專利名稱：：用于進(jìn)行激光切割和焊接的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于對(duì)材料進(jìn)行激光切割和焊接以便形成袋和其它組件的設(shè)備。
背景技術(shù)：
：塑料袋通常由切割塑料板材制成。在許多情況下，使用激光切割塑料板材并將它們焊接在一起。特別是，(A激光器在焊接和切割塑料材料方面幾乎是通用的。這種構(gòu)型(10.6iim)中產(chǎn)生的激光能量被迅速吸收，因而使得該系統(tǒng)在這種應(yīng)用場(chǎng)合是高效的。已公知的是可能通過(guò)改變激光器的焦點(diǎn)和停留時(shí)間的方式對(duì)熱塑材料進(jìn)行切割、標(biāo)記或焊接。然而，使用前述激光切割并焊接塑料材料而形成袋和組件的做法也還存在一定問(wèn)題。首先，一些現(xiàn)有技術(shù)的裝置使得必須將膜板材定向在垂直平面中。這使得很難支承較大的板材，而且無(wú)法保證在實(shí)際操作過(guò)程中將板材與激光器之間的距離保持在為了不至于燒損或損傷將要焊接的接縫的各個(gè)部分而必需的緊密公差下。該垂直取向使得無(wú)法對(duì)端口或其它固定裝置進(jìn)行支承，所述端口或其它固定裝置可能需要被附接到板材上。前述系統(tǒng)需要雙激光源_在兩塊板材的任一側(cè)上分別設(shè)置一個(gè)激光源。在其它系統(tǒng)中，需要復(fù)雜的分束器組件對(duì)熱塑材料進(jìn)行焊接和切割。其還需要使用兩個(gè)空氣噴嘴-在兩塊板材的每側(cè)上設(shè)置一個(gè)空氣噴嘴-以使該板材受力而形成為實(shí)現(xiàn)有效焊接所需的緊密接觸。這種雙空氣噴嘴系統(tǒng)使制造工藝變得復(fù)雜，這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)使得難以保持兩條激光束的焦點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)一致的焊接或切割。雙激光器系統(tǒng)還需要專用的光學(xué)器件才能防止一個(gè)激光器的激光束被聯(lián)接回其它激光器內(nèi)而損傷所述其它激光器。接下來(lái)，另一形成塑料袋的裝置使用真空下壓臺(tái)(vacuumholddowntable)和單個(gè)激光器，所述激光器可圍繞該臺(tái)移動(dòng)以便實(shí)施切割和焊接操作。其使用框架或滾筒使要焊接的板材伸展開(kāi)來(lái)而形成緊密接觸。該發(fā)明的缺點(diǎn)在于板材在伸展過(guò)程中存在扭曲的傾向，且可能導(dǎo)致最終的產(chǎn)品中出現(xiàn)皺褶，且該方法需要使用加熱的滾筒和臺(tái)板。更重要的是，這種框架化方法和設(shè)備限制了能夠制成的袋或組件的尺寸，這是因?yàn)闃O大的板材無(wú)法被有效地拉伸，從而使得無(wú)法在整塊板材范圍內(nèi)保持均勻的接觸。在一些新的應(yīng)用場(chǎng)合中，尤其是對(duì)于用于培養(yǎng)細(xì)胞的袋而言，需要制造較大的袋，這種袋的尺寸易于超過(guò)6X10英尺。透明膜(clearfilm)的激光切割存在的另一個(gè)問(wèn)題是氣化膜顆粒傾向于重新沉積到膜表面上。這樣會(huì)導(dǎo)致膜的外表不美觀，從而并不適于制造藥用產(chǎn)品。其它現(xiàn)有技術(shù)的裝置的主要限制在于它們限于二維或平面組件。但通常希望將熱塑板材焊接在一起以便形成三維結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，需要一種焊接方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備具有較小的焊接區(qū)，要被焊接的板材可沿任何方向自由地移動(dòng)通過(guò)所述焊接區(qū)，而不會(huì)受到固定框5架的任何限制。因此，需要提供一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)使得使用者可保持一致的焊接和切割以便簡(jiǎn)單地形成袋或組件。此外，需要提供一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)使得使用者可制造出較大的袋，該袋的尺寸易于超過(guò)6X10英尺。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明正是在考慮到上述技術(shù)背景的前提而完成的，且本發(fā)明的目的在于提供一種系統(tǒng)和方法，所提供的系統(tǒng)使得可對(duì)材料進(jìn)行一致焊接或切割以便形成袋和其它組件。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，披露了一種形成塑料袋的方法。制造這種袋需要對(duì)兩塊塑料板材進(jìn)行切割并將它們聯(lián)接在一起。這包括1)在所述第一板材中切割出所述袋的輪廓；2)將所述第二板材放置在所述第一板材的頂部上并沿限定出的接縫將所述第一板材與所述第二板材焊接在一起以便形成所述袋；和3)切掉所述袋的輪廓以便形成成品袋。所述方法包括設(shè)置支承臺(tái)板，所述支承臺(tái)板具有切割輪廓、和處在所述切割輪廓中的位于所述支承臺(tái)板的頂表面處的溝槽、以及處在所述溝槽中的穿過(guò)所述支承臺(tái)板的多個(gè)穿孔。所述支承臺(tái)板的下側(cè)相對(duì)于所述頂表面被保持在更低的壓力下，從而使得在所述切割操作過(guò)程中氣化的任何膜都通過(guò)所述穿孔被排出，且因此不會(huì)沉積到切割膜上。氣體噴射裝置被設(shè)置成與激光器是同心的，以便有利于傳送氣化的材料。在所述支承臺(tái)板中還設(shè)置有其它穿孔。