完美(中国)体育-2025医疗器械展览会Medtec解读镍钛合金血管支架加工工艺概述
2024-10-21
2025医疗器械博览会Medtec认为，今朝血管疾病一般采用血管内参与或者外科手术举行医治，但因为外科手术可施治的血管种类受限以和创伤年夜、并发症严峻等错误谬误，血管内参与成为该疾病的重要施治手腕。血管内参与可以使用支架或者球囊等举行扩张。植入的支架按道理可分为球囊扩张式支架及自膨胀式支架，其布局如图1所示。球囊扩张式支架是由经皮穿刺技能将预先安装在球囊导管上的支架随球囊一路沿导丝运送至血管病变部位，随后给球囊加压使支架扩张，支撑起病变部位的血管。当支架扩张至血管直径巨细时，再给球囊释压并撤出导管，将支架留于原处连结血管畅达。与球囊扩张式支架比拟，自膨胀式支架于血管病变处的扩张不需要经由过程球囊膨胀来施加外力。先于低温下将支架卷曲至较小直径，然后将其运送至病变部位，当情况温度由室温升高至体温 37℃时，依赖质料自身对于温度的敏感特征，使支架行膨胀，支撑起病变的血管[1]。
图1 （a）球囊扩张型支架 （b）自膨胀型支架
镍钛合金具备怪异的超弹性及热外形影象性，优秀的生物相容性以和耐蚀性等，作为自膨血管支架要害原质料。但因为其强度高、塑性年夜、加工硬化严峻，很难用传统制造工艺对于其举行加工[2]。同时，血汗管支架体积微小、布局繁杂，加工时对于在几何精度的要求十分苛刻。
上海医疗器械展会Medtec将在2025年9月24-26日于上海世博展览馆举办，2024 Medtec会聚近1000家来自全世界近27个国度的优质品牌供给商，为中国医疗器械出产厂商提供产物研发、出产、注册所需的设计和软件办事、原质料、周详部件、主动化制造装备、超精加工技能、合同制造、测试及认证、政策法例及市场咨询办事，展品笼罩医疗器械设计与制造全财产链。Medtec China致力在为中国医疗器械出产企业技能成长提供富厚资源及进步前辈理念，为跨国医疗器械出产商于中国设立研发及出产基地提供有力撑持。点击报名参展
支架成形方式
经常使用的支架成形方式有激光切割、编织加工等，差别的成形方式可能会对于支架的几何外形以和机能孕育发生差别的影响。激光切割技能因其非接触、制造速率快、成形精度高及成本低等长处被广泛运用在血管支架的制造，是今朝最多见的支架成形方式（图 2a）。激光切割是将高能激光束聚焦后照射于工件外貌，使被辐照区域质料迅速融化汽化，同时借助与激光束同轴的速气流将熔融物资吹除了，从而实现工件切割。编织加工是一种低成本的持续制造要领，加工历程中没有质料丧失。将两根或者多根丝缭绕金属芯棒编织成三维布局（图2 b）金属线之间彼此交织，但不互锁[3]。
图2 （a）激光切割支架的历程 （b）支架编织工艺示用意
镍钛合金具备外形影象性、超弹性和优良的生物相容性，徐徐地成了血管支架的重要原质料之一（其特色如图3所示）。
图3镍钛合金机能图
镍钛合金支架加工工艺流程以下图4所示
图4 镍钛合金支架加工工艺
3.1支架的激光切割
2025医疗器械博览会Medtec指出切割支架的激光切割机道理图如图5所示，激光于切割历程中先由激光发生器孕育发生激光束，颠末反射镜转变激光束的标的目的。当光束被传送到喷嘴四周时，光斑会被会聚。激光喷嘴于切割中的作用较多，一方面起到掩护聚焦镜被切割残渣粉碎的作用，另外一方面节制切割气体的流场与巨细，进而使患上激光束更容易形成抱负的光斑[6]。激光束照射到管材外貌的瞬时温度可达几千摄氏度，使患上近光斑区域刹时融化。于切割历程中切割机的气路体系会提供辅助罕见气体，辅助气体可以吹除了到达熔点的镍钛合金熔滴，进而到达去除了质料的目的，除了此以外辅助气体还有会降低切割历程中的外貌温度[7]。
图5 切割机事情道理图及切割区域机理图
