Procedimiento de soldadura láser por transmisión para la unión de cuerpos de moldeo de plástico.

Procedimiento de soldadura láser para unir un segmento de tubo flexible exento de PVC a un cuerpo de moldeo tubular usando un láser y un espejeo,

estando formada la pared de tubo flexible del segmento de tubo flexible por al menos dos capas de material distintas entre sí y conteniendo una de estas capas al menos por secciones un absorbedor para radiación láser, y en el procedimiento

a) se ponen a disposición el segmento de tubo flexible exento de PVC y el cuerpo de moldeo tubular,

b) el segmento de tubo flexible y el cuerpo de moldeo tubular se insertan uno en otro en unión geométrica, de tal forma que se solapan las zonas de superficie del segmento de tubo flexible y del cuerpo de moldeo tubular,

c) el segmento de tubo flexible y el cuerpo de moldeo tubular con las zonas de superficie solapadas se disponen delante del espejo,

d) el segmento de tubo flexible y el cuerpo de moldeo tubular con las zonas de superficie solapadas se irradian con radiación láser, de tal forma que los rayos láser reflejados o transmitidos por el segmento de tubo flexible o por el cuerpo de moldeo tubular son reflejados por el espejo y en parte vuelven a incidir en el segmento de tubo flexible o el cuerpo de moldeo tubular, produciéndose una unión soldada entre el segmento de tubo flexible y el cuerpo de moldeo tubular.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/003127.

Solicitante: FRESENIUS MEDICAL CARE DEUTSCHLAND GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: ELSE-KRONER-STRASSE 1 61352 BAD HOMBURG ALEMANIA.

Inventor/es: KREISCHER, THOMAS, KUGELMANN, FRANZ, DR..

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A61M39/10 SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE.A61M DISPOSITIVOS PARA INTRODUCIR AGENTES EN EL CUERPO O PARA DEPOSITARLOS SOBRE EL MISMO (introducción de remedios en o sobre el cuerpo de animales A61D 7/00; medios para la inserción de tampones A61F 13/26; dispositivos para la administración vía oral de alimentos o medicinas A61J; recipientes para la recogida, almacenamiento o administración de sangre o de fluidos médicos A61J 1/05 ); DISPOSITIVOS PARA HACER CIRCULAR LOS AGENTES POR EL CUERPO O PARA SU EXTRACCION (cirugía A61B; aspectos químicos de los artículos quirúrgicos A61L; magnetoterapia utilizando elementos magnéticos colocados dentro del cuerpo A61N 2/10 ); DISPOSITIVOS PARA INDUCIR UN ESTADO DE SUEÑO O LETARGIA O PARA PONERLES FIN. › A61M 39/00 Tubos, adaptadores o conectores para tubos, válvulas, vías de acceso o similares, especialmente concebidos para uso médico (para los dispositivos respiratorios, p. ej. tubos traqueales A61M 16/00; válvulas cardiacas artificiales A61F 2/24). › Conectores o acopladores para tubos.
  • B29C65/16 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B29 TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL.B29C CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION O UNION DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL; POSTRATAMIENTO DE PRODUCTOS CONFORMADOS, p. ej. REPARACION (trabajo análogo a trabajo de metales con máquinas herramientas B23; trabajo con muela o pulido B24; corte B26D, B26F; fabricación de preformas B29B 11/00;  fabricación de productos estratificados combinando capas previamente no unidas para convertirse en un producto cuyas capas permanecerán unidas B32B 37/00 - B32B 41/00). › B29C 65/00 Ensamblado de elementos preformados; Aparatos a este efecto (para la fabricación de cajas, cartones, sobres o bolsas B31B; para soldar o fijar los plieges o cierres de los paquetes B65B 51/00; ensamblaje de elementos de construcción en general F16B; empalme de guías de luz G02B 6/255). › Rayos láser.

PDF original: ES-2533723_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de soldadura láser por transmisión para la unión de cuerpos de moldeo de plástico La presente invención se refiere a un procedimiento de soldadura láser por transmisión para unir por soldadura especialmente segmentos de tubo flexible de plástico a cuerpos de moldeo sustancialmente tubulares como por ejemplo otros segmentos de tubo flexible, conectores, racores, cierres etc.