這些穿孔還被連接至所述下側(cè)上的低壓裝置并且在所述臺(tái)板上保持住所述板材，從而使得它們?cè)诓僮鬟^(guò)程中不會(huì)移動(dòng)。處在所述臺(tái)板中的帶穿孔的溝槽沿循著所述切割輪廓延伸。為了進(jìn)行焊接，激光束被散焦，從而對(duì)所述塑料膜進(jìn)行加熱，但不會(huì)切穿該塑料膜。同心的氣體噴射裝置在所述焊接區(qū)中使所述兩個(gè)塑料膜受力而被置于一起，從而使所述熔化的材料熔合在一起。所述氣體噴射裝置還迅速冷卻所述焊接區(qū)，從而減少了任何扭曲或皺褶。由于所述膜在焊接操作過(guò)程中并未被切穿，因此需要沿所述焊接路徑在所述支承臺(tái)板中設(shè)置任何溝槽或穿孔。需要被設(shè)置在所述支承臺(tái)板中的所述溝槽和穿孔可由用于制造袋的同一激光設(shè)備制成。這使得易于迅速生產(chǎn)出具有新圖案的袋。所述設(shè)備還可用于附接通常被附接到所述袋組件上的端口和其它塑料配件。下文中所使用的術(shù)語(yǔ)激光器包括所有透鏡、反射鏡和完整的激光束傳輸系統(tǒng)中的其它部件。通過(guò)閱讀以下說(shuō)明書并結(jié)合附圖將更易于理解本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)。其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的激光切割系統(tǒng)的一部分；圖2是流程圖，圖中示出了如何根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例來(lái)使用圖1所示的激光切割設(shè)備；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的圖1所示激光切割設(shè)備的透視圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的圖l所示激光切割設(shè)備中的下壓臺(tái)板的平面圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的圖2所示下壓臺(tái)板的剖視圖；圖6示出了利用根據(jù)本發(fā)明的圖1所示激光切割設(shè)備制造出的袋，所述袋具有位于袋的上表面上的端口；圖7A-圖7D示出了與根據(jù)本發(fā)明的膜相連的端口固定裝置(卡具)；禾口圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的焊接三維結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行描述，在附圖中使用相同的附圖標(biāo)記表示相似的部件。對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述僅是示例性的，且并不旨在限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的激光切割設(shè)備與以前的發(fā)明相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1)僅在作用于固定表面上的水平平面中使用了單個(gè)激光器；2)并不需要框架保持所述板處于緊密接觸狀態(tài)；3)并不需要任何可能造成污染的吸收材料；4)通常可應(yīng)用于薄板材中使用的任何熱塑材料；5)由于無(wú)需提供張緊框架而可用于極大的板；6)不會(huì)出現(xiàn)氣化塑料的重新沉積；和7)可用于制造三維結(jié)構(gòu)。圖1示出了激光切割系統(tǒng)的一部分。激光切割系統(tǒng)100包括第一膜101、第二膜102、典型的支承臺(tái)板103、熔化區(qū)104、激光器105、開(kāi)口106、透鏡107(聚焦透鏡107)和噴嘴108。激光器105能夠垂直移動(dòng)以便調(diào)節(jié)其與膜101和102之間的距離，將通過(guò)來(lái)自激光器105的緊密聚焦(tightlyfocused)的射束對(duì)所述膜進(jìn)行切割。在切割過(guò)程中，空氣或另一種適當(dāng)氣體在高壓下通過(guò)開(kāi)口106被引入噴嘴108內(nèi)。在高壓下被引入的該高速空氣或物質(zhì)流將任何氣化塑料推動(dòng)通過(guò)切割塑料而進(jìn)入切割輪廓溝槽(位于切割處下方)內(nèi)且隨后通過(guò)穿孔而進(jìn)入排氣壓力通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)。該特征將氣化塑料在切割膜上的沉積降至最低限度。接縫的焊接是通過(guò)來(lái)自激光器105的散焦射束實(shí)現(xiàn)的。激光能量從激光器105被傳送出來(lái)并通過(guò)透鏡707被聚焦到熔化區(qū)104上?？諝饣蛄硪环N適當(dāng)氣體在高壓下通過(guò)開(kāi)口106被引入噴嘴108內(nèi)。在高壓下被引入的高速空氣或氣體將會(huì)使熔化的膜102和102在熔化區(qū)104上被推到一起且還可迅速冷卻焊接區(qū)域或熔化區(qū)104。在焊接路徑中并未設(shè)置穿孔或溝槽，從而使得氣體的高壓空氣可有效地產(chǎn)生局部高壓。本發(fā)明的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于其提供了極小(<0.5英寸)的熔化區(qū)。該較小的熔化區(qū)的優(yōu)點(diǎn)在于其使得不需要設(shè)置復(fù)雜的固定裝置且使得可沿循三維結(jié)構(gòu)必需的曲線和輪廓進(jìn)行焊接?？墒褂眠m當(dāng)?shù)亩栊詺怏w如氦或氮來(lái)代替空氣以便防止膜101或102產(chǎn)生炭化。支承臺(tái)板103可被稱作支承件103。