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Medtec上海国际医疗器械设计与制造技术展览会

2025. 09.24-26
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Medtec上海国际医疗器械设计与制造技术展览会

2027. 9.1-9.3

上海新国际博览中心 N1-N4

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2024医疗器械博览会Medtec直击前沿技术 开启下一代医疗制造的超快激光加工工艺

激光加工有加工对象广、变形小、精度高、 能耗低、公害小、远距离加工、自动化加工等显著特点，已成为一种新型制造技术和手段，广泛地应用于切割、蚀刻、焊接及精细微处理等诸多工业生产领域。激光加工自从引入医疗制造领域，已成为设备制造方法的中坚力量，可以用于钻孔、切割、烧蚀、材料连接、标记和表面处理。激光制造技术使制造效率、精度、质量和流程控制发生了质的飞跃。随着医疗器械逐步精密化、微创化，对加工技术的要求日益增加，快速激光进入制造商视野，视为满足其制造需求的下一代技术。接下来，就跟着2024医疗器械博览会Medtec一起来了解一下有关激光加工的知识吧！
一般来说，激光器有两种主要工作模式：连续波（CW）和脉冲。连续波激光器以恒定的输出方式工作。脉冲激光器以恒定的时间间隔（即脉冲宽度或脉冲持续时间）间歇输出激光能量，超快激光器是脉冲激光技术的一个分支，其激光脉冲持续时间小于皮秒（10-12），时间极短。广义来说，我们平时所提到的皮秒、飞秒以及2023年获得诺贝尔奖的阿秒技术，都属于超快激光的范畴。
图1  连续波激光器（左）和脉冲激光器（右）的区别
来源：公开资源
由于脉冲持续时间极短，超快激光器可为部件提供比连续波或其他脉冲激光器更高的峰值功率。这就实现了关键的差异化激光加工能力，进而实现了新的制造方法。这一方法具有以下优势：
1.实现“冷”烧蚀
超快激光器的峰值功率很高，可将材料从固体气化为等离子体，而脉冲对周围材料的热传导很少或根本没有。这通常称为热激光加工或冷烧蚀。
热激光加工在医疗设备制造方面具有很大优势，它可以加工聚合物和特种合金（包括镍钛合金）等薄型或热敏感材料，而不会在加工区域周围产生热影响区，这是激光加工的常见后果，可能导致部件变形，甚至过早出现机械故障。
因此，与连续波或较长的脉冲持续时间激光器相比，超快激光器能够在不改变对产品性能至关重要的材料特性的情况下加工零件。

我国医疗器械的加工制造技术受到钣金加工水平的严重制约。直到激光切割机高精度加工设备的应用，我国医疗器械的制造质量得到了很大的提高。由于部件的设计及加工工艺影响其精密度及医疗器械的制造，应广大观众的要求，2024医疗器械博览会Medtec将继续推出技术论坛C：精密加工设备与技术应用论坛，论坛围绕医疗器械产品部件从设计到加工的流程，结合具体的案例分享展开，为医疗装备的研发人员提供钣金方面的经验借鉴和行业分享。现预登记已经开启，点击此处报名参观>>>

2. 减少零件后处理
在传统激光切割过程中，工件加热使用的是脉冲宽度较长的连续波激光器或脉冲激光器，通常需要几个后加工步骤来提高工件质量。例如，零件通常需要去毛刺以去除渣滓或尖锐边缘，还需要电抛光以去除氧化层并提高表面光洁度。
图 2 激光切割零件在去毛刺和电抛光操作前存在的瑕疵
来源：公开资料
这些步骤需要额外的设备和工艺，再加上相应的控制计划和时间，会影响零件的产量和成本。而采用精制超快工艺进行材料去除，则可以避免这些额外步骤，缩短零件加工时间并降低成本。
超快激光还可以省去零件涂层的步骤。由于超快激光工艺可以操控材料的微观结构来生成疏水或亲水表面，因此可以直接对表面进行纹理加工。在这种情况下，不需要额外的步骤来进行涂层。
因此，2024医疗器械博览会Medtec认为，超快激光只需改变加工参数并在激光加工步骤中增加一些周期时间，就能减少或消除提供成品零件所需的后加工步骤。
3.独特的焊接方式
超快激光能实现独特的焊接方法，对新型医疗设备设计具有重要意义。通过使用不同的激光工艺控制和技术（如可调节的迸发点火模式），可以连接陶瓷和金属等异种材料或极细的金属箔。
不过，这些工艺的工艺控制窗口很小，激光沿表面的运动对实现高质量焊点起着重要作用。如果对激光触发时的位置或激光沿该路径的脉冲控制不当，就会造成焊接强度和可靠性的不一致。
从消除二次加工到启用新的切割或连接技术，超快激光技术都可以显著改善医疗设备的制造水平。但是，这些优势需要对激光工艺进行重大改进，以优化正确的参数，还需要进行全面的验证和确认测试，相关的投资成本较高。
超快激光技术在精密加工及微纳制造领域已广泛应用。
超快激光加工技术作为材料加工制备技术，在制造领域具有广阔的应用需求。通过飞秒激光微加工成功地制造了具有圆润形状和光滑边缘、尺寸精确、表面形貌干净、无重铸层的工艺。随着超快激光器技术的发展及工艺优化的完善，加工效率低、可加工厚度受限等问题将得到有效解决，将为工业应用开辟新的、仍然不可预测的前景。我国制造业整体呈现出由低端走向高端的趋势，因此超快激光每年增长率要比传统激光更高，它代表着未来的一个发展方向。
近年来，国外企业已经开始采用飞秒激光进行支架切割。心脏支架壁管极薄，通常采用激光加工代替常规的机械切割，使用普通激光通过烧蚀融化来加工，这样加工的心脏支架存在毛刺多、切槽宽度不统一、表面烧蚀严重、筋宽不均匀等一系列问题，而飞秒技术则有效解决了这些问题。
文章来源： 颐通社