CN116673618A - 医疗塑料导管激光打孔工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医疗塑料导管激光打孔工艺，旨在提供一种打孔位置精准、打孔速度非常快、孔圆度好的医疗塑料导管激光打孔工艺。本发明包括如下步骤：①激光器采用355nm波长紫外皮秒激光器，355nm波长容易被塑料所吸收；②经过扩束和光束整形，将高斯分布的圆形光斑转变成平顶分布的圆形光斑，保证能量分布在光斑面积范围内的均匀性和一致性；③整形后的光束进入高速高精度振镜，然后聚焦形成直径小于10μm的光斑；④激光工艺设置上，根据要求的孔径大小，通过振镜加工软件编辑对应的孔大小，通过光束画圆的方式加工出满足尺寸要求的孔；⑤加工软件中圆的直径为要求的孔径尺寸—光斑大小。本发明应用于医疗塑料导管激光打孔工艺的技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械生产制造领域,特别涉及一种医疗塑料导管激光打孔工艺。
背景技术
导管在医疗行业的应用非常广泛，被作为一种辅助治疗设备，应用于许多方面，如：气管插管、脑室引流管、T型管、深静答脉置管、伤口引流管、导尿管、胃管/鼻饲管、静脉留置针、输液管等，如图 1 所示。
出于一些工艺要求，需要在导管上打孔，医疗导管开孔一般都是一些非常小的圆管，常见的导管材质有：硅胶材质、乳胶材质、塑料及TPE、FEP 等。导管本身的管径和厚度都比较小，大多导管的管径尺寸在 1 mm 以内，管壁厚度也不到 0.1mm，因此打孔的尺寸和精度要求也越来越高，有些导管打孔的孔径要求都在0.1mm 以内。同时由于在医疗行业应用，其工艺要求较高，所以打孔加工必须孔径准确，质量好，必须保证孔径圆滑无毛刺。传统的加工方式是使用机械钻头进行打孔，传统的机械钻头进行打孔存在以下几点不足：
1、机械钻头打孔，由于导管本身为塑料材质，刚性较差，容易出现跑钻现象，导致打出来的孔不够圆，即打孔位置和孔圆度变差，良率较低，达不到医疗使用的要求；
2、由于打孔孔径较小，对钻头的尺寸和材质要求较高，一个钻头能够加工的产品数量有限，需要的钻头耗材非常大，导致耗材成本高，同时加工一段时间后钻头磨损，导致孔尺寸精度发生变化，影响产品质量；
3、机械钻孔设备大多需要人工操作，成本高，效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种打孔位置精准、打孔速度非常快、孔圆度好的医疗塑料导管激光打孔工艺。
本发明所采用的技术方案是：本发明的医疗塑料导管激光打孔工艺所使用到的打孔系统包括紫外皮秒激光机、可调变倍扩束镜、光束整形器、反射镜片、高速高精度振镜、紫外远心透镜、同轴定位相机、精密运动平台，所述同轴定位相机设置在所述反射镜片的上方，所述精密运动平台的工装治具上装夹有医疗导管，所述医疗塑料导管激光打孔工艺包括如下步骤：
①启动所述紫外皮秒激光机，所述紫外皮秒激光机采用355nm波长紫外皮秒激光器；
②所述紫外皮秒激光机发出的激光经过所述可调变倍扩束镜进行扩束；
③经过扩束后的激光进入所述光束整形器进行光束整形，将高斯分布的圆形光斑转变成平顶分布的圆形光斑，保证能量分布在光斑面积范围内的均匀性和一致性；
④整形后的光束经过所述反射镜片反射后依次进入所述高速高精度振镜和所述紫外远心透镜，然后聚焦形成直径小于 10μm 的光斑；
⑤根据要求的孔径大小，通过所述高速高精度振镜加工软件编辑对应的孔大小，通过光束画圆的方式对所述医疗导管的一侧加工出满足尺寸要求的孔。
进一步，所述医疗塑料导管激光打孔工艺还包括如下步骤：⑥改变所述高速高精度振镜和所述紫外远心透镜的位置，改变激光的焦点，对所述医疗导管的另一侧对称位置打孔，由于激光聚焦后光斑足够小，从而可以使激光穿过已经打好的上层孔，直接进行对侧面孔的加工。
进一步，在步骤⑤中的加工软件中光束直径为要求的孔径尺寸减去光斑大小。
进一步，在步骤⑤中为了避免振镜运动过程在切孔圆起末点加减速造成的孔型圆度不好的问题，在圆内部增加引入线和引出线的设置，可以获得圆度极高的孔。
附图说明
图1是常见医疗塑料导管产品；
图2是光束整形器整形前后光斑能量分布对比图；
图3是医疗导管激光打孔系统组成示意图；
图4是切割打孔轨迹设置；
图5是对称孔加工过程；
图6是医疗导管激光打孔样品图一；
图7是医疗导管激光打孔样品图二。
具体实施方式
如图2至图6所示，在本实施例中，本发明方案采用激光对医疗导管进行打孔，激光打孔是利用激光束的高密度能量实现对物体进行穿孔。当激光束照射在物体表面时，由于激光的高频振荡和高能量特性，会导致物质表面的温度急剧升高，从而使其表面的材料蒸发熔化，这种加工过程持续时间非常短，打孔速度非常快，且没有毛刺。本发明的医疗塑料导管激光打孔工艺所使用到的打孔系统包括紫外皮秒激光机1、可调变倍扩束镜2、光束整形器3、反射镜片4、高速高精度振镜5、紫外远心透镜6、同轴定位相机7、精密运动平台8，所述同轴定位相机7设置在所述反射镜片4的上方，所述精密运动平台8的工装治具上装夹有医疗导管9。整体系统结构示意图如下图3所示。
