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10月18日

激光微制造在医疗器械领域的应用

作者 : admin | 分类 : 生物医学 | 超过 8 人围观 | 已有 0 人发表了看法
原标题:激光微制造在医疗器械领域的应用

微制造在医疗器械制造中变得越来越重要,精确的公差,最小的热输出和微型化是其发展的关键。激光技术为微制造工艺提供了更多的可能性,比如可以实现微米级的材料去除,在不与材料发生物理接触的情况下制造零件等。激光制造工艺的显著优势包括:更好的微型化、无菌成型工艺、更快的样机设计和医疗器械的制造。

激光微制造在医疗器械领域的应用

基于激光的医疗器械制造业市场每年都在增长,决策者需要考虑改变某些医疗器械制造工艺以更好的整合激光制造的好处。这里所说好处包括:以较低的成本管理疾病、提供家庭和移动护理、防止污染等。激光为医疗设备的制造带来了难以置信的好处。这包括将生物和纳米结构材料纳入更好控制、具有更高灵敏度和更广泛适用性的医疗支架等装置中。

医疗器械制造业所面临的问题不仅仅是要提高生产效率和节约成本。住院护理已经变得成本高昂,统计数据显示,门诊和家庭护理是未来医疗设备制造的前沿阵地。激光微制造是先进医疗技术的重要组成部分,可用于家庭、移动医疗服务和门诊等环境。目前较为先进的激光制造技术包括如下:

激光烧蚀(Laserablation)

激光烧蚀技术因其多功能性而被认为是顶级的医疗制造工艺之一。制造商可以一次去除一微米厚的材料层,从而以极高的精度对医疗设备进行制造。该技术可在宏观和微观两个层面上发挥作用,可用于金属和聚合物,用于多种医疗产品,包括神经血管、心血管和导管产品等。

这项技术可以用多种激光器进行,包括准分子激光器、超快激光器和二氧化碳、半导体泵浦激光器等。激光烧蚀技术的应用包括:

●去除电缆涂层

●导管端部塑形

●制造微型手术器械

●建立微植体

●球囊表面纹理化

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激光烧蚀技术的潜力几乎是无限的,因为它采用了类似于增材制造的技术理念。但该方法不是一次添加一层,而是去除一层,直到达到所需的规格。该技术扩展了微制造能力的范围。

激光切割(LaserCutting)

激光切割是使用激光束通过熔化或烧蚀材料来进行材料切割。同轴气体喷嘴用于去除废料。这是目前最常用的医疗制造技术之一,因为它简单、快速且无污染。该工艺通常使用光纤或Nd:YAG(钕钇铝石榴石)激光器。超快激光用于切割可以消除浪费的热量和产生的毛刺,同时确保切割的边缘整齐。

激光微制造在医疗器械领域的应用

协作机器人手臂集成到一个紫外DPSS激光生产工作单元。

激光切割在医疗器械制造的应用包括:制造支架、心脏瓣膜、医疗工具和设备组件。激光切割的好处主要包括:可以控制零件变形最小化、精确的切割能力、无工具磨损、更快的样机制作以及可切割大多数金属和材料。目前可以使用激光切割制造的一些顶级产品包括:

●薄壁支架

●拉环

●定制的医疗器械

●传送系统组件

●精密管切割

●生物可吸收支架

●能够自定义几何形状的设备零件和组件

●镍钛合金材料的激光切割

镍钛合金的切割是一种特殊的超快激光切割工艺,多用于导管组件的材料加工。任何制造过程都会产生热量,这对今天的智能材料来说都是一个大问题,比如镍钛合金。切割导管用的弹性薄片需要特殊的激光处理,包括飞秒激光和连续波激光。这一过程不会损坏材料的菱形组织结构。超快切割消除了切割过程中的大部分热能输出,并提供了一种可靠的切割工艺,使镍钛合金的底层结构保持完整。

激光焊接(LaserWelding)

激光焊接可以将两种相似的材料连接起来,而不需要传统焊接中所必需的填充材料。该技术在医学上的应用主要包括能够连接尺寸太小而无法通过其他方法连接的零件。该技术可以利用工业激光器,其对激光功率水平具有精确控制、测量和监视功能。一般来说,使用最小的热量,焊接过程需要有经验的技术人员使用光学显微镜和微操作器。激光焊接在医疗设备制造中的应用包括:

●修复损坏的仪器

●焊接拉环组件

●连接线缆

●输送系统的焊丝组件

●眼科、介入心脏病学、运动医学、神经血管和电生理装置的焊接组件

激光钻孔(LaserDrilling)

激光钻孔是激光烧蚀的一个子类别,它可以一次在金属和聚合物上钻孔,在材料上形成指定微宽度的沉孔或者通孔。传统方法无法钻出宽度只有几微米的小孔。该技术在医疗制造中最常见的用途是钻输液导管孔和栓塞保护过滤器。得益于精密激光钻孔的设备包括:

●球囊导管

●微孔阵列

●输液导管

●导流孔

●栓塞保护过滤器

●血糖监测传感器

●血管修复气囊

●起搏器组件

●送药气球

激光微加工在当今的医疗制造过程中已经变得越来越重要。这种方法不需要使用昂贵的光掩模,在现有技术条件下,可以达到尽可能高的精确度。因为激光处理过程使用了足够大的光电子来完成这项工作,而不会解离聚合物的化学键,因此这项技术在处理聚合物基材时特别有效。

医疗制造对速度的追求

研究统计数据和业界的相关资料强烈支持这样一种观点:制造速度是医疗制造业发展的一个重要因素。监管障碍、成本超支和具有竞争力的技术,使得每一项制造计划都必须依赖速度来盈利。激光制造提供了必要的速度,以满足交期、降低成本和实现微型化的目标。该工艺在满足敏捷制造对于竞争激烈的医疗行业的需求方面,明显优于老牌的瑞士加工设备和电火花加工。

延伸阅读

医疗行业正在发生日新月异的变化,除了目前能完全满足UDI要求的医疗器械耐腐蚀深黑打标技术和3D打印技术,其他如不同行业之间的跨界,5G通信技术等,都正在为医疗行业带来更多的机遇。

“5G浪潮之后,通信的速度变得更快,医疗数字化开始变得现实可行。其实激光在这方面拥有多重优势,通快的激光器和激光系统已经预留了满足工业4.0要求的接口,客户可以轻易实现状态监控,很多数据也是可以感知的。”通快(中国)有限公司电子行业经理张潮在前不久的Medtec展会上接受本刊采访时说。

据他介绍,在医疗领域,目前不少激光公司主要关注点在医疗器械的制造上,其实激光完全有可能从事医疗治疗的一些解决方案,比如做一些基因探测,或者用激光治疗一些血栓之类的疾病等等。

“如果要做一些精准化的医疗,激光是最合适不过的工具,因为没有任何工具能够像激光这么精准。”他强调道。

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