Новости
Фемтосекундные лазеры в производстве систем CGM: движущая сила следующей революции в непрерывном
На фоне роста заболеваемости диабетом во всем мире системы непрерывного мониторинга уровня глюкозы (CGM) стали одним из наиболее динамично развивающихся сегментов рынка медицинских изделий.
В основе любой системы CGM лежит микроинвазивный электрод — сложная композитная структура, состоящая из гибких полимерных подложек (например, полиимида или ПЭТ)
и токопроводящих слоев из драгоценных металлов (золота, платины) или углерода.
Производство таких электродов-сенсоров требует высочайшей точности, безупречного качества кромок и полного отсутствия термических повреждений.
1. Сложности микрообработки при производстве сенсоров CGM
Электроды CGM должны обладать биосовместимостью и обеспечивать стабильные электрохимические измерения в течение 7–14 и более дней. Ключевые производственные задачи включают:
Работа с многослойными композитами: обработка микротонких слоев драгоценных металлов на гибких полимерных пленках без риска расслоения или отслоения материалов.
Сложная микрогеометрия: наконечники электродов имеют субмиллиметровые размеры (ширина 0,2–0,5 мм), что требует выполнения сложной контурной резки без искажения краев.
Строгие требования к биосовместимости: на кромках среза не должно быть следов обугливания, токсичных побочных продуктов или заусенцев, способных вызвать воспаление тканей или дрейф сигнала.
Ограничения традиционных методов резки
Механическая штамповка: вызывает напряжения на кромках, расслоение пленки и быстрый износ инструмента; не обеспечивает гибкости при создании изделий сложной формы.
Наносекундные лазеры: значительная тепловая диффузия приводит к обугливанию подложки, оплавлению краев и ухудшению биосовместимости.
Пикосекундные лазеры: несмотря на значительное превосходство над наносекундными системами, тепловое воздействие на микроуровне все же создает риск отслоения слоев золота или платины в зонах контакта материалов.
2. Принцип действия и преимущества фемтосекундной «холодной обработки»
В отличие от процессов, основанных на термическом плавлении, фемтосекундные лазеры работают по принципу нетермической фотоабляции.
Поскольку длительность лазерного импульса (100–500 фс) меньше времени электрон-фононной тепловой релаксации материала, энергия импульса переводит материал в состояние плазмы до того,
как тепло успеет распространиться на окружающие слои.
Традиционная термическая обработка:
Энергия лазера ➔ Накопление тепла ➔ Плавление/испарение ➔ Зона термического влияния (ЗТВ), заусенцы и обугливание
Фемтосекундная «холодная» обработка:
Сверхкороткий импульс ➔ Пиковая мощность порядка гигаватт ➔ Многофотонная ионизация ➔ Плазменная абляция (практически полное отсутствие нагрева)
Ключевые технические преимущества
Зона термического влияния (ЗТВ) практически отсутствует (≤1–2 мкм): исключается обугливание и изменение цвета краев полиимида (PI).
Бесшовная обработка разнородных материалов: одновременное испарение металлов и полимеров без отслоения краев или образования заусенцев.
Субмикронная точность: обеспечивает малую ширину реза (10–15 мкм) и жесткие допуски (±1–2 мкм).
Отсутствие необходимости в постобработке: получение гладких краев без заусенцев непосредственно после обработки, что исключает химическую или механическую очистку.
3. Основные сценарии применения в производстве CGM-систем
Профильная резка электродов: чистый контурный рез игл электродов без заусенцев снижает болевые ощущения у пациента при введении и повышает стабильность работы датчика.
Микроструктурирование токопроводящего слоя: селективная абляция субмикронных металлических слоев для создания изолированных электрических каналов с разрешением 10 мкм (ширина линии / зазор).
Абляция изоляционного слоя: прецизионное удаление защитных покрытий (например, парилена, PI) для открытия микроокон реакции, необходимых для иммобилизации глюкозооксидазы.
Автоматизированная интеграция в техпроцесс «рулон-в-рулон» (R2R): бесшовная интеграция с системами подачи материала из рулона и оптического позиционирования (CCD) для непрерывного высокоскоростного массового производства.