盡管本發(fā)明僅使用了膜IOI和102來(lái)制造袋、容器或其它組件，但還可使用多個(gè)膜層來(lái)制造袋、容器或其它組件。第一膜101和第二膜102是在燃燒前就會(huì)熔化的熱塑膜，如聚乙烯和聚偏二氟乙烯(PVDF)。第一膜101和第二膜102的尺寸可具有在0.5英寸至10英尺范圍內(nèi)或在0.5英寸至大于10英尺的英尺值范圍內(nèi)的任何長(zhǎng)度且具有在0.5英寸至10英尺范圍內(nèi)或在0.5英寸至大于IO英尺的英尺值范圍內(nèi)的任何寬度。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，第一膜101和第二膜102可具有任何形狀，例如矩形、多邊形、四面體形、八邊形、方形或所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已公知的任何形狀。膜101和102可具有處于3-40毫英寸(密耳)范圍的厚度。膜IOI和102優(yōu)選具有12密耳的厚度。膜支承臺(tái)板103執(zhí)行多個(gè)功能1)臺(tái)板103中的穿孔被用于施加真空以便緊固所述膜，從而使得其在切割或焊接操作過(guò)程中無(wú)法移動(dòng)；2)臺(tái)板103具有溝槽401，所述溝槽使得氣化的塑料膜101可被迅速帶走。這些真空溝槽401連同來(lái)自激光器105的切割尖端的氣體射流一起，使所有氣化材料受力進(jìn)入真空系統(tǒng)或真空收集裝置內(nèi)，因此防止了在成品膜上出現(xiàn)任何的再沉積。3)在焊接操作過(guò)程中，當(dāng)膜102經(jīng)受來(lái)自噴嘴108的壓力受控的空氣射流時(shí)，臺(tái)板103為膜102提供了剛性支承。4)臺(tái)板103防止了在膜101與102的兩塊板材之間形成任何氣穴。臺(tái)板103具有位于每個(gè)切割輪廓409下方的溝槽401(圖4)，從而使得在切割操作過(guò)程中產(chǎn)生的氣化塑料煙氣會(huì)被掃去。支承臺(tái)板的上板405由熱塑材料如高密度聚丙烯制成。可通過(guò)相同的用于切割和焊接塑料膜的激光器105對(duì)該材料進(jìn)行切割和鉆孔。通過(guò)這種方式，可根據(jù)任何袋的幾何形狀迅速定制出適應(yīng)的臺(tái)板。不需要設(shè)置固定裝置。根據(jù)臺(tái)板103與要被制造的袋的相對(duì)尺寸，可在單個(gè)臺(tái)板上制成多個(gè)袋。支承臺(tái)板103的上板405或頂表面405應(yīng)該由具有低導(dǎo)熱性的材料如高密度聚丙烯制成。否則其將用作吸熱裝置并將能量吸離熔化區(qū)或焊接區(qū)104。這將防止形成堅(jiān)固的接縫。上板405使用的材料還可被選擇以便具有非粘性的性質(zhì)，從而使得其在切割和焊接操作過(guò)程中不會(huì)粘到膜上。在優(yōu)選實(shí)施例中，上板405將由丙烯酸材料或聚丙烯材料制成。圖3示出了激光切割設(shè)備。可切割膜并將膜焊接在一起以便形成袋的臺(tái)架機(jī)器人(gantryrobot)設(shè)備包括水平支承臺(tái)板103和被安裝在臺(tái)架301上的激光器105，所述臺(tái)架能夠沿X、Y和Z方向移動(dòng)。臺(tái)架301還可被稱作定位器。臺(tái)架301使得激光器105能夠被定位在任何位置處，這是因?yàn)榕_(tái)架301能夠使激光器105和支承臺(tái)板103相對(duì)于彼此移動(dòng)。臺(tái)架301的速度和運(yùn)動(dòng)輪廓受到典型的控制器303的控制，所述控制器被連接至臺(tái)架301，其中控制器303在計(jì)算機(jī)程序的引導(dǎo)下運(yùn)行?？刂破?03對(duì)激光器105發(fā)出以下指令打開(kāi)和關(guān)閉以便發(fā)射激光能量、以任何所需速度進(jìn)行移動(dòng)、以及沿循直路徑和彎曲路徑的任意組合進(jìn)行移動(dòng)。激光器105可被打開(kāi)或關(guān)閉以便有利于重新定位。盡管如圖所示的臺(tái)架301被連接至激光器105，但另一種可選方式是，該構(gòu)件可被安裝到支承臺(tái)板103上以便在臺(tái)板103與激光器105之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，控制器303是典型的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)包括處于其處理器或存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)程序，該程序控制臺(tái)架301和激光器105的操作。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，控制器303是典型的多軸運(yùn)動(dòng)控制器，其中該多軸運(yùn)動(dòng)控制器執(zhí)行該程序并且產(chǎn)生信號(hào)而將該信號(hào)提供給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置以使系統(tǒng)的多個(gè)部件以定坐標(biāo)的方式移動(dòng)。控制器303還被連接至氣體壓力容器(未示出)，所述氣體壓力容器釋放氣體或空氣壓力而通過(guò)激光器105的噴嘴108?？刂破?03控制氣體壓力容器、激光器105和臺(tái)架301以使激光器105和支承臺(tái)板103相對(duì)于彼此進(jìn)行移動(dòng)，從而在溝槽401(圖4)處對(duì)第一膜101和第二膜102進(jìn)行焊接。激光器105還可沿垂直(Z)軸移動(dòng)以便改變焦點(diǎn)位置，從而從聚焦切割變?yōu)樯⒔购附硬僮?