醫(yī)療設(shè)備是具有高附加值的產(chǎn)品,在質(zhì)量方面要求嚴(yán)格,通常要求采用挑戰(zhàn)性的工業(yè)制造工藝?;谶@些原因,超快激光器在醫(yī)療設(shè)備制造領(lǐng)域獲得大量應(yīng)用。
最著名的應(yīng)用是支架制造。支架是一種由金屬或聚合物制造而成的假體。它可用于擴(kuò)張術(shù),使得在血管或腔體狹窄或閉塞的情況下血液能夠流入閉塞的動(dòng)脈。激光切割支架的質(zhì)量優(yōu)良且功能多樣,現(xiàn)今是支架及其輔助工具的主要制造工藝。
典型的支架是采用激光束切割其框架的小型管道,因此管道的性能與彈簧相似,可以防止手術(shù)之后動(dòng)脈收縮。取決于型號(hào)和制造商而定,支架的直徑從1.2毫米至3.5毫米不等,壁厚為0.10毫米至0.25毫米。可以考慮三種不同的支架:
● 采用金屬、不銹鋼(80%)或鎳鈦合金(即含有鎳和鈦金屬的、可以記憶形狀的合金,20%)制造的簡單支架。
● 金屬支架加上某些活性物質(zhì),以防通道再次出現(xiàn)狹窄的情況。采用“幾步洗脫”在支架上添加活性物質(zhì),以提高支架的耐用性。通過支架上的微型貯液囊或者涂層來執(zhí)行洗脫。這些支架占據(jù)了每年實(shí)際支架手術(shù)的主要份額(大于75%)。
● 最近出現(xiàn)的生物可吸收支架,一般采用PLLA(聚乳酸)聚合物制造。這些產(chǎn)品也可添加活性物質(zhì)。使用時(shí),支架緩慢降解并在動(dòng)脈愈合之后逐漸融于血液之中,這一過程需要幾個(gè)月或者多達(dá)一年或兩年的時(shí)間。近來,生物可吸收聚合物支架已經(jīng)通過CE認(rèn)證,可在歐洲使用。
由于生物可吸收支架采用聚合物制造,這種材料對(duì)于熱效應(yīng)極其敏感,采用長脈沖激光進(jìn)行機(jī)加工時(shí),不能保證足夠好的質(zhì)量,而且切割工藝會(huì)產(chǎn)生熱量,因此需要采用超快激光加工工藝制造這些支架,以達(dá)到優(yōu)質(zhì)的制造效果。
另一方面,如今采用長脈沖激光加工金屬支架,脈寬通常為fs或ns級(jí)別。
激光切割技術(shù)的應(yīng)用始于管道,僅僅是支架制造工藝中的一部分。其它工藝包括修邊、機(jī)械延展和熱處理、電拋光、消毒和殺菌以及包裝。根據(jù)激光的用途,激光切割期間在管道內(nèi)使用水流做濕切割。輔助氣體也可以提高整體的切割質(zhì)量。通常,切割寬度為10 至20mm,精確度為5mm,切割速度為5 mm/s。
后期加工步驟占據(jù)著制造總成本中的大部分。由于超快激光器光束切割金屬的質(zhì)量優(yōu)于長脈沖激光,因此,后期加工階段成本大幅降低。
制造總成本包括攤銷激光器投資、激光器工作成本以及后期加工成本。超快激光器的投資成本一般高于其它技術(shù)。但是,它們的工作成本低,還可以大幅降低后期加工成本。另外,由于激光器功率和重復(fù)率持續(xù)改進(jìn),這將大幅增加加工產(chǎn)量。
所有這些因素推動(dòng)了超快激光器在支架制造中的應(yīng)用大量增長,這種趨勢(shì)在未來幾年中還將繼續(xù)。
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