光纖激光器在醫(yī)療設(shè)備焊接領(lǐng)域的應(yīng)用

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，光纖激光器在光束質(zhì)量、聚焦深度和參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整性能方面的優(yōu)勢(shì)已得到充分認(rèn)可。再加上電光轉(zhuǎn)換效率、工藝通用性、可靠性和成本方面的優(yōu)勢(shì)，使得光纖激光器在醫(yī)療設(shè)備制造業(yè)（尤其在精細(xì)切割和微焊接）上應(yīng)用水平不斷提高。在焊接應(yīng)用中，100～1000W的中功率光纖激光器可以實(shí)現(xiàn)更好的操作自由度和加工過(guò)程控制。脈沖寬度可從幾微秒到CW操作，脈沖重復(fù)率可達(dá)數(shù)萬(wàn)赫茲，從而為應(yīng)用工程師提供了在廣泛的應(yīng)用中優(yōu)化加工條件的能力。通過(guò)對(duì)加工條件的適當(dāng)選擇，光纖激光器可以在熱傳導(dǎo)、高能量密度激光匙孔和匙孔條件下進(jìn)行焊接?；谄湔w的單模光纖結(jié)構(gòu)，光纖激光器不會(huì)因?yàn)槠骄β实母淖兌艿綗嵬哥R造成的焦點(diǎn)位置變化的影響，并且無(wú)需定期校準(zhǔn)激光器腔體或進(jìn)行組件維護(hù)，就能確保輸出的穩(wěn)定性。激光焊接的突出優(yōu)勢(shì)精準(zhǔn)控制加工過(guò)程高質(zhì)量的光束和由此產(chǎn)生的光斑尺寸控制，以及光纖激光器連續(xù)可調(diào)的平均功率設(shè)置，確保了焊接輸出能量和聚焦位置的準(zhǔn)確，并進(jìn)行精準(zhǔn)控制。這使得激光焊接可以非常接近焊接位置，如聚合物密封、玻璃與金屬密封、電容部件和熱敏電子電路的焊接。加工過(guò)程的可重復(fù)性激光焊接是一個(gè)與焊接部件零接觸的過(guò)程，因此消除了由磨損的部件、接觸的變形或污染所引發(fā)的潛在問(wèn)題（部件的磨損以及解除過(guò)程中可能產(chǎn)生的變形和污染的問(wèn)題）。高質(zhì)量的密封焊縫技術(shù)與常規(guī)焊接或釬焊不同，激光焊接可以完成高質(zhì)量、高產(chǎn)出的密封焊縫（圖1），這兩者是制造高端植入式醫(yī)療設(shè)備的基本要求。圖1加工過(guò)程控制和密封焊縫質(zhì)量的焊接實(shí)例可靠的表面處理技術(shù)除了確保焊接的美觀之外，光滑和無(wú)孔隙的表面處理技術(shù)使高壓滅菌得以可靠地進(jìn)行，見(jiàn)圖2。圖2激光焊縫0.15mm厚不銹鋼的表面質(zhì)量通快TruFiberP緊湊型光纖激光器TruFiberP緊湊型光纖激光器系列（圖3）的設(shè)計(jì)是為了利用以下獨(dú)特的性能特點(diǎn)，為精密微焊接應(yīng)用提供可靠的加工過(guò)程控制和靈活性。圖3TruFiberP緊湊型光纖激光器閉環(huán)功率控制TruFiberP緊湊型系列的激光驅(qū)動(dòng)和冷卻平臺(tái)的精心設(shè)計(jì)，使其在連續(xù)工作或調(diào)制工作中能夠提供可靠的輸出功率穩(wěn)定性。輸出功率的穩(wěn)定性通?？梢赃_(dá)到＜1%，對(duì)于設(shè)備制造計(jì)量，這些激光器的加工過(guò)程功率輸出可以通過(guò)配備的FiberView控制軟件的內(nèi)部參數(shù)數(shù)據(jù)記錄功能進(jìn)行連續(xù)記錄。光束輪廓的選擇根據(jù)焊接應(yīng)用的類(lèi)型，在更均勻的能量空間分布內(nèi)，無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)單模的高斯模式輪廓，還是更大光斑尺寸的多模光束，都能提供更好的焊接輪廓。TruFiberP緊湊型激光器系列為加工工程師提供了高功率密度和深度的單模光束傳輸選項(xiàng)，以及50μm或100μm芯徑傳輸光纖的多模光束選項(xiàng)。100μm光纖適用于生產(chǎn)具有高深寬比的焊接需求。而50μm光纖的光束質(zhì)量更高（M2=6.5），可以實(shí)現(xiàn)平滑頂部焊縫的精細(xì)焊接應(yīng)用，但仍需要合理的穿透深度。采用低功率模式延伸性能范圍TruFiberP緊湊型激光器的標(biāo)準(zhǔn)操作范圍是額定功率的10%～100%。大于500W的TruFiber激光器上的低功率模式功能，可以使激光器切換到30～300W的超低連續(xù)功率下工作，使用戶(hù)能夠獲得廣泛的加工參數(shù)。例如，利用這一功能，一臺(tái)激光器就可以實(shí)現(xiàn)從細(xì)線焊接所需的極低功率到設(shè)備外殼的密封焊接所需的高功率要求。此外，該激光器能夠以調(diào)制的波形進(jìn)行操作，允許對(duì)平均激光功率進(jìn)行額外的控制。Simmer模式下的脈沖波形均衡，當(dāng)激光器在非觸發(fā)期期后被脈沖時(shí)，部分泵浦激光功率會(huì)被消耗，以提高激光器的反轉(zhuǎn)率，使其達(dá)到再次開(kāi)啟工作的閾值水平。這導(dǎo)致第一個(gè)脈沖的開(kāi)啟延遲時(shí)間增加，并導(dǎo)致泵浦輸入功率和激光輸出功率之間的比例損失。TruFiberP緊湊型激光器的模擬模式功能允許用戶(hù)設(shè)置合適的泵浦偏壓，以保證激光器剛好低于閾值。這可以確保第一個(gè)脈沖的開(kāi)啟延遲時(shí)間降到最低，并且第一個(gè)脈沖的能量與后續(xù)脈沖的能量是相當(dāng)?shù)摹iberView參數(shù)設(shè)置功能優(yōu)化脈沖形狀在許多微焊接應(yīng)用中，對(duì)時(shí)間脈沖形狀的精確控制是一個(gè)關(guān)鍵要求。在光纖激光器中，光學(xué)輸出響應(yīng)與電驅(qū)動(dòng)信號(hào)成高度線性關(guān)系。TruFiberP緊湊型激光器系列的組成部分是一個(gè)高速脈沖發(fā)生器，它與FiberView用戶(hù)操作界面及其圖形化的脈沖編輯器相結(jié)合，可以對(duì)激光器的時(shí)間脈沖形狀進(jìn)行全方位控制。該激光器的參數(shù)設(shè)置功能可以將這些脈沖參數(shù)存儲(chǔ)在激光器內(nèi)，用于軟件或?qū)崟r(shí)的硬件選擇控制。憑借50kHz的數(shù)字控制帶寬，加上上述的模擬模式功能，TruFiberP緊湊型激光器具有獨(dú)特的脈沖形狀優(yōu)化能力。結(jié)束語(yǔ)與傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)備相比