Para la unión geométrica de cuerpos de moldeo compuestos de plásticos, especialmente de diferentes plásticos, generalmente existen dos posibilidades distintas. Por ejemplo, dos cuerpos de moldeo pueden unirse entre ellas por unión geométrica mediante procedimientos de encolado o de soldadura.

Entre los procedimientos de soldadura, aparte de la soldadura por infrarrojos (véase por ejemplo el documento WO2005/080067) , últimamente se está investigando con especial intensidad la soldadura mediante radiación láser.

El principio físico fundamental de un procedimiento de soldadura mediante láser requiere que al menos una parte de la luz láser empleada sea absorbida por el material de al menos una de los dos cuerpos de moldeo que han de ser unidos entre ellos, al menos en tal medida que se pueda convertir en calor y que, en el punto calentado por la luz láser, el material se vuelva fluido por calentamiento permitiendo una unión íntima con el material de plástico de la segunda pieza de moldeo.

Los parámetros que limitan el procedimiento de soldadura son la longitud de onda de la luz láser empleada y el comportamiento de absorción del plástico con esta longitud de onda. Especialmente, se usan láseres de diodos de alta potencia con una longitud de onda de 610 a 840 nanómetros y láseres de cuerpos sólidos Nd:YAG con una longitud de onda de aproximadamente 1.050 nanómetros o bien en el espectro de luz visible (400 a 750 nanómetros)

o bien en el espectro infrarrojo. Sin embargo, también pueden usarse láseres de vidrio de CO2 con una longitud de onda de 11.000 nanómetros, aproximadamente.

Las propiedades de absorción y por tanto el procesamiento de plásticos difieren mucho en función de la longitud de onda de la radiación láser empleada. Las inhomogeneidades en el plástico, como por ejemplo pigmentos, cargas o sustancias de refuerzo, pero también las superestructuras cristalinas en plásticos parcialmente cristalizantes dispersan la radiación acoplada y reducen especialmente la profundidad de penetración de la radiación en el plástico.

Si un rayo láser incide en una pieza de plástico que ha de ser calentada, la radiación láser es reflejada, absorbida y transmitida por partes distintas. La disminución de la intensidad de la radiación que penetra en el plástico se puede describir en función de la profundidad del material según la llamada ley de Bougour. La intensidad acoplada disminuye de forma exponencial con la profundidad del material.

Surgen problemas especialmente por la descomposición térmica por el calentamiento por radiación de plásticos, especialmente mediante láseres de CO2. Esto se debe a la mala termoconductividad de los plásticos, ya que frecuentemente la temperatura superficial del plástico sube rápidamente, existiendo el peligro de una descomposición térmica del material. [Las bases de los procedimientos de soldadura láser están representadas por ejemplo en H. Potente y col., "Laserschweissen von Thermoplasten" (Plastverarbeiter 1995, nº 9. páginas 42 y siguientes) , F. Becker y col., "Trends bei Serienschweissverfahren" en Kunststoffe 87 (1997, pág. 11 y siguientes) así como por H. Puetz y col. en Modern Plastics, (1997, pág. 121 y siguientes) .]

El comportamiento de absorción y por tanto también la transmisión de un polímero o un plástico transparentes al láser a una longitud de onda determinada, pueden ser controlados por ejemplo mediante la adición de absorbentes. Estos absorbentes son por ejemplo el hollín así como colorantes especiales desarrollados en los últimos años.

Una serie de colorantes que permiten un comportamiento de absorción controlable de este tipo están disponibles en los comercios y fueron desarrollados especialmente para añadirse a mezclas poliméricas para permitir una unión por soldadura láser con longitudes de onda definidas. Para ello, se ofrecen también los colorantes dados a conocer en I.A. Jones y col. "Use of infrared dyes for Transmission Laser Welding of Plastics" (Tech 2000 Conference Proceedings, pág. 1166 y siguientes) .