，或者從而?duì)于不同厚度的膜都保持聚焦。可基于膜材料及其厚度計(jì)算或憑經(jīng)驗(yàn)確定速度、激光強(qiáng)度和所需的聚焦長(zhǎng)度。該速度、激光強(qiáng)度和所需的聚焦長(zhǎng)度取決于膜的特性，例如要被焊接的膜的熔點(diǎn)、膜厚和所需的焊接寬度。圖2示出了如何使用激光切割設(shè)備的流程圖。在框201中，制造專用于特定的袋或組件的支承臺(tái)板103。通過(guò)制造并隨后借助典型方法沿循膜的輪廓或切割輪廓409進(jìn)行加工的方式在支承臺(tái)板103的上板405上制造溝槽401(圖4)，所述典型方式例如為使用鉆具，所述膜例如為膜101。在溝槽401中制造出彼此隔開(kāi)設(shè)定間隔距離的孔眼或排出端口403，以便將蒸氣引導(dǎo)至上板405的下側(cè)。在上板405的外部部分中設(shè)置了附加的孔眼或穿孔407以便在切割和焊接操作過(guò)程中緊固地下壓膜101。此外，附加的孔眼或穿孔411位于上板405的內(nèi)部部分中，其中孔眼411間隔緊密地被置于一起，其間的距離范圍為約0.3-1.0，以便將切割膜101緊固到上部臺(tái)板405上。穿孔411優(yōu)選彼此隔開(kāi)0.5英寸。溝槽401部分地延伸進(jìn)入如圖5所示的上板405內(nèi)。該上板405由蜂窩狀或多孔的中間板503支承。中間板503座置在箱501中，所述箱具有真空開(kāi)口505，所述真空開(kāi)口被連接至一個(gè)或多個(gè)真空源，所述真空源將冷凝顆粒從內(nèi)孔411和外孔407連續(xù)地抽吸至收集裝置。接下來(lái)，在框203中，第一膜101被置于支承臺(tái)板103上面。使用者可以物理方式將膜101的板材從膜巻上取下來(lái)或拆開(kāi)膜巻，并將該膜的板材置于支承臺(tái)板103的頂部上。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在膜101被置于支承臺(tái)板103的頂部上之后，使用者可用典型的去褶痕裝置將膜101弄平。此時(shí)，一個(gè)或多個(gè)真空源將空氣從位于上板405上的內(nèi)孔411和外孔407中抽吸出來(lái)以便將膜101緊固在支承臺(tái)板103上。參見(jiàn)圖2，在框205中，通過(guò)激光器105對(duì)膜101進(jìn)行切割。激光器105使用激光束，所述激光束通過(guò)控制器303(圖3)被引導(dǎo)到膜101上以便將透鏡107聚焦在緊挨著位于溝槽401上方的切割輪廓409上，以便對(duì)膜101進(jìn)行切割。透鏡107被設(shè)定以便聚焦到尖銳的點(diǎn)上且以足以切穿膜101的設(shè)定速度移動(dòng)，其中透鏡107用于圍繞切割輪廓409對(duì)膜101進(jìn)行切割。為了進(jìn)行切割，激光器105被聚焦以便達(dá)到適用于進(jìn)行切割的設(shè)定條件。用于進(jìn)行切割的激光斑尺寸小于用于進(jìn)行焊接的激光斑尺寸。用于進(jìn)行切割的典型激光斑尺寸優(yōu)選具有小于0.010英寸的外徑。當(dāng)膜101被切割時(shí)，位于切割輪廓409上的膜的外部部分變?yōu)闅饣芰?，且其被向下抽吸而通過(guò)溝槽401和孔眼403而進(jìn)入中間板503內(nèi)。位于孔眼403的底部上的一個(gè)或多個(gè)真空源通過(guò)真空開(kāi)口505將膜101的這些蒸氣和冷凝顆粒抽吸至收集裝置。在進(jìn)行了切割工藝之后，借助于控制器303通過(guò)使激光器105沿Z軸上下移動(dòng)的方式對(duì)激光器105進(jìn)行散焦，而使其達(dá)到適用于進(jìn)行焊接的焊接設(shè)定條件，例如使激光斑的外徑達(dá)到約0.1英寸至0.3英寸，且端口603被焊接到膜101上?？蛇x地，使用者可在制造袋時(shí)使用控制器303將端口固定裝置或其它固定裝置焊接到膜101上。端口固定裝置或其它固定裝置通常需要提供樣品端口，并且需要將管道連接至袋。參見(jiàn)圖6，圖中所示的典型的細(xì)胞培養(yǎng)袋601具有多個(gè)表面端口603。這些端口603易于被附接到袋上，如圖7A-圖7D所示。圖7A示出了位于臺(tái)板的上板405中的凹部701。圖7B示出了是如何首先將端口固定裝置603或端口配件置于位于臺(tái)板的上板405中的板開(kāi)口701內(nèi)的。端口固定裝置603被支承于中間板503上。第一熱塑膜101被置于端口固定裝置603的頂部上(圖7C)。參見(jiàn)圖2，可選地通過(guò)控制器303將激光束透鏡107的焦點(diǎn)切換至適用于進(jìn)行切割的設(shè)定條件，且在焊接區(qū)104處圍繞每個(gè)端口固定裝置603形成了一個(gè)或多個(gè)焊接部位以便將所述端口固定裝置緊固地附接到膜101上。如圖所示，激光器105受到控制以便產(chǎn)生斜面703，所述斜面向著端口固定裝置603的開(kāi)口向下延伸。接下來(lái)，通過(guò)激光器105在膜101中切出膜開(kāi)口705(圖7D)。這一將端口固定裝置603焊接到膜101上的可選焊接過(guò)程可在通過(guò)激光器105對(duì)膜101切割之前或之后實(shí)施。在框207中，從膜101中移除過(guò)多的膜。由使用者以手動(dòng)方式沿著切割輪廓4099外部的外孔407或者沿著膜101的邊緣移除該過(guò)多的膜。接下來(lái)，在框209中，第二膜102被鋪設(shè)于第一膜101的頂部上或者被直接置于第一膜的頂部上。使用者可以物理方式將膜的板材102從膜巻上取下來(lái)或拆開(kāi)膜巻，并將該膜的板材置于切割膜101的頂部上。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，當(dāng)膜102位于切割膜101的頂部上時(shí)，使用者可用典型的去褶痕裝置弄平膜102。