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激光在医疗器械制造中的四大用途

2020-09-18 17:28| 发布者: | 查看: |

激光技术广泛应用于医疗器械制造过程,包括打标、焊接、切割、微加工等,是名副其实的“瑞士军刀”。这里介绍工业激光在医疗器械制造中的四大用途,以及采用的最合适有效的激光器。

1. 激光打标——用于对公司、产品和零件的信息标识和可追溯

我们常见的医疗器材,包括骨螺钉、起搏器、听觉植入器和内窥镜器械等,都会用激光打上标识。激光打标能够永久提供公司和产品信息,具有耐腐蚀性从而确保长期可追溯性,是一种直接标识部件的方法(DPM),也是美国食品药品监督管理局FDA认可的标识方法。

有几种不同的激光器适用于激光打标。根据波长、激光介质或脉冲持续时间不同,这些激光器可分为紫外(UV)、红外(IR)、远红外(FIR)和超短脉冲(USP)皮秒和飞秒激光器。选择哪一种激光器,取决于产品材料。

对于采用不锈钢材料的医疗设备,标识必须满足以下条件:

耐腐蚀

无表面夹杂物

生物相容性

能够经受多次清洗

对于不锈钢,采用USP激光器能够满足以上条件,并能够通过严格的热硝酸测试,获得最佳的整体效果。

2. 激光焊接 —— 连接非常小而复杂零件的理想方法

激光广泛应用于小型精密医疗器械的点焊、缝焊和密封。能够对小于1mm尺寸的零件或者局部位置进行焊接。像这样的微焊接经常用于起搏器、手术刀片、内窥镜仪器和电池等产品上。

适用于微焊接的激光器有脉冲Nd:YAG、连续波(CW)光纤、纳秒(Ns)光纤、准连续波(QCW)光纤和高亮度半导体(HBDD)激光器。应注意根据不同应用选择最合适的激光器。

点焊可采用的激光器。20-200微米光斑→光纤激光器;200-1000微米光斑→脉冲Nd:YAG激光器。

脉冲纳秒激光器(Ns),是焊接非常小的金属件的最佳选择,金属件厚度仅为0.25毫米,光斑尺寸小于50微米。脉冲Ns激光器几乎适用于任何材料的焊接,为小元件和新材料组合提供了新的机会。

除了金属焊接,激光也广泛用于塑料件焊接,具有清洁无污染美观的特点。

3. 激光切割——可精密切割刀片,轴和套管等

激光切割工艺非常适合于切割剃须刀刀片,精密轴,支架,套管,以及皮下注射针头等。

激光切割一般分为两种方法:

气体辅助切割,通常与微秒激光器一起使用。

激光烧蚀是一种利用纳秒、皮秒或飞秒脉冲激光器直接对材料表面进行烧蚀,无需任何后处理工序,其热影响区最小。

气体辅助切割是激光切割医疗器械产品最常用的方法,其速度和精度足以保证良好的切割质量和切缝宽度。然而,随着管的直径和特征变得越来越小,采用激光烧蚀技术更为有效。该技术可以实现10微米量级的特征尺寸和切口宽度的切割。

4. 激光微加工——精密的表面构造和钻孔

激光微加工应用于医疗器械制造,例如在针、导管、可植入设备和微型仪器上进行表面纹理加工和钻孔。常用超短脉冲(USP)激光器。因为短脉冲持续时间可以更有效地去除材料,即以更少的能量输出,获得干净的切割效果,几乎不需要后处理。

激光微加工过程不是特别快,但却是极其精确的工艺过程。一个典型应用,采用飞秒超短波脉冲激光器,对聚合物导管表面纹理加工,能够实现精确的纹理深度和高度的加工控制。

USP激光器还可以在针上钻出非常小而精确的小孔,直径只有80-200微米。此外,激光微加工系统可以通过编程来加工圆形、正方形或椭圆形的孔,以帮助控制通过针头的药物输送。激光还可以在不同的材料上加工出不同类型的微小结构,这些材料包括金属、聚合物、陶瓷和玻璃。

激光微加工的另一个主要应用是线剥离。在这种应用中,使用飞秒激光器通过选择性烧蚀,去除表层厚度达20微米的聚氨酯涂层,而不会对底层材料造成损伤。

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