Una forma especial del procedimiento de soldadura por láser, a saber, el procedimiento de soldadura láser por transmisión, tiene la ventaja en comparación con otros procedimientos de soldadura de que permite soldar de forma rápida y racional incluso geometrías complejas de la superficie de juntura. Para unir por soldadura piezas de tubo flexible por ejemplo a conectores, racores etc. es necesario que una pieza a juntar sea atravesada completamente por el rayo láser, es decir, que no absorba la radiación láser. La segunda pieza a juntar o partes de esta tienen que poder absorber la luz láser bajo formación de calor. Habitualmente, la irradiación se realiza desde el lado exterior de una pieza a juntar.

El documento EP1552916A1 describe por ejemplo la unión de cuerpos de moldeo tubulares mediante procedimientos de soldadura láser por transmisión, en el que sin embargo, el láser se ha de girar alrededor de la unión a juntar de los cuerpos de moldeo, lo que requiere aparatos y una mecánica complejos para poder soldar una a otra sin junta dos piezas tridimensionales.

El documento US2003/0141634 describe tubos flexibles que se pueden unir por soldadura láser para aplicaciones médicas, según el cual en un tubo flexible estructurado en múltiples capas, cada capa comprende un material que absorbe láser. También aquí es necesario que o bien el tubo flexible o bien el aparato de transmisión de láser completo se someta a un movimiento de giro para que los tubos flexibles puedan unirse entre ellos por soldadura por toda su circunferencial.

El documento DE10245355A1 describe la unión de un elemento de tubo a través de un manquito. En un llamado procedimiento de soldadura láser por transmisión, una sección de tubo, un llamado conector, y el manguito se unen entre ellos por soldadura. En este caso, la unión por soldadura asimismo requiere un cordón de soldadura continuo alrededor de toda la circunferencia, lo que se realiza únicamente mediante el giro del dispositivo láser o del tubo flexible que ha de ser unido por soldadura.

El documento WO2005/063469 da a conocer piezas de tubo flexible que se pueden unir unas a otras a través de llamados manguitos. La unión entre el tubo flexible y el manguito se realiza a través de una capa de unión que contiene un material que absorbe entre 700 y 2500 nm. En este caso, el procedimiento de soldadura láser requiere un movimiento de rotación o bien del láser o bien del tubo flexible que ha de ser soldado.

Una desventaja de este procedimiento de soldadura láser por transmisión conocido por el estado de la técnica es por tanto especialmente que las superficies a juntar entre las dos piezas de moldeo que han de ser unidas entre sí deben ser irradiadas por el láser por todos los lados. Esto requiere que la superficie que ha de ser unida debe ser accesible para el láser desde todos los lados. La geometría de determinados componentes frecuentemente no permite una irradiación circunferencial. Frecuentemente, no se podía realizar por geometría una rotación del componente correspondiente, de modo que en muchos casos hasta ahora era imposible una unión por soldadura láser.

Por lo tanto, la presente invención tenía el objetivo de proporcionar un procedimiento de soldadura láser por transmisión que remedie las desventajas mencionadas anteriormente del estado de la técnica y que especialmente permita que sea posible sin rotación o giro una unión por soldadura circunferencial completa de dos piezas de moldeo que han de ser unidas entre ellas. Además, la presente invención tiene el objetivo de proporcionar un dispositivo con el que las dos piezas de moldeo que han de ser unidas entre ellas se puedan soldar rápidamente sin tener que girar una parte del dispositivo o una de las piezas que han de ser unidas por soldadura.