在框211中，使用者使用控制器303和機(jī)器人構(gòu)架301向激光器105和透鏡107發(fā)出現(xiàn)在實(shí)施散焦的指令，從而形成比切割過(guò)程中使用的激光斑更寬的激光斑，該激光斑的直徑介于約1/6英寸至3/8英寸范圍內(nèi)，以便進(jìn)行焊接，從而形成接縫。高速空氣被引導(dǎo)離開(kāi)噴嘴108，所述噴嘴與來(lái)自激光器105的射束是同心的。激光器105隨后在臺(tái)架301的作用下沿溝槽401，例如沿熔化區(qū)104(圖l)，而沿所需焊接路徑進(jìn)行移動(dòng)。這將膜101和102的熔化材料推到一起以便形成堅(jiān)固的焊接部位并且還對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行了迅速冷卻以便防止出現(xiàn)燃燒和扭曲。激光器105知支承臺(tái)板103相對(duì)于彼此移動(dòng)以便對(duì)第一膜101和第二膜102進(jìn)行焊接，從而產(chǎn)生由接縫形成的接縫輪廓。激光器105的移動(dòng)速度是預(yù)先確定的以便產(chǎn)生所需接縫寬度和焊透率。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，激光器105以約l-5厘米/秒的速度移動(dòng)。激光器105的激光能量可處在10-300W的范圍內(nèi)，激光器105的激光能量?jī)?yōu)選為至少25W。激光器105的移動(dòng)速度受到控制以便產(chǎn)生所需接縫。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可形成彎曲的接縫，且接縫的形狀不受限制。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，如果使用層壓的膜101或102，則優(yōu)選將類似的材料置于彼此上方以便可進(jìn)行熱焊接。被輸送至空氣噴嘴108的空氣的壓力可被調(diào)節(jié)以便優(yōu)化工藝。直徑為約0.325英寸的噴嘴108所實(shí)現(xiàn)的典型壓力范圍為5-20磅/平方英寸(psi)?？諝馍淞鲗⒛?02推入膜101內(nèi)而靠在支承臺(tái)板103上。這種緊密接觸導(dǎo)致產(chǎn)生了兩個(gè)熔化層，所述熔化層熔合在一起并形成了焊接部位?？諝膺€迅速地冷卻熔化區(qū)域104(圖l)，防止了熔化材料流出所需接縫寬度。要被焊接的膜通過(guò)真空臺(tái)507與來(lái)自噴嘴109的處于受控壓力下的氣體射流或空氣射流的組合而在緊挨著處于激光器的熔化區(qū)104周圍的位置處被保持處于緊密接觸狀態(tài)下，所述真空臺(tái)用以移除可能存在于兩個(gè)膜之間的任何氣體，所述氣體射流或空氣射流被引導(dǎo)在熔化區(qū)域處以便將熔化層推到一起。迅速進(jìn)行的快速冷卻提供了堅(jiān)固的焊接部，而不會(huì)出現(xiàn)熱密封過(guò)程通常出現(xiàn)的任何褶痕或皺褶。激光器105使用的是點(diǎn)源激光束，所述點(diǎn)源激光束在控制器302(圖3)的作用下移動(dòng)，所述控制器對(duì)膜101與102進(jìn)行縫焊以便形成袋，這需要對(duì)激光強(qiáng)度和激光器105的激光移動(dòng)速度進(jìn)行仔細(xì)地優(yōu)化。由此形成的接縫是非常堅(jiān)固的且將不會(huì)分層。邊緣被切割達(dá)到一定精度，從而像得無(wú)需實(shí)施任何修整操作或生產(chǎn)后的操作。管道和其它組件隨后被固定到袋上且被封裝以便使用伽馬輻射進(jìn)行消毒。自動(dòng)組裝工藝將人員與袋的內(nèi)表面的接觸降至最低限度。所有操作都是在凈室中實(shí)施的。臺(tái)板103的設(shè)計(jì)掃去了在切割和焊接過(guò)程中產(chǎn)生的任何顆粒污染物。—旦在框211中完成了接縫操作，則在框213中通過(guò)機(jī)器人臺(tái)架301使激光器105返回聚焦切割模式，且可重新追溯原來(lái)的路徑以便對(duì)成品袋進(jìn)行切割，例如沿切割輪廓409對(duì)經(jīng)過(guò)修整的袋進(jìn)行切割。由于激光器105的底座可沿X軸和Y軸移動(dòng)，因此還可能形成任何直的、彎曲的或不規(guī)則的形狀，且隨后該工藝就結(jié)束了。接縫可以呈現(xiàn)出任何形狀，包括復(fù)雜的曲線。該操作使得可在一次操作中高效地生產(chǎn)多個(gè)袋且還使得無(wú)需對(duì)最終的產(chǎn)品進(jìn)行手動(dòng)修整。本發(fā)明的方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于除了在焊接點(diǎn)處以外，兩個(gè)膜101與102之間無(wú)需進(jìn)行接觸。由于膜就地被切割至適當(dāng)尺寸，因此膜可沿任何取向被置于臺(tái)板上。膜可自由地被重新定位。無(wú)需操縱精度固定裝置，由此節(jié)省了時(shí)間并降低了復(fù)雜性。同樣地，第二膜層僅被鋪設(shè)于頂部上即可，而無(wú)需進(jìn)行精確定位。該第二膜層同樣可被重新定位以便移除皺褶。該方法可易于適用于不相似的材料，只要其熱性質(zhì)是相容的即可。由于整個(gè)制袋操作可在不移動(dòng)任何板材的情況下完成，因此無(wú)需設(shè)置復(fù)雜的對(duì)齊裝置。由于在袋完工之前，膜并未受到操縱，因此該工藝非常適于自動(dòng)操作。減少對(duì)膜的操縱將褶痕、開(kāi)裂、污染和其它損傷降至最低限度。圖8表明了生產(chǎn)三維容器的這種能力。激光器105的角度"T"也可被調(diào)節(jié)。