光纤激光器在医疗设备焊接领域的应用

2022-12-18 05:04通快中国有限公司

文/通快（中国）有限公司

与传统技术相比，光纤激光器在光束质量、聚焦深度和参数动态调整性能方面的优势已得到充分认可。再加上电光转换效率、工艺通用性、可靠性和成本方面的优势，使得光纤激光器在医疗设备制造业（尤其在精细切割和微焊接）上应用水平不断提高。

在焊接应用中，100～1000W的中功率光纤激光器可以实现更好的操作自由度和加工过程控制。脉冲宽度可从几微秒到 CW 操作，脉冲重复率可达数万赫兹，从而为应用工程师提供了在广泛的应用中优化加工条件的能力。通过对加工条件的适当选择，光纤激光器可以在热传导、高能量密度激光匙孔和匙孔条件下进行焊接。

基于其整体的单模光纤结构，光纤激光器不会因为平均功率的改变而受到热透镜造成的焦点位置变化的影响，并且无需定期校准激光器腔体或进行组件维护，就能确保输出的稳定性。

激光焊接的突出优势

高质量的光束和由此产生的光斑尺寸控制，以及光纤激光器连续可调的平均功率设置，确保了焊接输出能量和聚焦位置的准确，并进行精准控制。这使得激光焊接可以非常接近焊接位置，如聚合物密封、玻璃与金属密封、电容部件和热敏电子电路的焊接。

激光焊接是一个与焊接部件零接触的过程，因此消除了由磨损的部件、接触的变形或污染所引发的潜在问题（部件的磨损以及解除过程中可能产生的变形和污染的问题）。

与常规焊接或钎焊不同，激光焊接可以完成高质量、高产出的密封焊缝（图1），这两者是制造高端植入式医疗设备的基本要求。

图1 加工过程控制和密封焊缝质量的焊接实例

除了确保焊接的美观之外，光滑和无孔隙的表面处理技术使高压灭菌得以可靠地进行，见图2。

图2 激光焊缝 0.15mm 厚不锈钢的表面质量

TruFiber P 紧凑型光纤激光器系列（图3）的设计是为了利用以下独特的性能特点，为精密微焊接应用提供可靠的加工过程控制和灵活性。

图3 TruFiber P 紧凑型光纤激光器

TruFiber P紧凑型系列的激光驱动和冷却平台的精心设计，使其在连续工作或调制工作中能够提供可靠的输出功率稳定性。

输出功率的稳定性通常可以达到＜1%，对于设备制造计量，这些激光器的加工过程功率输出可以通过配备的FiberView控制软件的内部参数数据记录功能进行连续记录。

根据焊接应用的类型，在更均匀的能量空间分布内，无论是标准单模的高斯模式轮廓，还是更大光斑尺寸的多模光束，都能提供更好的焊接轮廓。

TruFiber P紧凑型激光器系列为加工工程师提供了高功率密度和深度的单模光束传输选项，以及50µm或 100µm芯径传输光纤的多模光束选项。100µm光纤适用于生产具有高深宽比的焊接需求。而50µm光纤的光束质量更高（M2=6.5），可以实现平滑顶部焊缝的精细焊接应用，但仍需要合理的穿透深度。

TruFiber P 紧凑型激光器的标准操作范围是额定功率的10%～100%。大于500W的 TruFiber激光器上的低功率模式功能，可以使激光器切换到30～300W的超低连续功率下工作，使用户能够获得广泛的加工参数。

例如，利用这一功能，一台激光器就可以实现从细线焊接所需的极低功率到设备外壳的密封焊接所需的高功率要求。此外，该激光器能够以调制的波形进行操作，允许对平均激光功率进行额外的控制。

Simmer 模式下的脉冲波形均衡，当激光器在非触发期期后被脉冲时，部分泵浦激光功率会被消耗，以提高激光器的反转率，使其达到再次开启工作的阈值水平。这导致第一个脉冲的开启延迟时间增加，并导致泵浦输入功率和激光输出功率之间的比例损失。

TruFiber P 紧凑型激光器的模拟模式功能允许用户设置合适的泵浦偏压，以保证激光器刚好低于阈值。这可以确保第一个脉冲的开启延迟时间降到最低，并且第一个脉冲的能量与后续脉冲的能量是相当的。

在许多微焊接应用中，对时间脉冲形状的精确控制是一个关键要求。在光纤激光器中，光学输出响应与电驱动信号成高度线性关系。

TruFiber P紧凑型激光器系列的组成部分是一个高速脉冲发生器，它与FiberView用户操作界面及其图形化的脉冲编辑器相结合，可以对激光器的时间脉冲形状进行全方位控制。

该激光器的参数设置功能可以将这些脉冲参数存储在激光器内，用于软件或实时的硬件选择控制。

凭借 50kHz的数字控制带宽，加上上述的模拟模式功能，TruFiber P紧凑型激光器具有独特的脉冲形状优化能力。

与传统技术设备相比，通快 TruFiber P紧凑型光纤激光器在医疗设备焊接应用领域具有显著优势。TruFiber系列激光器在许多应用中都是理想的解决方案，成熟的技术使其在高端制造应用行业能够得到可靠性和高质量保证。