초고속 레이저는 어떻게 의료기기의 정밀 가공을 구현하는가?

코로나19 팬데믹으로 인해 의료 치료, 의약품 및 의료 용품에 대한 수요가 급증했습니다. 마스크, 해열제, 항원 검출 시약, 산소포화도 측정기, CT 필름 및 기타 관련 의약품과 의료 장비에 대한 수요는 앞으로도 지속될 것으로 예상됩니다. 생명은 무엇과도 바꿀 수 없으며, 사람들은 의료 치료에 아낌없이 투자하려는 의지를 보이고 있습니다. 이러한 추세는 수억 달러 규모의 의료 시장을 형성했습니다.

초고속 레이저로 의료기기의 정밀 가공 구현

초고속 레이저는 출력 펄스 폭이 10⁻¹² 이하인 펄스 레이저를 말합니다. 초고속 레이저는 극도로 좁은 펄스 폭과 높은 에너지 밀도를 통해 기존 공정에서는 구현하기 어려웠던 고해상도, 정밀 가공, 날카로운 형상, 경질 가공 등의 난제들을 해결할 수 있습니다. 초고속 레이저는 생명공학, 항공우주 등 다양한 산업 분야의 정밀 가공에 널리 활용되고 있습니다.

의료용 레이저 용접의 주요 난점은 이종 재료 용접의 어려움, 즉 재료의 융점, 열팽창 계수, 열전도율, 비열 용량 및 재료 구조의 차이에 있습니다. 이 제품은 소형의 정밀한 크기와 높은 정밀도를 요구하며, 고배율의 보조 시야가 필요합니다.

의료용 레이저 절단의 주요 문제점은 초박형 소재(일반적으로 두께 0.2mm 미만) 절단 시 소재 변형이 쉽고, 열 영향 영역이 너무 크며, 절단면이 심하게 탄화된다는 점입니다. 또한, 버(burr) 발생, 절단 간격 확대, 정밀도 저하 등의 문제가 있습니다. 생분해성 소재는 열융점이 낮아 온도에 민감하고, 취성 소재는 절단 시 파편 발생, 표면 미세 균열, 잔류 응력 문제 등이 발생하기 쉬워 완제품 수율이 낮습니다.

재료 가공 산업에서 초고속 레이저는 높은 정밀도와 극히 작은 열영향부를 구현할 수 있어 절단, 드릴링, 재료 제거, 포토리소그래피 등 열에 민감한 재료 가공에 유리합니다. 또한 취성이 강한 투명 재료, 초경질 재료, 귀금속 등의 가공에도 적합합니다. 마이크로 메스, 핀셋, 미세 다공성 필터와 같은 의료 기기 분야에서는 초고속 레이저를 이용한 정밀 절단이 가능합니다. 초고속 레이저를 이용한 유리 절단은 의료 기기에 사용되는 유리판, 렌즈, 미세 다공성 유리 등에 적용할 수 있습니다.

중재적 및 최소 침습적 기기는 치료 속도를 높이고 환자의 고통을 줄이며 치유를 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 이러한 기기와 부품을 기존 기술로 가공하는 것은 점점 더 어려워지고 있습니다. 이러한 기기는 인체 혈관과 같은 미세 조직을 통과할 수 있을 만큼 작아야 하고, 복잡한 시술을 수행해야 하며, 안전 및 품질 요구 사항을 충족해야 할 뿐만 아니라, 복잡한 구조, 얇은 벽, 반복적인 클램핑, 매우 높은 표면 품질 요구 사항, 그리고 높은 수준의 자동화가 요구되는 것이 공통적인 특징입니다. 대표적인 예로 심장 스텐트가 있는데, 이는 매우 높은 가공 정밀도를 요구하며 오랫동안 고가의 제품으로 사용되어 왔습니다.

심장 스텐트는 벽 두께가 매우 얇기 때문에 기존의 기계식 절단 방식을 레이저 가공으로 대체하는 사례가 점차 늘어나고 있습니다. 레이저 가공은 선호되는 방식이 되었지만, 기존의 절삭 용융 방식의 레이저 가공은 버(burr), 불균일한 홈 폭, 심각한 표면 손상, 불규칙한 리브 폭 등의 문제를 야기할 수 있었습니다. 다행히 피코초 및 펨토초 레이저의 등장으로 심장 스텐트 가공 기술이 크게 향상되어 탁월한 결과를 얻을 수 있게 되었습니다.

의료 미용 분야에서 초고속 레이저의 응용

레이저 기술과 의료 서비스의 완벽한 통합은 의료기기 산업의 지속적인 발전을 이끌고 있습니다. 초고속 레이저 기술은 의료기기, 의료 서비스, 바이오 의약품 등 첨단 기술 분야에서 광범위하게 활용되며 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 나아가 초고속 레이저는 환자의 삶의 질을 향상시키기 위해 인체 의학 분야에 직접적으로 점점 더 많이 적용되고 있습니다. 응용 분야 측면에서 초고속 레이저는 안과 수술, 피부 재생, 문신 제거, 제모와 같은 레이저 미용 시술을 포함한 생물 의학 분야를 선도할 것으로 예상됩니다.

레이저 기술은 오랫동안 의료 미용 및 외과 분야에서 널리 사용되어 왔습니다. 과거에는 근시 교정 수술에는 엑시머 레이저가, 기미 제거에는 CO2 프랙셔널 레이저가 주로 사용되었습니다. 그러나 초고속 레이저의 등장으로 이 분야는 급속도로 변화했습니다. 펨토초 레이저 수술은 다양한 교정 수술 중에서도 근시 치료의 주류 방법으로 자리 잡았으며, 높은 수술 정확도, 최소한의 통증, 탁월한 수술 후 시력 개선 효과 등 기존 엑시머 레이저 수술에 비해 여러 가지 장점을 제공합니다.

또한, 초고속 레이저는 색소, 점, 문신 제거, 피부 노화 개선 및 피부 재생 유지에 사용됩니다. 의료 분야, 특히 임상 수술 및 최소 침습 수술 분야에서 초고속 레이저의 미래 전망은 매우 밝습니다. 칼로는 제거하기 어려운 괴사 조직 및 유해 세포와 조직을 정밀하게 제거하는 데 레이저 나이프를 사용하는 것은 이 기술의 잠재력을 보여주는 한 예입니다.

TEYU 초고속 레이저 냉각기 CWUP 시리즈는 ±0.1°C의 온도 제어 정밀도와 800W~3200W의 냉각 용량을 갖추고 있습니다. 10W~40W 의료용 초고속 레이저를 냉각하는 데 사용할 수 있으며, 장비 효율을 향상시키고 수명을 연장하여 의료 분야에서 초고속 레이저의 활용을 촉진합니다.

결론

의료 분야에서 초고속 레이저의 시장 적용은 이제 막 시작 단계이며, 향후 발전 가능성이 매우 큽니다.