De acuerdo con la invención, el objetivo se consigue mediante un dispositivo para la unión por soldadura de dos piezas a juntar formadas por un segmento de tubo flexible y un cuerpo de moldeo tubular, que comprende un láser y un espejo, pudiendo disponerse el láser, las piezas a juntar y el espejo de tal forma que el rayo del láser incida en las piezas a juntar y a continuación en el espejo, presentando el espejo en parte el contorno de la superficie... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de soldadura láser para unir un segmento de tubo flexible exento de PVC a un cuerpo de moldeo tubular usando un láser y un espejeo, estando formada la pared de tubo flexible del segmento de tubo flexible por al menos dos capas de material distintas entre sí y conteniendo una de estas capas al menos por secciones un absorbedor para radiación láser, y en el procedimiento a) se ponen a disposición el segmento de tubo flexible exento de PVC y el cuerpo de moldeo tubular, b) el segmento de tubo flexible y el cuerpo de moldeo tubular se insertan uno en otro en unión geométrica, de tal forma que se solapan las zonas de superficie del segmento de tubo flexible y del cuerpo de moldeo tubular, c) el segmento de tubo flexible y el cuerpo de moldeo tubular con las zonas de superficie solapadas se disponen delante del espejo, d) el segmento de tubo flexible y el cuerpo de moldeo tubular con las zonas de superficie solapadas se irradian con radiación láser, de tal forma que los rayos láser reflejados o transmitidos por el segmento de tubo flexible o por el cuerpo de moldeo tubular son reflejados por el espejo y en parte vuelven a incidir en el segmento de tubo flexible o el cuerpo de moldeo tubular, produciéndose una unión soldada entre el segmento de tubo flexible y el cuerpo de moldeo tubular.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el espejo tiene el contorno de la superficie interior de un cilindro hueco.

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el absorbedor está contenido en la capa que constituye la superficie interior del segmento de tubo flexible.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque en el paso b) el cuerpo de moldeo tubular se inserta en el segmento de tubo flexible.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el absorbedor está contenido en la capa que constituye la superficie exterior del segmento de tubo flexible.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque en el paso b) el segmento de tubo flexible se inserta en el cuerpo de moldeo tubular.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el absorbedor está contenido en una concentración de 50 a 300 ppm en la capa que lo contiene.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la capa que contiene el absorbedor se compone de un material exento de PVC.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el material está seleccionado de entre polietileno, polipropileno, poliisopreno, copolímeros en bloque de estireno-olefina tales como SEBS, SEPS, SIS, SEB y mezclas de estos.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7, 8 o 9, caracterizado porque el grosor de capa de la capa que contiene el absorbedor es de 20 a 100 μm.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el material de la capa exenta de absorbedor está seleccionado de entre polietileno, polipropileno, poliisopreno, copolímeros en bloque de estireno-etileno-butadieno-estireno (SEBS) , copolímeros en bloque de estireno-etileno-propileno-estireno (SEPS) , copolímeros de estireno-isopreno-estireno (SIS) , copolímeros de estireno-etileno-butadieno (SEB) y mezclas de estos.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segmento de tubo flexible presenta un grosor de pared de 4 mm como máximo.

13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo de moldeo tubular es un conector u otro segmento de tubo flexible.

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el conector se compone sustancialmente de polipropileno.

15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segmento de tubo flexible comprende capas adicionales.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque las capas adicionales son permeables a la radiación láser.

17. Unión de juntura soldada por láser entre un segmento de tubo flexible y un cuerpo de moldeo tubular, fabricado por el procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

18. Sistema de tubo flexible que contiene una pluralidad de uniones de juntura soldadas por láser entre un segmento de tubo flexible y un cuerpo de moldeo tubular de acuerdo con la reivindicación 17, para el uso en un circuito de hemodiálisis.

19. Dispositivo para unir por soldadura dos piezas a juntar formadas por un segmento de tubo flexible y un cuerpo de moldeo tubular que comprende un láser y un espejo, en el que el láser, las piezas a juntar y el espejo se pueden disponer de tal forma que el rayo del láser incida en las piezas a juntar y a continuación en el espejo, caracterizado porque el espejo presenta en parte el contorno de la superficie interior de un cilindro hueco.

20. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque el rayo del láser diverge en una sección del 15 rayo y la sección divergente del rayo incide en las piezas a juntar.

21. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 19 o la reivindicación 20, caracterizado porque el espejo se compone de aluminio o de una aleación de aluminio.

22. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 19 a 21, caracterizado porque el diámetro del cilindro hueco es de entre 5 y 25 mm.

23. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque el diámetro del cilindro hueco es de 20 mm.

24. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 19 a 23, caracterizado porque el láser es un láser de diodo que emite luz de una longitud de onda de 750 a 1000 nm.

25. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque el láser emite luz de una longitud de onda 25 de 808 nm.

26. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 24 o la reivindicación 25, caracterizado porque el láser tiene una potencia de 380 a 520 W.

27. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 26, caracterizado porque el láser tiene una potencia de 500 W.

 

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