초고속 레이저로 의료장비의 정밀 가공을 실현하는 방법은?

코로나19 팬데믹으로 인해 의료, 의약품, 의료용품에 대한 수요가 급증했습니다. 마스크, 해열제, 항원 검출 시약, 산소포화도 측정기, CT 필름, 기타 관련 의약품 및 의료 장비에 대한 수요는 지속될 것으로 예상됩니다. 생명은 소중하며 사람들은 의료 서비스에 기꺼이 돈을 쓰려고 하며, 이로 인해 수억 달러 규모의 의료 시장이 형성되었습니다.

초고속 레이저로 의료기기 정밀 가공 실현

초고속 레이저는 출력 펄스 폭이 10⁻¹² 또는 피코초(picosecond) 미만인 펄스 레이저를 말합니다. 초고속 레이저는 매우 좁은 펄스 폭과 높은 에너지 밀도를 통해 기존 가공 방식(고도, 미세, 날카로움, 단단함, 난해함 등)의 난제를 해결할 수 있습니다. 초고속 레이저는 생체 의학, 항공우주 및 기타 산업 분야의 정밀 가공에 널리 적용됩니다.

의료용 레이저 용접의 가장 큰 어려움은 이종 재료 용접의 어려움, 녹는점, 팽창 계수, 열전도도, 비열, 그리고 이종 재료의 구조 차이에 있습니다. 이 제품은 크기가 작고 정밀해야 하며, 높은 정밀도가 요구되며, 보조 고배율 시야가 필요합니다.

의료용 레이저 절단의 주요 문제점은 초박형 소재(일반적으로 두께 <0.2mm) 절단 시 소재가 쉽게 변형되고, 열 영향 영역이 너무 크며, 가장자리가 심하게 탄화된다는 점입니다. 또한, 버(burr)가 발생하고 절단 간격이 크며, 정밀도가 낮습니다. 생분해성 소재는 열융점이 낮고 온도에 민감합니다. 취성 소재를 절단할 경우, 표면에 미세 균열이 발생하고 잔류 응력이 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 일부 재료 가공에 유리합니다. 또한 취성 투명 재료, 초경 재료, 귀금속 등의 가공에도 적합합니다. 마이크로 메스, 핀셋, 미세 다공성 필터와 같은 일부 의료 분야에서는 초고속 레이저 정밀 절단이 가능합니다. 초고속 레이저 유리 절단은 일부 의료 기기에 사용되는 유리판, 렌즈, 미세 다공성 유리에 적용될 수 있습니다.

치료 속도 향상, 환자 고통 감소, 치유 촉진에 있어 중재적 및 최소 침습적 기기의 역할은 결코 과소평가될 수 없습니다. 그러나 이러한 기기와 부품을 전통적인 기술로 가공하는 것은 점점 더 어려워지고 있습니다. 혈관과 같은 섬세한 조직을 통과하고 복잡한 시술을 수행할 수 있을 만큼 작을 뿐만 아니라, 안전 및 품질 요건을 충족합니다. 이러한 유형의 기기는 복잡한 구조, 얇은 벽, 반복적인 클램핑, 매우 높은 표면 품질 요건, 그리고 높은 자동화 요구라는 공통적인 특징을 가지고 있습니다. 대표적인 사례로, 가공 정밀도가 매우 높고 오랫동안 고가였던 심장 스텐트가 있습니다.

심장 스텐트의 튜브 벽이 매우 얇기 때문에, 기존의 기계적 절단을 대체하기 위해 레이저 가공이 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 레이저 가공이 선호되는 방법이 되었지만, 절제 용융을 통한 일반적인 레이저 가공은 버(burr), 홈 폭 불균일, 심각한 표면 절제, 그리고 늑골 폭 불균일과 같은 일련의 문제를 야기할 수 있습니다. 다행히 피코초와 펨토초 레이저의 등장으로 심장 스텐트 가공이 크게 개선되어 우수한 결과를 얻을 수 있었습니다.

의료 미용 분야에서 초고속 레이저의 적용

레이저 기술과 의료 서비스의 완벽한 통합은 의료기기 산업의 지속적인 발전을 이끌고 있습니다. 초고속 레이저 기술은 의료기기, 의료 서비스, 바이오 의약품, 의약품 등 첨단 기술 분야에서 광범위하게 활용되어 중추적인 역할을 하고 있습니다. 더욱이, 초고속 레이저는 환자의 삶을 향상시키기 위해 인체 의학 분야에 직접적으로 활용되는 사례가 점차 늘어나고 있습니다. 응용 분야 측면에서도 초고속 레이저는 안과 수술, 피부 재생, 문신 제거, 제모와 같은 레이저 미용 시술을 포함한 바이오 의학 분야를 선도할 것으로 예상됩니다.

레이저 기술은 오랫동안 의료 미용 및 수술 분야에서 널리 사용되어 왔습니다. 과거에는 근시 수술에는 엑시머 레이저 기술이, 기미 제거에는 CO2 프랙셔널 레이저가 주로 사용되었습니다. 그러나 초고속 레이저의 등장으로 이 분야는 빠르게 변모했습니다. 펨토초 레이저 수술은 여러 교정 수술 중에서도 근시 치료의 주류로 자리 잡았으며, 기존 엑시머 레이저 수술에 비해 높은 수술 정확도, 최소한의 불편함, 그리고 뛰어난 수술 후 시각적 효과 등 여러 장점을 제공합니다.

또한, 초고속 레이저는 색소, 선천적 점, 문신 제거, 피부 노화 개선, 피부 재생 유지에 사용됩니다. 의료 분야에서 초고속 레이저의 미래 전망은 밝으며, 특히 임상 수술과 최소 침습 수술 분야에서 더욱 그렇습니다. 칼로 수동으로 제거하기 어려운 괴사되거나 유해한 세포와 ​​조직을 정밀하게 제거하는 데 레이저 나이프를 사용하는 것은 이 기술의 잠재력을 보여주는 한 가지 예일 뿐입니다.

TEYU 초고속 레이저 냉각기 CWUP 시리즈는 ±0.1°C의 온도 제어 정확도와 800W~3200W의 냉각 용량을 제공합니다. 10W~40W 의료용 초고속 레이저 냉각에 사용 가능하며, 장비 효율 향상 및 수명 연장을 통해 의료 분야에서 초고속 레이저의 적용을 확대합니다.

결론

초고속 레이저가 의료 분야에 본격적으로 적용되기 시작한 것은 이제 막 시작일 뿐이며, 앞으로 더욱 발전할 잠재력이 매우 큽니다.