Лазерная сварка титановых корпусов имплантируемых устройств класса III

Feb 09, 2024

Благодаря технологическим достижениям спрос на медицинские имплантируемые устройства (MID) растет из-за более широкого применения разнообразных клинических потребностей, увеличения заболеваемости сердечно-сосудистыми заболеваниями и увеличения численности гериатрического населения. Например, первые кардиостимуляторы работали от батареи всего три часа. Сейчас ежегодно имплантируется более миллиона кардиостимуляторов, каждый из которых рассчитан на 20 лет и более.

Чтобы отреагировать на эти изменения, производители должны использовать новые инструменты и методы для расширения производства все более мелких и сложных устройств с прочными герметичными уплотнениями, сохраняя при этом строгие стандарты качества. Основной процесс лазерной сварки титанового корпуса представляет собой особенно сложную задачу.

Лазерная сварка для герметизацииЛазерная сварка играет решающую роль в производстве MID. Хотя многие внутренние компоненты MID можно соединить пайкой, пайкой или сваркой, все устройство часто упаковывается в две титановые части (оболочки), причем лазерная сварка является предпочтительным методом герметизации двух оболочек. Эти соединения часто называют «гелиевыми герметичными», что означает, что они выдерживают испытание на герметичность с использованием газообразного гелия.

Кроме того, лазерная сварка также используется для герметизации внутренних компонентов более сложных устройств, таких как насосы, газовые баллоны под давлением и контейнеры с жидкостью. Количество сварных швов зависит от компоновки устройства, но, например, для одного инфузионного насоса может потребоваться 40 различных сварных швов.

Типичная процедура лазерной сварки Закрытие титановых оболочек традиционно осуществлялось путем герметизации швов импульсными лазерами Nd-YAG. Лазер непрерывного действия (CW) не используется, чтобы избежать передачи слишком большого количества тепла внутри устройства.

Прежде чем можно будет приступить к герметизации швов, две оболочки необходимо расположить, зажать и предварительно скрепить небольшими лазерными сварными швами для временной или необработанной фиксации. Система, необходимая для такой предварительной закрепки, называется лазерной системой предварительной закрепки.

Аргоновая атмосфераПри герметизации титановых корпусов важна не только герметичность корпуса, но также должна быть гарантирована заданная внутренняя атмосфера свариваемого устройства, поскольку она будет постоянно находиться внутри устройства.

Для кардиостимуляторов предпочтительна атмосфера сухого аргона, что позволяет выполнять лазерную сварку титана в инертной атмосфере. Аргон также подходит для длительного исправного функционирования устройства. Некоторое количество гелия обычно добавляется для облегчения обнаружения утечек при последующих испытаниях продукта.

Лазерная сварка Таким образом, создание таких устройств относительно просто, поскольку кардиостимулятор может быть полностью герметично закрыт в системе перчаточных боксов, содержащих аргон или смесь аргона и гелия. Эта газовая атмосфера будет одинаковой снаружи и внутри устройства.

Азотная атмосфера Лазерная сварка устройств, содержащих азот, более сложна. Для таких устройств, как дефибрилляторы, которые работают с гораздо более высоким внутренним напряжением, сухой азот является наиболее подходящим газом для внутренней атмосферы. Аргон имеет более низкий потенциал ионизации и может вызвать внутреннее искрение, тогда как азот является лучшим газом для поддержания внутреннего потенциала ионизации на желаемом уровне.

Однако герметизация титана с помощью лазерной сварки невозможна в атмосфере азота, поскольку при этом образуются твердые и хрупкие нитриды титана. Поэтому устройства, содержащие азот, имеют заправочное отверстие. Перед введением азота устройство сваривается лазером в аргоне и размещается снаружи перчаточного бокса. Затем аргон откачивают и устройство заполняют азотом через заправочное отверстие малого диаметра. Это заправочное отверстие впоследствии герметизируется одноточечной лазерной сваркой.

Новые возможности лазерной сварки титанового корпуса MID Поскольку технология MID быстро развивается, а производители стремятся к более высокому уровню производительности, качества и прибыльности, компании, специализирующиеся на лазерных системах, специализирующиеся в этой области, постоянно реагируют на это, разрабатывая новые возможности. Например,