年12月6日提交的序列号为16/212,664的美国专利申请和2018年7月3日提交的序列号为16/026,909的美国专利申请的优先权和权益，在此通过引用将其整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及热塑性材料的激光焊接，更具体地，涉及使用具有2微米波长的激光辐射来同时焊接多个袋的激光焊接，所述多个袋使用载体膜作为两个相邻袋之间的分隔物，并且本公开还涉及热塑性材料的激光焊接，更具体地，涉及使用具有2微米波长的激光辐射与氟化乙烯丙烯夹持工具来焊接待接合在一起的具有复杂或不规则表面的热塑性部件的激光焊接。

背景技术

激光焊接使用激光束通过将受控量的能量传递到精确的位置来熔化接合区域中的热塑性材料。已经开发了用于控制光束尺寸的系统，并且可以使用多种方法来精确地定位和移动光束。激光焊接基于与其它焊接技术相同的材料相容性的基本要求，但是通常发现与大多数其它塑料焊接工艺相比，对树脂化学性质或熔体温度差更宽容。几乎所有的热塑性塑料都可以使用适当的激光源和适当的接头设计进行焊接。

用于塑料材料的常规激光焊接工艺通常利用发射具有约1微米左右(例如，808nm、960nm、980nm、1050nm或1064nm)波长的辐射的激光器。在这些波长下，热塑性材料不吸收红外辐射，并且焊接过程利用了选择性的加热效果。在这种广泛接受的方法中，激光辐射透射通过待接合且被夹持在一起以用于焊接的两个部件的上部件，并被底部件吸收，底部件具有激光吸收添加剂，最常见的是炭黑。如果上部件的表面是平坦的，则用于该激光焊接工艺的夹持工具通常包括玻璃板，其允许在组件上施加夹持压力，同时将被引导通过其的激光束透射到焊接表面。当上表面具有弯曲或复杂的形状时，夹持工具通常由一些易于加工的透明塑料制成，最常见的是丙烯酸，其不吸收由1微米激光器发射的激光辐射，并且以最小的功率损耗将激光束透射到工件。这些材料还具有足够的刚性以将夹持力传递到被焊接的组件。然而，它们仅适用于具有约1微米波长的激光器。

利用2微米激光波长的激光焊接工艺允许在不存在任何激光敏感添加剂的情况下焊接未填充的塑料，因为大多数塑料材料可以用这种激光熔化。与基于使用1微米激光的焊接工艺相比，该工艺提供了显著的优点，其中基于使用1微米激光的焊接工艺需要在组件的底部分中存在激光敏感添加剂。然而，需要一种使用2微米激光波长来接合具有复杂或不平坦表面几何形状的工件的激光焊接工艺。在1微米波长激光焊接工艺中用于制作夹持工具的材料不适用于2微米激光焊接工艺。

根据激光焊接的另一方面，用于制药工业的IV袋和类似容器通常使用射频(RF)焊接(例如，用于聚氯乙烯(PVC)材料)或热封焊接(例如，用于聚烯烃基材料(包括各种多层结构))来制造。通常，IV袋通过在形成袋的两层膜的幅材上施加热和焊接压力而制成。这种方法是有效的，并且允许通过使用大型工具在一个周期中制造多个袋，该大型工具覆盖足以制造4-8个袋的片材。然而，无论袋的形状如何，目前的方法都不允许区分焊接参数，从而导致在袋侧以及其拐角和弯曲处施加相同量的热量。因此，加热导致袋拐角和弯曲处的过热。材料变薄和袋角的针孔是常见的缺陷，影响总生产量并因频繁的工艺调整导致不合格率和停机时间。