Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов высокоэффективной прецизионной резки биоразлагаемых коронарных стентов и прозрачных материалов фемтосекундными лазерами

Сведения об участнике
ФИО
Ганин Даниил Валентинович
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Приборостроение. Радиотехника и электроника
Тема
Разработка методов высокоэффективной прецизионной резки биоразлагаемых коронарных стентов и прозрачных материалов фемтосекундными лазерами
Резюме
В работе разрабатываются методы ультрапрецизионной резки прозрачных материалов. Представлены результаты экспериментов по прецизионной резке прозрачных материалов с помощью метода использующего филаментацию излучения фемтосекундного лазера. Показано успешное применение разработанного метода для резки стекол, кристаллов, полимеров. Метод успешно применен для резки медицинских полимерных коронарных стентов.
Ключевые слова
Фемтосекундный лазер, коронарный стент, прецизионная резка.
Цели и задачи
Создание метода резки прозрачных материалов (стекол, кристаллов и полимеров) при котором качество реза не зависит от толщины образца. Разработанный метод резки должен быть более энергоэффективным и производительным по сравнению с используемыми в настоящее время и обеспечивать требуемое качество при резке биоразлагаемых коронарных стентов.
Введение

В настоящее время прозрачные материалы режут методом послойной лазерной абляции. При этом не возможно добиться ширины реза менее 30 мкм, рез имеет значительную конусность, веществом поглощается малая часть лазерной энергии, без изменения оптической системы сложно добиться изменения параметров резки.
Мы предлагаем использовать процессы филаментации лазерного излучения (Керровская самофокусировка, различные типы сферических аберраций) в объеме прозрачных диэлектриков, в этом случае в объеме образца создается нить излучения длиной несколько сотен микрометров и диаметром порядка двух микрометров. Сканируя образец данной нитью можно прорезать образец толщиной более 100 мкм. Наш подход имеет значительные преимущества перед аналогами.

Методы и материалы

Проект подразумевает использование фемтосекундных лазерных источников с энергиями импульсов более несколькх микроджоулей. Методы резки предполагают создание условий для филаментации фемтосекундных лазерных импульсов в объеме прозрачных материалов. Сканирование прозрачных материалов (стекол, кристаллов и полимеров) с помощью лазерного филамента приводит к созданию тонкого реза с шириной менее 5 микрометров.

Описание и обсуждение результатов

Наши исследования показали [1,2], что использование филаментации лазерного излучения (Керровская самофокусировка, различные типы сферических аберраций) в объеме прозрачных диэлектриков позволит увеличить эффективность резки и улучшить качественные характеристики реза. В случае филаментации в объеме образца создается нить излучения длиной несколько сотен микрометров и диаметром порядка двух микрометров. Длинной лазерной нити можно управлять [3] изменяя параметры лазерного излучения. Сканируя образец данной нитью, за один фемтосекундный импульс излучения можно прорезать образец толщиной более 100 мкм, а при типичной частоте следования импульсов в несколько сотен килогерц - добиться впечатляющей производительности. Энергоэффективность в несколько раз выше по сравнению с технологиями использующими послойную лазерную абляцию. 

Были проведены эксперименты по резке трубок заготовок полимерных биоразлагаемых стентов из PLLA (рис. 1) и прозрачных диэлектриков (плавленый кварц, акрил, оптическое стекло К-8). В результате были получены резы со следующими характеристиками: ширина реза менее 5 мкм, конусность реза отсутствует, шероховатость поверхности Ra<1 мкм, отсутствует зона теплового воздействия. Изменение фокусирующей системы может дополнительно увеличить производительность без потери качества [4].

Полученные результаты показали наличие преимуществ разрабатываемой технологии по сравнению с используемыми в настоящее время технологиями резки прозрачных материалов по таким параметрам как: ширина реза, конусность, шероховатость поверхности реза и энергоэффективность. 

Используемые источники
1.Vartapetov S. K., Ganin D, et al. , Quantum Electronic. 2015. V. 45. №. 8. P.725-730.
2.Ganin D, et al., Physics Procedia. 2015. V. № 73. P. 67-73
3.Вартапетов С. К., Ганин Д. В. и др., IV Международная конференция по фотонике и информационной оптике. Сб. науч. тр. М.: НИЯУ МИФИ, 2015. С.276-277.
4.Ganin D, et al., IV International conference on the Physics of optical Material and Devices. Book of Abstracts. B.: Institut za nuklearne nauke “Vinca”, 2015. P. 48
Information about the project
Surname Name
Ganin Daniil
Project title
Method of high precision cutting of biodegradable coronary stents, and transparent materials by femtosecond laser.
Summary of the project
In this work, methods of ultraprecision cutting transparent materials are developed. Presents the results of experiments on precision cutting of transparent materials using a method which uses the filamentation of femtosecond laser radiation. Shown successful application of the developed method for cutting medical polymer coronary stents.
Keywords
Femtosecond laser, coronary stent, precision cutting.