下壓臺(tái)板801是三維結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)具有位于兩個(gè)相鄰表面803和805上的帶排放端口403的溝槽401和穿孔407(圖4)。這使得能夠構(gòu)造出復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，例如具有多邊形或圓形剖面的袋或者容器。本發(fā)明的方法和設(shè)備主要涉及制造應(yīng)用于藥物領(lǐng)域和細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域的塑料袋。這種袋通常由兩個(gè)膜制成，所述兩個(gè)膜被縫合在一起以便形成袋。袋的上壁、下壁或側(cè)壁中可設(shè)有用于進(jìn)行取樣、填充等的端口。該方法首先涉及制備臺(tái)板103，在所述臺(tái)板中蝕刻出了袋的切割輪廓。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，這是通過(guò)稍后用于進(jìn)行膜切割和焊接操作的同一激光器105完成的。使用同一激光器105減少了操作的數(shù)量且還使得無(wú)需使臺(tái)板103對(duì)齊。臺(tái)板103還具有穿孔以便用作緊固或"下壓"裝置。膜巻被定位以使得可拆開(kāi)膜巻并將膜平鋪于臺(tái)板103上。旨在被置于頂表面上的一個(gè)或多個(gè)端口固定裝置603(圖6)被倒置地放在位于臺(tái)板的上板405中的板凹部701內(nèi)。旨在成為頂表面的膜101首先被鋪設(shè)在臺(tái)板的上板405上，并且借助于真空開(kāi)口505施加真空臺(tái)507以便將其下壓展平而不會(huì)產(chǎn)生皺褶。通過(guò)使用該真空臺(tái)507，膜101和102被保持在平的狀態(tài)下，而不會(huì)出現(xiàn)任何隆起。參見(jiàn)圖5，中間板503座置在箱501中，該箱具有真空開(kāi)口505，在所述真空開(kāi)口處，可選的真空臺(tái)507或真空板被附接到真空開(kāi)口505上，以便抽出介于膜101與102之間的所有空氣。真空臺(tái)507用于將膜101和102保持就位且用于從噴嘴108中移除蒸氣或氣體且用于移除冷凝的顆粒，而使它們不會(huì)污染膜101和102的切割線或熔化區(qū)104。最少需要10英寸的H20才能將膜101和102保持在適當(dāng)位置處，因此真空臺(tái)507的鼓風(fēng)機(jī)必須被制成一定尺寸才能使足夠量的空氣移動(dòng)，以便保持該真空水平，所述真空水平取決于臺(tái)的尺寸和開(kāi)口區(qū)域的量。板503和箱501形成了用于臺(tái)板103(圖1)的歧管。要被切割或焊接的膜101置靠在頂板405上。為了進(jìn)行切割，激光束被引導(dǎo)到膜101上，該膜緊接著位于溝槽401上方。當(dāng)膜101被切割時(shí)，氣化塑料被向下抽吸而穿過(guò)溝槽401和孔眼403并進(jìn)入中間板503(圖5)內(nèi)。真空臺(tái)507的真空源通過(guò)真空開(kāi)口505將這些蒸氣和冷凝顆粒抽吸至收集裝置。這些孔眼407可被設(shè)置在需要下壓膜101的任何位置處，如圖4所示。由于不需要布置均勻分布的孔，因此減少了下壓膜101所需的真空。本發(fā)明提供了一種用于對(duì)材料進(jìn)行激光切割和焊接以使得使用者可由所述材料制成形成袋和組件的設(shè)備。使用者能夠使用所述設(shè)備簡(jiǎn)單地保持材料的一致焊接和切割以便形成袋或組件。該設(shè)備使得使用者能夠引導(dǎo)與激光束同心的空氣以便在兩種或多種材料11之間形成緊密結(jié)合，并且能夠?qū)橛诓牧现g的焊接區(qū)進(jìn)行冷卻以便防止在形成袋的過(guò)程中出現(xiàn)燃燒和扭曲，所述袋的尺寸可超過(guò)6英尺X10英尺。因此，本發(fā)明為使用者提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)切割和焊接兩個(gè)或更多個(gè)膜從而形成袋、組件或任何三維結(jié)構(gòu)。盡管上文已經(jīng)結(jié)合特定實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但所屬領(lǐng)域技術(shù)人員易于對(duì)本發(fā)明作出多種變型和改變，而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神和由以下權(quán)利要求書限定出的范圍。權(quán)利要求一種形成塑料容器的方法，所述方法包括設(shè)置支承臺(tái)板，所述支承臺(tái)板具有切割輪廓和處在所述切割輪廓中的位于所述支承臺(tái)板的頂表面處的溝槽、以及被連接至所述溝槽的多個(gè)排放端口，其中多個(gè)隔開(kāi)的穿孔被設(shè)置在所述支承臺(tái)板的所述頂表面中，其中所述溝槽被構(gòu)造以便限定出切割輪廓；將第一膜定位在所述支承臺(tái)板的所述頂表面上；設(shè)置激光器以便沿所述支承臺(tái)板的所述頂表面的所述切割輪廓對(duì)所述第一膜進(jìn)行切割；在所述第一膜的頂部上面設(shè)置第二膜；將所述多個(gè)排放端口和所述多個(gè)隔開(kāi)的穿孔連接至真空源以便將所述第一膜緊固到所述支承臺(tái)板上；在所述溝槽處將與來(lái)自所述激光器的射束同心的氣體射流引導(dǎo)到所述第二膜上以便在焊接過(guò)程中保持所述第二膜與所述第一膜在接縫處接觸，從而對(duì)所述第一膜和所述第二膜進(jìn)行焊接；使所述激光器和所述支承臺(tái)板相對(duì)于彼此移動(dòng)以便沿接縫輪廓對(duì)所述第一膜和所述第二膜進(jìn)行焊接；并且設(shè)置所述激光器以便沿所述切割輪廓對(duì)所述第一膜和所述第二膜進(jìn)行切割，從而提供經(jīng)過(guò)修整的袋。