激光在醫療器械製造中的四大用途

激光技術廣泛應用於醫療器械製造過程,包括打標、焊接、切割、微加工等,是名副其實的“瑞士軍刀”。這裡介紹工業激光在醫療器械製造中的四大用途,以及採用的最合適有效的激光器。

1. 激光打標——用於對公司、產品和零件的信息標識和可追溯

激光在醫療器械製造中的四大用途

我們常見的醫療器材,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督管理局FDA認可的標識方法。

有幾種不同的激光器適用於激光打標。根據波長、激光介質或脈衝持續時間不同,這些激光器可分為紫外(UV)、紅外(IR)、遠紅外(FIR)和超短脈衝(USP)皮秒和飛秒激光器。選擇哪一種激光器,取決於產品材料。

激光在醫療器械製造中的四大用途

對於採用不鏽鋼材料的醫療設備,標識必須滿足以下條件:

  • 耐腐蝕
  • 無表面夾雜物
  • 生物相容性
  • 能夠經受多次清洗

對於不鏽鋼,採用USP激光器能夠滿足以上條件,並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 —— 連接非常小而複雜零件的理想方法

激光在醫療器械製造中的四大用途

激光廣泛應用於小型精密醫療器械的點焊、縫焊和密封。能夠對小於1mm尺寸的零件或者局部位置進行焊接。像這樣的微焊接經常用於起搏器、手術刀片、內窺鏡儀器和電池等產品上。

適用於微焊接的激光器有脈衝Nd:YAG、連續波(CW)光纖、納秒(Ns)光纖、準連續波(QCW)光纖和高亮度半導體(HBDD)激光器。應注意根據不同應用選擇最合適的激光器。

點焊可採用的激光器。20-200微米光斑→光纖激光器;200-1000微米光斑→脈衝Nd:YAG激光器。

脈衝納秒激光器(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,光斑尺寸小於50微米。脈衝Ns激光器幾乎適用於任何材料的焊接,為小元件和新材料組合提供了新的機會。

除了金屬焊接,激光也廣泛用於塑料件焊接,具有清潔無汙染美觀的特點。

激光在醫療器械製造中的四大用途

3. 激光切割——可精密切割刀片,軸和套管等

激光在醫療器械製造中的四大用途

激光切割工藝非常適合於切割剃鬚刀刀片,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、皮秒或飛秒脈衝激光器直接對材料表面進行燒蝕,無需任何後處理工序,其熱影響區最小。

氣體輔助切割是激光切割醫療器械產品最常用的方法,其速度和精度足以保證良好的切割質量和切縫寬度。然而,隨著管的直徑和特徵變得越來越小,採用激光燒蝕技術更為有效。該技術可以實現10微米量級的特徵尺寸和切口寬度的切割。

4. 激光微加工——精密的表面構造和鑽孔

激光在醫療器械製造中的四大用途

激光微加工應用於醫療器械製造,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鑽孔。常用超短脈衝(USP)激光器。因為短脈衝持續時間可以更有效地去除材料,即以更少的能量輸出,獲得乾淨的切割效果,幾乎不需要後處理。

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,採用飛秒超短波脈衝激光器,對聚合物導管表面紋理加工,能夠實現精確的紋理深度和高度的加工控制。

激光在醫療器械製造中的四大用途

USP激光器還可以在針上鑽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。

激光在醫療器械製造中的四大用途

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微米的聚氨酯塗層,而不會對底層材料造成損傷。


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