激光技術廣泛應用于醫(yī)療器械制造過程,包括打標、焊接、切割、微加工等,是名副其實的“瑞士軍刀”。這里介紹工業(yè)激光在醫(yī)療器械制造中的四大用途,以及采用的最合適有效的激光器。
1. 激光打標——用于對公司、產(chǎn)品和零件的信息標識和可追溯
我們常見的醫(yī)療器材,包括骨螺釘、起搏器、聽覺植入器和內窺鏡器械等,都會用激光打上標識。激光打標能夠永久提供公司和產(chǎn)品信息,具有耐腐蝕性從而確保長期可追溯性,是一種直接標識部件的方法(DPM),也是美國食品藥品監(jiān)督管理局FDA認可的標識方法。
有幾種不同的激光器適用于激光打標。根據(jù)波長、激光介質或脈沖持續(xù)時間不同,這些激光器可分為紫外(UV)、紅外(IR)、遠紅外(FIR)和超短脈沖(USP)皮秒和飛秒激光器。選擇哪一種激光器,取決于產(chǎn)品材料。
對于采用不銹鋼材料的醫(yī)療設備,標識必須滿足以下條件:
耐腐蝕
無表面夾雜物
生物相容性
能夠經(jīng)受多次清洗
對于不銹鋼,采用USP激光器能夠滿足以上條件,并能夠通過嚴格的熱硝酸測試,獲得最佳的整體效果。
2. 激光焊接 —— 連接非常小而復雜零件的理想方法
激光廣泛應用于小型精密醫(yī)療器械的點焊、縫焊和密封。能夠對小于1mm尺寸的零件或者局部位置進行焊接。像這樣的微焊接經(jīng)常用于起搏器、手術刀片、內窺鏡儀器和電池等產(chǎn)品上。
適用于微焊接的激光器有脈沖Nd:YAG、連續(xù)波(CW)光纖、納秒(Ns)光纖、準連續(xù)波(QCW)光纖和高亮度半導體(HBDD)激光器。應注意根據(jù)不同應用選擇最合適的激光器。
點焊可采用的激光器。20-200微米光斑光纖激光器;200-1000微米光斑脈沖Nd:YAG激光器。
脈沖納秒激光器(Ns),是焊接非常小的金屬件的最佳選擇,金屬件厚度僅為0.25毫米,光斑尺寸小于50微米。脈沖Ns激光器幾乎適用于任何材料的焊接,為小元件和新材料組合提供了新的機會。
除了金屬焊接,激光也廣泛用于塑料件焊接,具有清潔無污染美觀的特點。
3. 激光切割——可精密切割刀片,軸和套管等
激光切割工藝非常適合于切割剃須刀刀片,精密軸,支架,套管,以及皮下注射針頭等。
激光切割一般分為兩種方法:
氣體輔助切割,通常與微秒激光器一起使用。
激光燒蝕是一種利用納秒、皮秒或飛秒脈沖激光器直接對材料表面進行燒蝕,無需任何后處理工序,其熱影響區(qū)最小。
氣體輔助切割是激光切割醫(yī)療器械產(chǎn)品最常用的方法,其速度和精度足以保證良好的切割質量和切縫寬度。然而,隨著管的直徑和特征變得越來越小,采用激光燒蝕技術更為有效。該技術可以實現(xiàn)10微米量級的特征尺寸和切口寬度的切割。
4. 激光微加工——精密的表面構造和鉆孔
激光微加工應用于醫(yī)療器械制造,例如在針、導管、可植入設備和微型儀器上進行表面紋理加工和鉆孔。常用超短脈沖(USP)激光器。因為短脈沖持續(xù)時間可以更有效地去除材料,即以更少的能量輸出,獲得干凈的切割效果,幾乎不需要后處理。
激光微加工過程不是特別快,但卻是極其精確的工藝過程。一個典型應用,采用飛秒超短波脈沖激光器,對聚合物導管表面紋理加工,能夠實現(xiàn)精確的紋理深度和高度的加工控制。
USP激光器還可以在針上鉆出非常小而精確的小孔,直徑只有80-200微米。此外,激光微加工系統(tǒng)可以通過編程來加工圓形、正方形或橢圓形的孔,以幫助控制通過針頭的藥物輸送。激光還可以在不同的材料上加工出不同類型的微小結構,這些材料包括金屬、聚合物、陶瓷和玻璃。
激光微加工的另一個主要應用是線剝離。在這種應用中,使用飛秒激光器通過選擇性燒蝕,去除表層厚度達20微米的聚氨酯涂層,而不會對底層材料造成損傷。
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