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工業應用
使用飛秒激光器進行醫療器械制造切割的優勢
材料來源:Coherent高意激光           錄入時間:2023/4/24 23:59:05

光纖激光器成本相對較低,功率可擴展,并且可靠性高,多年來一直在醫療器械制造行業的切割和鉆孔應用中占據主導地位。飛秒激光器在切割質量方面具有很大優勢,但長期以來,它們只爭得很小的市場份額。然而,如圖所示,Coherent管材切割系統的銷售數據表明,這種情況突然間發生了極為快速的轉變。我們來看看,與光纖激光器相比,是什么推動了飛秒激光器市場份額的急劇增長。

圖1.基于光纖激光器和飛秒激光器的Coherent管材切割系統的相對系統收入

飛秒激光器——實現更出色、更精細的切割

使用飛秒(fs)激光器進行材料加工具有多項獨特優勢,這一點早已為大眾所熟知。對于像光纖激光器這樣的傳統激光器,其大部分材料相互作用是光熱作用,這就會產生熱影響區 (HAZ)。在精密應用中,這限制了可以在不熔化的情況下干凈加工的零件的最小尺寸,可能導致不可接受的功能或外觀損壞,并且通常還需要進行機械后處理工作(例如,去毛刺、手動拋光或鉸孔)。相比之下,飛秒激光器提供的脈沖可以短幾個數量級,并且峰值功率高很多,可在熱量傳導給零件之前使材料瞬時蒸發。這種切割精度更高且溫度相對更低,可以產生更小的零件而沒有重鑄碎屑,因此不需要研磨或拋光。此外,這種方法幾乎適用于任何材料,包括聚合物/金屬涂層等混合材料的零件(見圖)。

圖2.飛秒激光器幾乎可以切割任何具有出色邊緣質量且無重鑄材料的材料。

具有更精細細節的小型化設備(如框架)

市場對于具有更小、更薄壁組分和更多切割細節的醫療器械(例如外周支架、海波管、微創工具等)的需求不斷增長,這極大地推動了飛秒激光加工近期市場份額的增加。我們看到,對于配置為如上圖所示的管材切割幾何形狀的設備來說,其需求情況尤其如此。此外,使用更具挑戰性和更昂貴的材料也是重要的推動因素。鎂生物可吸收支架就是一個例子,在光纖激光加工后進行后處理可能會將其產量降低50%,而飛秒激光切割則不需要進行后處理。其他行業(例如,顯示器/電子器件)也在逐步采用這項技術,這就帶來了額外的市場需求,從而進一步推動了激光器制造商開發先進的飛秒激光系統和機器。

飛秒激光器的進步之處——功率更高,每瓦特成本更低

事實上,飛秒激光器在性能、經濟性和可靠性方面已經達到了一個全新的成熟度。功率是一個特別重要的性能參數,因為它直接決定了生產量。Coherent的Monaco系列就屬于新一代飛秒激光器,在銷售圖表涵蓋的時間范圍內,其最大功率已從不到20 W連續提高至60 W以上。大多數飛秒激光器的每瓦特成本最近也有所下降。因此,這些激光器不僅可以幫助提高產量,還可以降低單個零件的成本。早期的Monaco型號已經在要求嚴苛的全天候生產環境中應用了數年時間,突顯了飛秒激光器具有更高的可靠性,進而有助于降低總體擁有成本。再加上消除機械后處理步驟所實現的成本節省,這對于一些精密切割任務來說,可謂非常經濟實惠。

精簡的自動化機器

誠然,大多數醫療器械制造商想要的并不僅僅是一臺激光器,而是一套完整的激光系統。實現這一愿景的最后一步便是先進的飛秒激光器的上市。飛秒激光器可以實現精簡的自動化部件處理和監測,同時還配有易于使用的軟件,不需要大量培訓或專業知識即可上手。這讓用戶可以靈活地在小批量的不同設備之間快速切換,或在無人值守的情況下長時間運行大容量組件。Coherent的StarCut Tube系列機器就是一個例子,其結合了我們全新的操作軟件:Coherent的FrameWork激光軟件。

歸根結底:是選擇光纖激光器還是飛秒激光器,抑或二者都選?

如今,對于醫療器械制造行業的任何人來說,購買新機器的一大難題就是要在飛秒激光器和光纖激光器之中作出抉擇。光纖激光器還有一項主要優勢,即能夠實現更快切割和切割較厚的部件,因為它具有更高的可用功率。然而,對于較薄的部件,由于需要降低重復頻率并避免累積熱損傷,功率和速度優勢往往會大打折扣。所以,歸根結底,選擇哪種激光器最合適實際上取決于具體的應用場景。

正因為此,對于切割醫療器械所用的全新激光器,現在既可以選擇飛秒激光器,也可以選擇光纖激光器,甚至還可以混合使用這兩種激光器。有了后一種選項,用戶可以在這兩種激光器之間無縫切換,即使在單個作業中也是如此,因為有些情況下使用光纖激光器進行切割可能比使用飛秒激光器更經濟(反之亦然)。

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