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。
激光切割技术的应用始于管道,仅仅是支架制造工艺中的一部分。其它工艺包括修边、机械延展和热处理、电抛光、消毒和杀菌以及包装。根据激光的用途,激光切割期间在管道内使用水流做湿切割。辅助气体也可以提高整体的切割质量。通常,切割宽度为10 至20 m,精确度为5 m,切割速度为5 mm/s。
后期加工步骤占据着制造总成本中的大部分。由于超快激光器光束切割金属的质量优于长脉冲激光,因此,后期加工阶段成本大幅降低。
制造总成本包括摊销激光器投资、激光器工作成本以及后期加工成本。超快激光器的投资成本一般高于其它技术。但是,它们的工作成本低,还可以大幅降低后期加工成本。另外,由于激光器功率和重复率持续改进,这将大幅增加加工产量。
所有这些因素推动了超快激光器在支架制造中的应用大量增长,这种趋势在未来几年中还将继续。
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