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括使所述激光器和所述支承臺(tái)板相對(duì)于彼此移動(dòng)以便對(duì)所述第一膜和所述第二膜進(jìn)行切割從而形成容器的所述切割輪廓。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述激光器與所述支承臺(tái)板之間的距離產(chǎn)生變化以便在聚焦切割與散焦焊接之間進(jìn)行切換。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述支承臺(tái)板包括凹部，且所述方法進(jìn)一步包括將端口配件放置在所述凹部中并且在所述端口配件上方將所述第一膜定位在所述支承臺(tái)板上，并且使所述激光器和所述支承臺(tái)板相對(duì)于彼此移動(dòng)以便將所述配件焊接到所述第一膜上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括控制所述激光器以便將所述端口配件焊接到所述第一膜上并且控制所述激光器以便對(duì)所述第一膜進(jìn)行切割從而形成由所述端口配件焊接部圍繞的開(kāi)口。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括控制所述激光器以使所述固定裝置焊接部形成朝向所述開(kāi)口向下延伸的斜面。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使所述激光器和所述支承臺(tái)板相對(duì)于彼此進(jìn)行三維移動(dòng)以便在所述溝槽處對(duì)所述第一膜和所述第二膜進(jìn)行焊接。8.—種制造袋的方法，所述方法包括在支承臺(tái)板上設(shè)置輪廓，其中所述輪廓包括溝槽和多個(gè)排放端口；在所述支承臺(tái)板的內(nèi)部部分中設(shè)置多個(gè)第一孔眼；將第一膜放置在所述支承臺(tái)板上面，其中所述多個(gè)第一孔眼被構(gòu)造以便將所述第一膜緊固到所述支承臺(tái)板上；設(shè)置激光器以便沿所述支承臺(tái)板上的所述輪廓對(duì)所述第一膜進(jìn)行切割，其中所述第一膜的外部部分被構(gòu)造以便在所述激光器的作用下產(chǎn)生氣化并且被抽向所述溝槽和所述多個(gè)排放端口；移除所述第一膜的凹部；將第二膜放置在所述第一膜的頂部上；與將高速空氣引導(dǎo)通過(guò)位于接縫上的所述激光器同心地對(duì)位于所述溝槽上的所述激光器進(jìn)行散焦；使所述激光器沿接縫輪廓沿所需焊接路徑進(jìn)行移動(dòng)，其中所述激光器被構(gòu)造以便在位于所述溝槽上的焊接區(qū)中在所述第一膜與所述第二膜之間形成焊接部，且所述高速空氣被設(shè)置以便對(duì)所述焊接區(qū)進(jìn)行冷卻；并且弓I導(dǎo)所述激光器以便沿所述輪廓進(jìn)行切割從而形成袋。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括，其中所述多個(gè)排放端口被設(shè)置在所述溝槽中且彼此之間具有設(shè)定間隔。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括在所述支承臺(tái)板的外部部分中設(shè)置多個(gè)第二孔眼。11.根據(jù)權(quán)利要求io所述的方法，其中所述多個(gè)第二孔眼被構(gòu)造以便將所述第一膜下壓到所述支承臺(tái)板上。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述多個(gè)第一孔眼被間隔緊密地置于一起。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述多個(gè)第一孔眼被間隔緊密地置于一起，隔開(kāi)距離處在約0.3-1.0英寸范圍內(nèi)。14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置多孔的中間板，所述中間板被構(gòu)造以便支承所述支承臺(tái)板。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述中間板座置在箱中，所述箱具有真空開(kāi)口，所述真空開(kāi)口從所述多個(gè)第一孔眼和所述多個(gè)第二孔眼中連續(xù)地抽吸冷凝顆粒。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述真空開(kāi)口被連接至至少一個(gè)真空源。17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置控制器，所述控制器被構(gòu)造以便引導(dǎo)所述激光器從而沿所述支承臺(tái)板上的所述輪廓對(duì)所述第一膜進(jìn)行切割。18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中對(duì)所述激光器進(jìn)行散焦的步驟包括控制器，所述控制器被構(gòu)造以便向所述激光器發(fā)出散焦至更寬的激光斑的指令。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述更寬的激光斑具有處在約1/6英寸至約3/8英寸范圍內(nèi)的直徑。20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中被引導(dǎo)離開(kāi)所述激光器的所述高速空氣在處于5-20psi范圍內(nèi)的壓力下被引導(dǎo)。21.