Soldado láser de plásticos para aplicaciones médicas

El láser es una poderosa herramienta para la manufactura de instrumentos médicos pues es un dispositivo de cero contacto y de muy alta precisión entre otras importantes ventajas. 

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Por: Vicente Aboites

El láser es una poderosa herramienta para la manufactura de instrumentos médicos pues es un dispositivo de cero contacto y de muy alta precisión entre otras importantes ventajas.  Las aplicaciones médicas del láser hacen posible intervenciones que hace algunos años eran inimaginables, por ejemplo en oftalmología y cirugía endoscópica.  

Recordemos que la cirugía endoscópica consiste en la introducción de un endoscopio, que es un instrumento óptico en forma de tubo con una cámara de vídeo e iluminación en el extremo, a través de alguno de los orificios naturales del cuerpo o a través de una incisión, para que así el especialista cirujano pueda observar a través de un monitor de televisión el órgano o zona a tratar. 

 Sin embargo, la construcción de los instrumentos médicos es a su vez un reto tecnológico en donde el láser participa de modo fundamental.  

Uno de los problemas más importantes enfrentados en la manufactura de instrumental médico es la soldadura de plásticos, usando láseres, este es un proceso rápido, limpio y preciso pero esta limitado por las características físicas y de color de los plásticos a soldar.  

Las compañías de fabricación de instrumental médico frecuentemente deben de encontrar un punto medio o de equilibrio que satisfaga las exigencias de mercado, de ingeniería y de manufactura.  Frecuentemente esto resulta ser muy complicado.

La soldadura láser de plásticos depende de las características de transmisión y absorción de los materiales plásticos a soldar.  Para esta aplicación normalmente se utilizan láseres que emiten radiación a un micrón o a dos micrones de longitud de onda, es decir, en el infrarrojo.

El principio de operación de la soldadura de plásticos utilizando láseres de un micrón requiere que en la parte superior -por donde incide el láser- se coloque el plástico que transmite la radiación láser incidente, y en la parte inferior se coloque el plástico que absorbe la radiación láser. 

El calor generado en la capa inferior es por conducción transferido a la capa superior, pues las dos capas de plástico se encuentran en estrecho contacto físico y mecánico.  La mayoría de los termoplásticos transmiten radiación alrededor de un micrón (típicamente entre 800 a 1064 nanómetros) por tanto el plástico que se encuentra en la parte superior -por donde incide la radiación láser- no será un problema.  

La dificultad se presenta con el plástico de la capa inferior al cual se le deberá añadir carbón u otros colorantes para incrementar su absorción, lo cual no siempre es médicamente deseable.

El principio de operación de la soldadura de plásticos utilizando láseres de dos micrones requiere que las dos capas de plástico a soldar, la superior y la inferior, transmitan adecuadamente la radiación láser incidente.  

Sin embargo, el proceso de soldadura requiere necesariamente calentar los materiales y esto se logra por la absorción de la radiación láser incidente.  En este caso en lugar de utilizar carbón o colorantes para incrementar la absorción de los materiales, se incrementa la longitud de onda del láser y se trabaja a dos micrones.  

En esta región del espectro (llamada “Zona Goldilocks”) la absorción se incrementa al veinte o treinta por ciento (20 – 30 %) quedando la transmisión en ochenta o setenta por ciento (80 – 70 %).

La parte más complicada del proceso de soldado de plásticos usando láseres radica en la selección de la longitud de onda del láser, las características espaciales y temporales de la radiación incidente, la potencia y energía total, y todos estos parámetros seleccionados a partir de las características físicas, espesor, color, textura y forma de los materiales a soldar.  Existen empresas privadas especializadas en corte, marcado y soldadura láser, así como instituciones académicas interesadas en los mismos problemas, un ejemplo es el Centro de Investigaciones en Óptica.

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