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医疗器械切割需求推动飞秒激光器市场高涨

医疗器械切割需求推动飞秒激光器市场高涨

  • 分类:行业动态
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  • 发布时间:2022-11-15 09:39
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飞秒激光器的性价比越来越高,同时小型医疗器械对卓越切割质量的需求在日益增长,这两个因素推动了飞秒激光器市场的巨大发展。

光纤激光器成本相对较低,功率可扩展,并且可靠性高,多年来一直在医疗器械制造行业的切割和钻孔应用中占据主导地位。 飞秒激光器在切割质量方面具有很大优势,但长期以来,它们只争得很小的市场份额。

 


图 1. 基于光纤激光器和飞秒激光器的 Coherent 管材切割系统的相对系统收入。

 

然而,如图1所示,Coherent 管材切割系统的销售数据表明,这种情况突然间发生了极为快速的转变。我们来看看,与光纤激光器相比,是什么推动了飞秒激光器市场份额的急剧增长。

 

飞秒激光器:实现更出色、更精细的切割 

使用飞秒 (fs) 激光器进行材料加工具有多项独特优势,这一点早已为大众所熟知。

对于像光纤激光器这样的传统激光器,其大部分材料相互作用是光热作用,这就会产生热影响区 (HAZ)。在精密应用中,这限制了可以在不熔化的情况下干净加工的零件的最小尺寸,可能导致不可接受的功能或外观损坏,并且通常还需要进行机械后处理工作(例如,去毛刺、手动抛光或铰孔)。相比之下,飞秒激光器提供的脉冲可以短几个数量级,并且峰值功率高很多,可在热量传导给零件之前使材料瞬时蒸发。这种切割精度更高且温度相对更低,可以产生更小的零件而没有重铸碎屑,因此不需要研磨或抛光。此外,这种方法几乎适用于任何材料,包括聚合物/金属涂层等混合材料的零件(见图2)。 


图 2. 飞秒激光器几乎可以切割任何具有出色边缘质量且无重铸材料的材料。

 

具有更精细细节的小型化设备(如框架) 

市场对于具有更小、更薄壁组分和更多切割细节的医疗器械(例如外周支架、海波管、微创工具等)的需求不断增长,这极大地推动了飞秒激光加工近期市场份额的增加。我们看到,对于配置为如上图所示的管材切割几何形状的设备来说,其需求情况尤其如此。此外,使用更具挑战性和更昂贵的材料也是重要的推动因素。镁生物可吸收支架就是一个例子,在光纤激光加工后进行后处理可能会将其产量降低 50%,而飞秒激光切割则不需要进行后处理。其他行业(例如,显示器/电子器件)也在逐步采用这项技术,这就带来了额外的市场需求,从而进一步推动了激光器制造商开发先进的飞秒激光系统和机器。

 

飞秒激光器的进步之处:功率更高,每瓦特成本更低 

事实上,飞秒激光器在性能、经济性和可靠性方面已经达到了一个全新的成熟度。功率是一个特别重要的性能参数,因为它直接决定了生产量。 

相干公司 Monaco 系列就属于新一代飞秒激光器,在销售图表涵盖的时间范围内,其最大功率已从不到 20 W 连续提高至 60 W 以上。大多数飞秒激光器的每瓦特成本最近也有所下降。因此,这些激光器不仅可以帮助提高产量,还可以降低单个零件的成本。

早期的 Monaco 型号已经在要求严苛的全天候生产环境中应用了数年时间,突显了飞秒激光器具有更高的可靠性,进而有助于降低总体拥有成本。再加上消除机械后处理步骤所实现的成本节省,这对于一些精密切割任务来说,可谓非常经济实惠。

 

精简的自动化机器 
诚然,大多数医疗器械制造商想要的并不仅仅是一台激光器,而是一套完整的激光系统。实现这一愿景的最后一步便是先进的飞秒激光器的上市。

飞秒激光器可以实现精简的自动化部件处理和监测, 同时还配有易于使用的软件,不需要大量培训或专业知识即可上手。这让用户可以灵活地在小批量的不同设备之间快速切换,或在无人值守的情况下长时间运行大容量组件。

相干公司的 StarCut Tube 系列机器就是一个例子,其结合了我们全新的操作软件:Coherent 的 FrameWork 激光软件。

 

归根结底:是选择光纤激光器还是飞秒激光器,抑或二者都选?