4. Сравнение технологий: фемтосекундная, пикосекундная и наносекундная лазерная обработка
| Технические характеристики / Рабочие показатели | Наносекундный лазер | Пикосекундный лазер | Фемтосекундный лазер |
| Длительность импульса | 1 - 100ns | 1 - 10ps | 100 - 500fs |
| Зона термического влияния (ЗТВ) | > 20 мкм (карбонизация) | 5–10 мкм (незначительный след термического воздействия) | ≤1–2 мкм (без термического повреждения) |
| Качество реза кромки | Шлак, окалина, заусенцы | Чистая поверхность, минимальный грат | Зеркально-гладкая поверхность, полное отсутствие заусенцев |
| Риск отслоения покрытия | Высокий | Умеренный | Чрезвычайно низкий |
| Точность позиционирования | ±10мкм | ±3 - 5мкм | ±1 - 2мкм |
| Общий уровень доходности (CGM) | < 75% | 85% - 92% | > 98% |
5. Промышленные тенденции, определяющие будущее лазеров CGM
Для удовлетворения спроса на более высокую производительность и снижение себестоимости продукции быстро развиваются фемтосекундные лазерные системы:
Мощные лазеры и импульсный режим: Сочетание фемтосекундных источников мощностью 50 Вт с импульсным режимом на частоте ГГц увеличивает скорость удаления материала без накопления тепла, сокращая время цикла до уровня менее секунды.
УФ-фемтосекундные лазеры: Более короткие длины волн (343 нм) обеспечивают более высокое поглощение фотонов в полимерах, что приводит к еще меньшим фокусным пятнам и более высокой разрешающей способности элементов.
Полная автоматизация рулонной обработки (R2R): Переход от обработки листовым материалом к полностью автоматизированным рулонным линиям, интегрирующим лазерную резку,
визуальный контроль с помощью AOI и нанесение покрытий в режиме реального времени.
Визуальный контроль с использованием ИИ и замкнутый контур управления: Выравнивание в реальном времени с помощью ИИ компенсирует деформацию гибкого материала,
а оптическая эмиссионная спектроскопия динамически контролирует глубину абляции.
Заключение
Фемтосекундная лазерная микрообработка превратилась из передовой лабораторной технологии в важнейший отраслевой стандарт для производства высококачественных электродов для систем непрерывного мониторинга глюкозы.
Благодаря практически нулевому тепловому повреждению, субмикронной точности и выходу годной продукции, превышающему 98%, сверхбыстрые лазеры позволяют производителям медицинских изделий расширять границы возможностей продукции,
одновременно снижая общие производственные затраты.
-
Sep 21, 2026УФ-лазерная резка пикосекундными импульсами: революционное решение для прецизионной обработки графитовых листов
-
Sep 15, 2026Пикосекундные и фемтосекундные лазеры: будущее маркировки UDI и микрообработки при производстве
-
Sep 11, 2026Прецизионное микросверление керамических и ферритовых индуктивных компонентов: преимущества «
-
Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при работе с лазерным маркиратором?
1. Категорически запрещается включать блок питания лазера и блок питания с модуляцией добротности без воды или при нарушении циркуляции воды.
2. Блок питания с модуляцией добротности не должен работать без нагрузки (т.е. выходной контакт блока питания с модуляцией добротности должен быть оставлен плавающим).
3. В случае возникновения каких-либо ненормальных явлений сначала выключите гальванометр и выключатель с ключом, а затем проведите проверку.
4. Запрещается включать другие компоненты до включения криптоновой лампы во избежание попадания высокого напряжения и повреждения компонентов.
5. Следите за тем, чтобы выходной контакт (анод) блока питания лазера оставался подвешенным во избежание искрения и пробоя другими электроприборами.
6. Поддерживайте чистоту внутренней циркулирующей воды. Регулярно очищайте резервуар для воды и заполняйте его чистой деионизированной или чистой водой.
-
Что делать, если интенсивность лазерного луча снизилась и маркировка стала недостаточно четкой?
1. Выключите аппарат и проверьте, изменился ли лазерный резонатор; отрегулируйте линзу резонатора. Добейтесь наилучшего светового пятна на выходе;
2. Акустооптический кристалл смещен или выходная энергия акустооптического источника питания слишком низкая;
Отрегулируйте положение аудиовизуального кристалла или увеличьте рабочий ток аудиовизуального источника питания;
3. Лазерный луч, попадающий в гальванометр, отклоняется от центра: отрегулируйте лазер;
4. Если ток отрегулирован примерно на 20 А, но светочувствительность по-прежнему недостаточна: криптоновая лампа стареет. Замените ее на новую.
-
Как обслуживать станок для УФ-лазерной резки?
1. Необходимо регулярно проводить уборку ежедневно, удаляя мусор со столешницы, ограничителей и направляющих, а также смазывая направляющие смазочным маслом.
2. Необходимо регулярно очищать контейнер для сбора отходов, чтобы предотвратить засорение выпускного отверстия излишками отходов.
3. Очищайте чиллер каждые 15 дней, сливая всю воду из него и заполняя его чистой водой.