医疗塑料导管激光打孔的具体工艺流程概述如下：
①激光器采用355nm 波长紫外皮秒激光器，355nm 波长容易被塑料所吸收，皮秒超短脉冲加工，热影响更小，加工质量更好。
②经过扩束和光束整形，将高斯分布的圆形光斑转变成平顶分布的圆形光斑，保证能量分布在光斑面积范围内的均匀性和一致性。如图 2所示。
③整形后的光束进入高速高精度振镜，然后聚焦形成直径小于 10μm 的光斑。
④激光工艺设置上，根据要求的孔径大小，通过振镜加工软件编辑对应的孔大小，通过光束画圆的方式加工出满足尺寸要求的孔。
⑤加工软件中圆的直径为要求的孔径尺寸—光斑大小。
举例说明：需要加工的孔径尺寸为 100μm，光斑大小为 10μm，则计算出加工图档中圆的直径为 100-10=90 μm。
⑥同时在具体设置上为了避免振镜运动过程，切孔圆起末点加减速造成的孔型圆度的问题，本发明创新性的采用元内部增加引入引出线设置，可以获得圆度极高的孔。引入引出线设置如下图4所示。
⑦医疗导管打孔还有在对称位置打孔的要求，即在孔一侧打了孔以后，需要在对称的另一面位置也需要进行打孔，通常的操作是打完一侧孔后，对导管进行 180°旋转后，再打另外一侧孔，但是这个操作带来了一些问题，一是因为管径通常较小，要求旋转机构的精度要足够高，才能保证两侧孔的位置精度；二是旋转工序增加了加工时间。本发明针对这个问题，采用一侧打孔后，变化激光的焦点，由于激光聚焦后光斑足够小，因此可以使激光穿过已经打好的上层孔，直接进行对侧面孔的加工，既保证了加工的精度，也提高了加工的效率，具体工序如下图 5 所示。
同时，在切割打孔过程中配置负压抽尘设备，对技工过程中的气化的材料进行抽离，获得孔壁光滑无毛刺的效果。
图 6 和图7为实际产品加工效果图，示例产品管径 0.5mm，管壁厚度为 0.02mm；加工孔尺寸要求为0.15-0.20mm，对称孔加工。采用本方面打孔工艺加工后一侧孔径为0.18mm，对侧孔径为 0.16mm，满足加工尺寸和精度要求。
本发明的有益效果：
1、采用紫外皮秒激光器，医疗塑料吸收率高，材料可以瞬间气化进行打孔加工，皮秒超短脉冲，激光能量控制更加精细，打孔加工效果好、质量高；
2、使用光束整形器，将高斯分布激光政行为均匀分布圆形光斑，以及采用引入引出线工艺设置，所得孔圆度高，打孔尺寸稳定性好。
3、对称孔加工创新性采用激光穿过一侧已经打好的孔，进行对侧孔加工，即保证了加工精度，也提高了加工效率。
4、使用本发明激光打孔工艺，可方便实现自动化加工，大大提高产品生产效率；
5、紫外激光对不同的塑料材质均可完成加工，工艺兼容性好；
6、较传统的机械钻孔，提高了生产效率，提升了产品质量和良率，无需钻头等耗材，长期使用成本更低。
虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。
Claims (4)
1.医疗塑料导管激光打孔工艺，其所使用到的打孔系统包括紫外皮秒激光机（1）、可调变倍扩束镜（2）、光束整形器（3）、反射镜片（4）、高速高精度振镜（5）、紫外远心透镜（6）、同轴定位相机（7）、精密运动平台（8），所述同轴定位相机（7）设置在所述反射镜片（4）的上方，所述精密运动平台（8）的工装治具上装夹有医疗导管（9），其特征在于：所述医疗塑料导管激光打孔工艺包括如下步骤：
①启动所述紫外皮秒激光机（1），所述紫外皮秒激光机（1）采用355nm波长紫外皮秒激光器；
②所述紫外皮秒激光机（1）发出的激光经过所述可调变倍扩束镜（2）进行扩束；
③经过扩束后的激光进入所述光束整形器（3）进行光束整形，将高斯分布的圆形光斑转变成平顶分布的圆形光斑，保证能量分布在光斑面积范围内的均匀性和一致性；
④整形后的光束经过所述反射镜片（4）反射后依次进入所述高速高精度振镜（5）和所述紫外远心透镜（6），然后聚焦形成直径小于 10μm 的光斑；
⑤根据要求的孔径大小，通过所述高速高精度振镜（5）加工软件编辑对应的孔大小，通过光束画圆的方式对所述医疗导管（9）的一侧加工出满足尺寸要求的孔。
2.根据权利要求1所述的医疗塑料导管激光打孔工艺，其特征在于：所述医疗塑料导管激光打孔工艺还包括如下步骤：⑥改变所述高速高精度振镜（5）和所述紫外远心透镜（6）的位置，改变激光的焦点，对所述医疗导管（9）的另一侧对称位置打孔，由于激光聚焦后光斑足够小，从而可以使激光穿过已经打好的上层孔，直接进行对侧面孔的加工。
3.根据权利要求1所述的医疗塑料导管激光打孔工艺，其特征在于：在步骤⑤中的加工软件中光束直径为要求的孔径尺寸减去光斑大小。
4.根据权利要求1所述的医疗塑料导管激光打孔工艺，其特征在于：在步骤⑤中为了避免振镜运动过程在切孔圆起末点加减速造成的孔型圆度不好的问题，在圆内部增加引入线和引出线的设置，可以获得圆度极高的孔。
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