光化学蚀刻在医疗器械中的应用

文摘   2024-05-23 15:10   上海  
今天介绍一种MedTech领域相对少见而在国外已经普遍的金属加工工艺-光化学蚀刻,这是一种类似半导体的光刻技术,归属在化学蚀刻范畴里的一种工艺。该工艺使用光刻胶蚀刻液精确地去除选定区域的材料,从而生产样式复杂且无毛刺的薄金属板零件,而这种薄和复杂是传统工艺无法加工的或者有较大难度加工的。
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该工艺起源于上世纪60年代,是PCB行业的一个工艺分支,现在这个工艺也依然在PCB行业发挥着作用,另外区别于传统的CNC和冲压工艺,该工艺对材料不会产生机械和热应力,这种特点为加工那些敏感材料提供了一个非常友好的加工工艺选项,如用于可降解支架的镁铝合金等。

光化学蚀刻的优势

相较于传统加工方法,光化学蚀刻在医疗器械零部件的制造方面有很多优势,其高精度、可处理复杂几何设计、成本低以及无毛刺的特性使其成为某些疑难料件的理想工艺选择。

  • 首先,光化学蚀刻可确保零件达到高精度和小公差的苛刻要求,这在某些精密医疗部件来说非常重要。

  • 其次,它可以处理复杂的几何设计,而传统的工艺无法处理起来有难度、或者成本很高。

  • 此外,它可以处理很多金属材料,当然也包括那些生物相容性的金属材料。

传统金属加工的不足

针对薄壁的金属成型,传统生产工艺有冲压和激光切割,但这两个传统的工艺也有不足之处,以下对两种工艺的不足之处加以说明。

  1. 1.    冲压成型

毛刺和变形: 冲压成型过程中,可能会在零件边缘产生毛刺,也可能导致零件本身出现变形(形状或尺寸的改变)。这样的缺陷和不足需要后道工序进行修正,增加了成本以及生产时间。

难于处理小尺寸材料:小尺寸材料在冲压成型过程中定位和操作更难,需要特殊的夹具或送料方式来确保材料的精准定位和防止变形。
  1. 2.    激光切割技术

熔渣:激光切割过程中,由于材料的高温熔化,可能会在切口边缘产生熔渣。

变形: 激光切割产生的热量可能会导致受热材料的周围发生轻微变形,尤其是在切割薄材料时这个变形更加明显。

生产步骤
以下对光化学蚀刻的生产步骤做一句话的介绍,整个步骤用人话讲可以大致可以用冲洗照片来打比方,但工艺中每个步骤的注意要点就不做细致的展开。

  • 下料以及基材精洗。去除表面的氧化物、油脂等杂质。

  • 涂覆光刻胶。光刻胶可以通过覆膜和淋膜的方式附着在金属表面。

  • 曝光。覆膜后在准直UV光下曝光

  • 显影。曝光后进行显影步骤,洗去希望蚀刻区域的光刻胶

  • 蚀刻。在蚀刻液的作用下,蚀刻掉多余的金属材料

  • 剩下的就是料件剥离、清洗检验包装入库出货等步骤,不做赘述。

以下是光化学蚀刻步骤的视频讲解。

可蚀刻的基材

许多金属都可以应用光化学蚀刻,但对于医疗应用来说,不锈钢是最常用的一种材料,其他常用金属还有铍、铜、磷青铜、钛合金、镍钛合金以及钴铬合金等,另外该工艺处理的基材厚度大概在1条到半个毫米范围内,即大概为0.015mm至0.500 mm

光化学刻蚀应用在哪些医疗器械上

光化学蚀刻工艺由于其处理高精度、复杂几何形状的能力、材料兼容性以及无毛刺等特性,在医疗领域具有广泛的应用,例如:颅内植入金属网、微流控芯片、手术过滤器和筛网、金属物体定位X射线栅格、CT和MRI 机器组件、血管支架和植入物、关节镜手术辅助器械、心脏瓣膜、极细导管、眼科手术刀片、助听器的钛膜和微接触弹簧等。

总之,光化学蚀刻工艺是制造医疗器械组件的一项卓越技术,其能够提供高精度、处理复杂几何形状、确保材料兼容性,同时还具有成本效益和无毛刺等优点,这些特性让其在某些高端医疗器械生产制造中占据一席之地。(完)

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