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医疗器械

超快激光器在医疗制造中的应用(一)

星之球激光来源:佳工机电网2013-01-20我要评论(0)

第一代超快激光器使用掺钛蓝宝石作为激光有源材料,于 20 世纪 90 年代早期被商业化推出。 1999 年,诺贝尔化学奖被授予 Ahmed Zewail 教授,以表彰他在超短时间化学反...

第一代超快激光器使用掺钛蓝宝石作为激光有源材料,于20世纪90年代早期被商业化推出。

1999年,诺贝尔化学奖被授予Ahmed Zewail教授,以表彰他在超短时间化学反应分析工作上取得的成就。在十年之内,从一种新技术发展到应用该技术且获得诺贝尔奖,这展示了超快激光器为科学领域带来的革命性变化。

在这十年间,尽管当时的激光器未能满足各种工业对它们在性能、成本、规格和可靠性方面的要求,但是超快激光器在新工业或医疗应用中的潜力已经显而易见。

2000年左右,采用掺镱激光材料和电信级半导体的新一代二极管泵浦超快激光器推向市场。这些紧凑型高功率、高度可靠性以及性价比高的超快激光源为快速扩展的市场拓展了工业应用。结果是,过去十年中,安装数量逐年翻番。

如今,业界已能提供商业工业超快激光器,具有从飞秒到皮秒级的大范围脉宽,平均功率范围几十瓦,能够用于苛刻的工业和医疗环境。

应用背景

超快激光器在极短时间内聚集脉冲能量,形成极高功率密度。紧凑型台式超快激光器提供的功率甚至可超越核电站。由于具有如此之高的功率,其激光可以加工几乎任何类型的材料,包括传统的、很难加工的材料,例如金属、陶瓷和玻璃。

另外,由于脉宽极小,加工期间几乎不产生多余的热量,这种无热加工的效果和质量极佳。另外,在进行微机械加工时,不会产生熔化、开裂、汽化或者其它有害散热。

超快激光器现被用于追求高质量加工效果的工业应用,例如:

●选择性融蚀,用于加工半导体、显示屏或光伏产业用的薄膜;

●无应力内雕,用于制药和奢侈品行业中的防伪应用;

●眼睛屈光手术,包括视力矫正和白内障手术;

●微电子工业的高质量微机械加工应用;

●医疗设备制造。

医疗设备制造

医疗设备是具有高附加值的产品,在质量方面要求严格,通常要求采用挑战性的工业制造工艺。基于这些原因,超快激光器在医疗设备制造领域获得大量应用。

最著名的应用是支架制造。支架是一种由金属或聚合物制造而成的假体。它可用于扩张术,使得在血管或腔体狭窄或闭塞的情况下血液能够流入闭塞的动脉。激光切割支架的质量优良且功能多样,现今是支架及其辅助工具的主要制造工艺。

典型的支架是采用激光束切割其框架的小型管道,因此管道的性能与弹簧相似,可以防止手术之后动脉收缩。取决于型号和制造商而定,支架的直径从1.2毫米至3.5毫米不等,壁厚为0.10毫米至0.25毫米。可以考虑三种不同的支架:

●采用金属、不锈钢(80%)或镍钛合金(即含有镍和钛金属的、可以记忆形状的合金,20%)制造的简单支架。

●金属支架加上某些活性物质,以防通道再次出现狭窄的情况。采用“几步洗脱”在支架上添加活性物质,以提高支架的耐用性。通过支架上的微型贮液囊或者涂层来执行洗脱。这些支架占据了每年实际支架手术的主要份额(大于75%)。

●最近出现的生物可吸收支架,一般采用PLLA(聚乳酸)聚合物制造。这些产品也可添加活性物质。使用时,支架缓慢降解并在动脉愈合之后逐渐融于血液之中,这一过程需要几个月或者多达一年或两年的时间。近来,生物可吸收聚合物支架已经通过CE认证,可在欧洲使用。

由于生物可吸收支架采用聚合物制造,这种材料对于热效应极其敏感,采用长脉冲激光进行机加工时,不能保证足够好的质量,而且切割工艺会产生热量,因此需要采用超快激光加工工艺制造这些支架,以达到优质的制造效果。

另一方面,如今采用长脉冲激光加工金属支架,脉宽通常为s或ns级别。

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