Page 16 - LFWC_JulAug_2019_eMag

Applications 应用天地

激光微加工

超快激光器在医疗器械制造领域大显身手

文/Rajesh S. Patel，NKT Photonics

新 的药品、医疗程序和微加 可以简化整个制造过程，特别是省去 a)
了后处理工序，并降低了复杂微型器
工技术持续推动医疗器械
市场的增 长。2018 年至 械（例如支架）的总体制造成本。
2023 年间，医疗器械市场的复合年增
长率为 4.5%，预计四年后该市场的 支架：
规模将增长至近 4100 亿美元。 [1] 产品演化和激光加工创新
三十多年前，研究人员就证实有 自 1986 年推出以来，支架已经
几种基于激光的加工技术非常适合医 改变了冠心病的治疗方法。到 1999
疗器械制造（MDM），这些技术包括 年，基于支架的手术在所有经皮冠
[2]
精密焊接、切割和打标。 自 20 世 状动脉介入治疗（PCI）中已经占到 b)
[3]
纪 80 年代以来，激光加工的精度、 84%。 尽管取得了这一成功，但在
控制和自动化水平逐渐提升，几种激 20 世纪 90 年代，采用裸金属支架的
光加工技术已经扩展至批量 MDM 操 PCI 表现出显著的再狭窄率（再次缩
作。尤其是低成本、坚固的超短脉冲 小堵塞的血管）。这促进了密集的药
（也称为超快）激光器的出现，使得 物洗脱支架（DES）研发活动，并于
一些器械的制造成为可能，同时也降 2003 年推出。
低了其他器械的整体制造成本。 激光切割几乎从一开始就用于冠
使用激光微加工制造的最常见的 状动脉支架的制造。早期的支架由不 图1：用于片上实验室器件的已打标和雕刻的玻璃
（a）和标有永久性、高对比度、高分辨率图形的
医疗器械，主要用于手术控制、心血 锈钢制成，尺寸相对较大，特征公差
不锈钢（b），均使用Origami超短脉冲激光器加工
[4]
管和骨科干预、药物输送，以及一般 约± 25μm 甚至更大。 基于纳秒脉 而成。
的医疗或实验室用途。在这些器械中， 冲红外（IR）激光器的激光切割，能 强度高温合金，伴随着更具挑战性的
心血管和药物输送器械是激光加工技 够很容易地满足这种加工精度要求。 精细特征要求，以及避免加工热影响
术的早期采纳者。 然而，由于纳秒激光消融的热性质， 的需求，所有这些因素都在推动着制
自从激光加工可以用于医疗器械 切边质量是一个问题，需要昂贵的清 造商探索使用超短脉冲（USP）激光
制造，金属、玻璃和聚合物等材料的 洁、去毛刺、刻蚀和最终抛光等一系 器加工支架。
精细激光焊接、打标、钻孔和切割， 列过程，以使支架的边缘质量达到可 药物洗脱和后来的生物可吸收支
就已经在各种医疗器械和仪器的制造 植入器械的要求。 架技术，进一步推动了 USP 激光技
领域得到应用，例如创建片上实验室 21 世纪初期，基于支架的手术 术的采用。对于 DES，金属支架涂覆
特征和深色打标的不锈钢（见图 1）。 开始应用于更小的外周血管，这推动 了注入药物的聚合物，以抑制导致再
从机械或化学加工到激光加工的 了采用具有更小、更复杂支架特征， 狭窄的细胞生长。不幸的是，聚合物
变革，主要受到“对高产量、低成本 以及壁更薄和直径更小的管子。在这 层的激光切割热影响区（HAZ）无法
实现微小精细特征的需求”所驱动。 个时代，支架的材料也发生了变化。 避免，这点是不可接受的，这就促进
在 21 世纪，激光微加工已经被证明 从不锈钢到镍钛、再到钴铬合金等高 了冷消融 USP 激光技术的采用（见

14 Jul/ Aug 2019 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界