如今,对于医疗器械制造行业的任何人来说,购买新机器的一大难题就是要在飞秒激光器和光纤激光器之中作出抉择。光纤激光器还有一项主要优势,即能够实现更快切割和切割较厚的部件,因为它具有更高的可用功率。然而,对于较薄的部件,由于需要降低重复频率并避免累积热损伤,功率和速度优势往往会大打折扣。所以,归根结底,选择哪种激光器最合适实际上取决于具体的应用场景。 

正因为此,对于切割医疗器械所用的全新激光器,现在既可以选择飞秒激光器,也可以选择光纤激光器,甚至还可以混合使用这两种激光器。有了后一种选项,用户可以在这两种激光器之间无缝切换,即使在单个作业中也是如此,因为有些情况下使用光纤激光器进行切割可能比使用飞秒激光器更经济(反之亦然)。

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超快飞秒激光切割机在心血管支架制造中的应用及优势

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介绍飞秒激光切割机在心血管支架制造中的应用及优势,探讨其高精度、低热效应及高良率的特点,飞秒激光技术为医疗器械制造带来的变革。飞秒激光切割机在心血管支架制造中的具体优势:高精度与无残渣:飞秒激光能够以极高的精度切割材料,避免了传统激光切割后需要大量后处理的麻烦。支架表面无毛刺和熔渣,表面光滑。 减少热影响区:飞秒激光的短脉宽和高峰值功率使其能够避免热影响区的产生,材料内部无热应力,避免了微裂痕和脆化问题。 高良率:由于制程简化,飞秒激光切割的支架良率可从光纤的70%提高至90%以上,大大减少了材料的浪费和生产成本。 加工复杂结构:飞秒激光能够切割复杂的几何形状,适用于小直径和薄壁支架的制造,满足不同患者和手术需求。 适用多种材料:飞秒激光不仅适用于金属支架的切割,还能高效加工低熔点材料,如镁合金和聚乳酸等可降解材料。   超快飞秒激光切割案例: 一、光纤激光和超快飞秒激光切割镍钛合金支架对比   图二:光纤激光和超快激光切割的镍钛合金支架比较图。图左由光纤激光切割,图右由超快激光切割。   从图中可以看见光纤激光切割的支架内壁上熔渣的尺寸甚至大过管壁的厚度,且由于熔渣阻碍,无法将落料移除,需要先研磨才可将之去除。研磨内壁不仅费工费时,而且容易磨出豁边,造成机械性能的下降。如图右所示,由超快激光所切割的支架,不但没有熔渣而且表面光滑。   二、超快飞秒激光切割镍钛取栓支架   超快飞秒激光切割镍钛取栓支架   加工区域的周边没有热效应,切割边缘没有熔渣和毛刺。图右的显微镜照能看出表面光滑无毛刺。   三、超快飞秒激光切割可降解材料支架   聚乳酸可降解支架   由于超快激光无热加工的特性,使得激光加工低熔点材料变为可能,以支架而言,如镁合金或是聚乳酸等高分子支架。由于这类支架低熔点及可降解的特性,切割后无法使用一般金属支架的后处理,因此只能使用超快激光切割。   超快飞秒激光切割机     应用范围: 颅内&取栓&神经介入&外周&取石网篮等金属&非金属支架激光微加工   高精加工: 切割缝宽小:<20um 加工精度高: ≤±5um 切口品质好:红外&绿光加工模式供选,无毛边&切口光滑&热影响区极小 加工效率高:一次性切透单侧管壁,连续自动进给加工   强适应性: 具备激光干切&湿切&钻孔&挖盲槽等精细加工工艺能力 支持等径管&变径管&平面器械的向心&垂直&复合开口特征加工 可加工316L&Ni-Ti&L605&Mg&Zn&PLA&PLLA& &PI&尼龙等金属&非金属材质 兼容精密D型夹头&ER系列夹头&三爪卡盘等精密薄壁管夹持系统 采用自适应形状公差变化的组合式精密薄壁管轴套支撑系统 提供精密薄壁管连续自动进给加工&干湿切密封接料等配套方案 配置自主研制的激光微加工2D &2.5D &3D CAM软件系统
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