超高分子量聚乙烯材料零件激光打标技术 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
2005-06-11 11:40
来源:中国激光网 作者:Zgshan 译 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
摘要：新技术可使用户在用超高分子量聚乙烯材料制成的零件上打标，且不需要任何添加剂或涂料。 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是极普通的聚合物，它具有良好的机械、化学和耐磨性能。它重量轻、摩擦小、坚固，具有生理学惰性和电绝缘特性。这些特性使该材料非常实用于燃料储存箱、导向和固定装置、齿轮、切菜板、医用植入器、机械零件,以及其它数百种应用。这种聚乙烯已经在几十个工业行业得到了广泛应用，其中包括汽车、航空宇宙、医学、商业、食物工业等。本文重点讨论在医用植入器上打标的问题。 可以说，没有任何其它产品比医用植入器对质量控制和标准的要求更高。美国 食品药品管理局(FDA)对材料有严格的规定,对医用植入器的生产厂商有严格的可追溯性要求。尽管，UHMWPE是一个很好的材料，可用来制作许多医用植入器(肩、臀部、肘、手指、膝等)，但要在这些植入器上打永久标记，还存在一些问题。已经有许多打标方法,其中包括机械雕刻(用铁笔手工雕刻)，CO2激光切断，以及其它等。  现在，在用这种材料做成的植入器上打标的主要工具是：运转在1064nm近红外波段的Nd:YAG激光器。 一种方法是简单地在材料上打标，不需要任何添加剂或涂料。用这种方法打出的标记，断断续续，对比度差别较大(见图1)。 另一种方法就是采用FDA批准的辅助涂料或添加剂。添加剂可以用酒精配制的热成石墨或采用适合于该材料的专门涂料。涂料可用喷雾器喷或用涂药器涂在UHMWPE零件上。在涂料干后,用红外激光束照射零件。光束能量被石墨吸收,导致它发热,接着就引起与石墨接触的聚合物的过热粒子熔化。在光束离开材料之后，材料冷却，结果在聚合物的表面下面形成了一种被压缩了的石墨粒子。 在激光加工完成之后，将零件上的多余涂料彻底清除。这两种打标技术已被FDA批准和AMA认可。  图2.532nm波长的光穿过聚合物表面，通过与材料的热作用，在材料表面产生了高对比度的标记。 Baublys Control Laser已经发展一种先进的打标技术：不需要添加剂或涂料，就可以在UHMWPE零件上打标。该技术的好处简单明了：增加产量、节约成本、更便于阅读。 该技术的核心是一台TEM00、倍频、灯泵Nd: YAG激光器，输出波长532nm。先用扩束光学系统将激光扩束，然后再通过准直透镜调整(该技术所用的透镜详细结构是一项专利，对该技术的成功起着关键的作用)。面对任何反常现象(如过高的能量密度) 都能将光束调到最佳，是至关重要的, 同时还可以避免材料从表面逃逸。这个激光扩束器的第二次调整还能修正激光束的任何发散。这种发散可能会影响聚焦位置(在激光通过透镜时，如果光束过度发散将会影响焦点状态)。打标的范围约为4x4英寸。  532nm波长穿透聚合物的表面，并与材料发生热反应，最后产生一个高对比度的标记(见图2)。通过改变激光参数（速度、功率、Q-开关频率和光束直径）和控制次表面内能产生石墨或焦碳的裂缝，可使标记和对比度发生变化。 这种焦碳被压缩在材料里面，大大提高了对比度。改变激光功率，可以打出从轻灰色到深灰色的各种标记。 标记位于表面以下，非常耐磨。 实验已经表明：采用长焦距透镜可使打标范围进一步扩大(见图3和4)。  到目前为止,这个先进的打标技术只能采用灯泵激光器才能成功。采用二极管泵浦激光器的实验还在继续。但是，二极管泵浦激光器的发散特性可能会成为该技术的一个问题。 掌握该技术要求对激光操作人员进行高强度的培训。二天的培训班已经开设，目的是让操作人员认识：每一个激光参数是如何对打标过程产生影响的。  尽管，这一先进的打标技术是应主要医疗器件生产商的要求而开发的，但为了在Celcon、Delrin、ABS和其它材料上打标的技术还在发展过程中。这种打标系统的潜在优点有可能使它的应用范围扩大到医用植入器以外的其它工业。 汽车和航空宇宙设备制造者已经表示：他们对UHMWPE和其它用532nm波长打标的技术很感兴趣。 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
网友评论  |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
| 首页 | 产经 | 交易市场 | 搜索 | 专题 | 人才 | 论坛 | 商务 | 管理 | 书店 | 短信 | 网站地图 | |||||||
|