4. Отражатель и фокусирующую линзу следует протирать специальным чистящим раствором каждые 6–8 часов.
При протирке используйте ватный диск или ватную палочку, смоченную в чистящем растворе, и протирайте фокусирующую линзу от центра к краю против часовой стрелки.
При этом будьте осторожны, чтобы не поцарапать линзу.
5. Условия в помещении могут повлиять на срок службы устройства, особенно в условиях повышенной влажности и запыленности.
Влажная среда склонна вызывать ржавчину на отражающих линзах, а также легко может привести к коротким замыканиям, разрядам и искрению бархатного лазера.
-
Какие несчастные случаи могут быть вызваны лазерным излучением при использовании лазерного рез
(1) Пожар возник из-за контакта лазера с легковоспламеняющимися материалами.
Всем известно, что мощность лазерных генераторов очень высока, особенно если речь идёт о мощных лазерных режущих станках, температура излучаемого лазером лазера чрезвычайно высока. Вероятность возникновения пожара при контакте лазерного луча с легковоспламеняющимися предметами очень высока.
(2) Во время работы станка могут выделяться вредные газы.
Например, при резке кислородом происходит химическая реакция с режущим материалом, в результате которой образуются неизвестные химические вещества, мелкодисперсные частицы и другие примеси. Попадая в организм человека, кислород может вызывать аллергические реакции или дискомфорт в лёгких и других дыхательных путях. При выполнении работ следует принимать меры предосторожности.
(3) Прямое воздействие лазера на организм человека может быть вредным.
Вред, наносимый лазерами человеческому организму, в основном включает повреждения глаз и кожи. Среди вреда, наносимого лазерами, повреждение глаз является наиболее серьёзным. Более того, повреждение глаз является необратимым. Поэтому при выполнении домашнего задания необходимо уделять внимание защите глаз.
-
Каков диаметр сфокусированного пятна наносекундного, пикосекундного и фемтосекундного лазера?
Наносекунда: диаметр светового пятна составляет 0,5–1 мм.
Пикосекунда: диаметр сфокусированного пятна составляет около 0,02 мм.
Фемтосекунда: под воздействием лазерного луча с высокой частотой повторения 100–200 кГц и очень короткой длительностью импульса 10 пс
диаметр сфокусированного пятна составляет всего 0,003 мм.
-
Каковы основные области применения станков для УФ-лазерной резки?
Станок для лазерной резки с ультрафиолетовым излучением (УФ) может использоваться для резки и разделения печатных плат.
Он может точно резать и формовать различные типы печатных плат с V-образными и штампованными отверстиями, а также с вырезами и крышками.
Он также может использоваться для разделения корпусных печатных плат и обычных гладких плат.
Он подходит для резки различных типов подложек печатных плат, таких как керамические подложки, гибко-жёсткие платы, FR4, печатные платы, гибкие печатные платы, модули распознавания отпечатков пальцев, защитные плёнки, композитные материалы, медные подложки, алюминиевые подложки и т. д.
-
Меры предосторожности при работе с лазерными режущими станками для обработки различных металли
Медь и латунь:
Оба материала обладают высокой отражательной способностью и отличной теплопроводностью.
Латунь толщиной менее 1 мм можно обрабатывать азотным лазером.
Можно резать медь толщиной менее 2 мм. В качестве газа для лазерной резки должен использоваться кислород.
Резка меди и латуни возможна только при наличии в системе устройства, обеспечивающего «поглощение отражения». В противном случае отражение повредит оптические компоненты.
Синтетические материалы:
К обрабатываемым синтетическим материалам относятся: термопласты, термореактивные материалы и искусственный каучук.
Алюминий:
Несмотря на высокую отражательную способность и теплопроводность, алюминиевые материалы толщиной менее 6 мм можно резать, в зависимости от типа сплава и мощности лазера.
При резке кислородом поверхность реза получается шероховатой и твёрдой.
При использовании азота поверхность реза получается гладкой.
Чистый алюминий чрезвычайно трудно резать из-за его высокой чистоты.
Резка алюминиевых материалов возможна только при установке устройства «отражение-поглощение» на систему волоконного лазера.
В противном случае отражение может повредить оптические компоненты.
-
На что следует обратить внимание при лазерной резке нержавеющей стали?
Лазерная резка нержавеющей стали требует использования кислорода при условии отсутствия окисления кромок.
Если для получения кромок без окисления и заусенцев используется азот, дальнейшая обработка не требуется.
Нанесение масляной пленки на поверхность листа обеспечит лучший эффект перфорации без снижения качества обработки.