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括用伽馬輻射對(duì)所述袋進(jìn)行消毒。22.—種用于形成容器的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括支承臺(tái)板，其中所述支承臺(tái)板包括切割輪廓，所述切割輪廓具有溝槽和多個(gè)排放端口，其中所述支承臺(tái)板具有內(nèi)部部分，所述內(nèi)部部分具有多個(gè)第一孔眼；第一膜被設(shè)置在所述支承臺(tái)板上，其中所述多個(gè)第一孔眼被構(gòu)造以便將所述第一膜緊固到所述支承臺(tái)板上；被連接至臺(tái)架的控制器，其中所述臺(tái)架包括激光器，其中所述臺(tái)架被設(shè)置在所述第一膜和所述支承臺(tái)板上；所述激光器被構(gòu)造以便沿所述支承臺(tái)板上的所述切割輪廓對(duì)所述第一膜進(jìn)行切割；第二膜被放置在所述第一膜的頂部上面而位于所述臺(tái)架與所述第一膜之間；所述控制器被構(gòu)造以便在接縫上對(duì)所述激光器進(jìn)行散焦，所述激光器與被引導(dǎo)通過(guò)所述激光器到達(dá)接縫輪廓上的高速氣體是同心的；禾口其中所述控制器被構(gòu)造以使所述激光器沿所述接縫輪廓移動(dòng)，其中所述激光器被構(gòu)造以便在焊接區(qū)中在所述接縫輪廓處形成焊接部，且所述高速氣體被設(shè)置以便對(duì)所述焊接區(qū)進(jìn)行冷卻。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述支承臺(tái)板由中間板支承。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述中間板被構(gòu)造以便座置在箱中，所述箱具有真空開(kāi)口，其中所述真空開(kāi)口被連接至至少一個(gè)真空源。25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被構(gòu)造以使所述激光器散焦至直徑范圍為約0.1-0.3英寸的激光斑。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述控制器被構(gòu)造以使所述激光器聚焦透鏡沿Z軸上下移動(dòng)。27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述激光器被構(gòu)造以便在所述激光器形成所述焊接部從而產(chǎn)生連續(xù)接縫的時(shí)候以受控速度移動(dòng)。28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述高速氣體被設(shè)置以便將所述第二膜推入所述第二膜內(nèi)而靠在所述支承臺(tái)板上。29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述高速氣體是氦氣。30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述高速氣體是氮?dú)狻?1.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述第一膜和所述第二膜是熱塑膜。32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述熱塑膜選自包括聚乙烯和聚偏二氟乙烯的組群。33.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述第一膜和所述第二膜具有任何形狀，所述形狀選自包括矩形、多邊形、四面體形、八邊形、方形或其它形狀的組群。34.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述第一膜和所述第二膜具有處于3-40密耳范圍的厚度。35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中所述第一膜和所述第二膜具有約12密耳的厚度。全文摘要披露了一種形成塑料容器的方法。所述方法包括設(shè)置支承臺(tái)板，所述支承臺(tái)板具有切割輪廓和處在所述支承臺(tái)板的頂表面中的溝槽輪廓、以及處在所述溝槽的底部中的多個(gè)排放端口，其中多個(gè)隔開(kāi)的穿孔被設(shè)置在所述支承臺(tái)板的頂表面中，其中所述溝槽被構(gòu)造以便限定出切割輪廓；將第一膜定位在所述支承臺(tái)板的所述頂表面上；設(shè)置激光器以便沿所述支承臺(tái)板的頂表面的所述切割輪廓對(duì)所述第一膜進(jìn)行切割；在所述第一膜的頂部上設(shè)置第二膜；將所述多個(gè)排放端口和所述多個(gè)隔開(kāi)的穿孔連接至真空源以便將所述第一膜緊固到所述支承臺(tái)板上；在所述溝槽處將與來(lái)自所述激光器的射束同心的氣體射流引導(dǎo)到所述第二膜上以便在焊接過(guò)程中保持所述第二膜的板材與所述第一膜的板材的接觸，從而對(duì)所述第一膜和所述第二膜進(jìn)行焊接；使所述激光器和所述支承臺(tái)板相對(duì)于彼此移動(dòng)以便沿接縫輪廓對(duì)所述第一膜和所述第二膜進(jìn)行焊接；并且設(shè)置所述激光器以便沿所述切割輪廓對(duì)所述第一膜和所述第二膜進(jìn)行切割，從而提供經(jīng)過(guò)修整的袋。文檔編號(hào)B26D5/00GK101711196SQ200880022018公開(kāi)日2010年5月19日申請(qǐng)日期2008年6月18日優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日發(fā)明者M(jìn)·桑德斯,V·辛格申請(qǐng)人:通用電氣醫(yī)療集團(tuán)生物科學(xué)生物方法公司