2025医疗器械博览会Medtec认为，激光切割镍钛合金血汗管支架的本色为管材接收光斑能量后，受光斑作用的部门到达自身的汽化点或者熔点后以等离子体或者熔体的情势离开管材的历程。此中根据光斑携带功率密度级数的差别，镍钛合金血汗管支架激光切割重要分为：（1）汽化切割：汽化切割是指光斑功率密度级数高在108W/cm2时，质料接收能量后达到自身汽化点，质料以等离子体的情势飞溅出质料外貌的切割方式。（2）融化切割：融化切割是指光斑功率密度级数高在107W/cm2时，质料达到自身熔点后以熔体的情势流出切缝的切割方式[3]。（3）氧气辅助切割：氧气切割是指光斑功率密度级数约莫为 106W/cm2，此时质料的去除了依赖氧气与激光束配合作用在质料，镍钛合金管材经由过程燃烧的情势到达质料去除了的目的。而根据孕育发生激光类型的前提则分为：（1）CO2激光切割；（2）Nd:YAG 激光切割；（3）光纤激光切割，此中光纤激光切割是近几十年成长起来的一种新型激光切割方式，其因具备光束质量好，于工业化情况下利用寿命长等长处，可是因为光纤脉冲激光切割素质上为“热”加工，于是于加工历程中光斑能量的通报是影响支架切割质量的要害因素之一，如图6为光纤脉冲激光切割道理图。另外一方面，支架激光切割根据激光的持续性则分为：（1）持续激光切割；（2）脉冲激光切割。今朝血汗管支架的激光加工方式均采用脉冲激光切割，这是由于比拟在持续激光，脉冲激光相邻两束激光之间存于时间距离，从而便在将切割历程中孕育发生的废料排出，从而提高支架切割机能。
图6光纤脉冲激光切割道理图
3.2飞秒激光加工
最近几年来，超短飞秒（fs）级激光器技能已经获得引入，这类激光器所天生的激光脉冲不会于部件上留下热效应指纹[8]。飞秒激光是一种超短脉冲激光，用它加工镍钛合金支架时，因为脉冲宽度只有10-15秒的飞秒，激光举行质料切割时，每个激光脉冲与物资彼此作用的连续期短，防止了热扩散，属冷加工历程,于底子上消弭了近似在长脉冲加工历程中的熔融区、热影响区、打击波等多种效应答周围质料酿成的影响及热毁伤,提高了激光切割的精度，如图7为飞秒激光加工体系示用意。
图 7飞秒激光加工体系示用意
颠末激光切割后的支架还有处在半制品的状况，切割后的内外貌和切缝侧面经常伴有熔渣、热影响区和重铸层，切缝升沉较年夜且较为粗拙。凡是半制品的支架需要颠末热处置惩罚、喷砂，酸洗、调质和电化学抛光等一系列工序后，方可作为制品投入利用。
因激光加工属在热加工，会对于支架外貌造成热毁伤而形成极少量熔渣及氧化皮(见图 8)，此中热影响区及重铸层的平均厚度于8μm摆布[11]。
图8激光加工后血管支架的微不雅描摹
3.3. 热处置惩罚对于镍钛合金支架影响
差别热处置惩罚前提下获得镍钛合金支架的抗拉强度变化趋向，如图9（a）所示。从图中可以看出颠末400℃及450℃热处置惩罚温度处置惩罚获得的镍钛合金支架力学机能跟着热处置惩罚时间的增长而存于较着颠簸，500 ℃及550 ℃热处置惩罚温度下获得镍钛合金支架抗拉强度随时间变化趋向较为不变，且跟着热处置惩罚时间的增长，镍钛支架抗拉强度逐渐呈降落趋向。对于镍钛合金于500℃及550℃差别热处置惩罚前提的应力应变曲线（图9(b)及图10(c)）举行阐发，可从应力应变曲线中提取上下平台应力、残存应变、弹性储能、弹性储能效率等指标。从图9(b)及图9(c)中可以看出热处置惩罚时间为5 min及10 min的试样都具备较着的上、下平台应力，且残存应变小（均），发生了马氏体相变及逆相变，具备不变的非线性超弹性，但于10 min~20 min时，其残存应变跟着热定型时间的延伸呈现突增的征象。由此可知热处置惩罚温度较高，热处置惩罚时间较长会于必然水平上影响镍钛合金支架的力学机能[9]。
图9（a）差别热处置惩罚工艺镍钛丝抗拉强度 （b）500℃应力应变曲线
（c）550℃应力应变曲线
3.4喷砂对于镍钛合金支架影响
喷砂可以有用地断根支架外貌的污垢、氧化物、锈蚀、毛刺及其他不良特性，有助在确保支架外貌光洁、完好陷，以便后续涂层或者其他处置惩罚可以或许匀称附着。
图10 （a）未喷砂支架外貌 （b）喷砂支架外貌
用氧化铝砂喷砂后后续再用玻璃珠喷砂的利益：外径及内径转角处的半径可以实现，而所需的附加质料去除了起码。半径的巨细可以有用地节制，由于它是基在圆形磨料，玻璃珠的巨细及速率的。可以节制具备附加半径的支架区域。经由过程机械加工外貌，有助在连结支架的疲惫寿命。玻璃珠磨料凡是用在必需连结严酷公役的喷丸处置惩罚运用中。玻璃珠对于支架外貌举行喷丸处置惩罚，不会去除了任何质料或者数目可纰漏不计的质料。玻璃珠的尺寸很主要。玻璃珠的尺寸越年夜；边沿越圆，玻璃珠有35 ，50 及100 两种。以下利用每一种尺寸的样本测试的成果。
图11 玻璃珠喷砂
3.5酸洗对于镍钛合金支架影响
镍钛合金血管支架于出产加工历程中，需要对于管材举行激光镌刻，这将会于其外貌天生一种玄色氧化层及熔融碎片，从而影响支架的外貌平滑度。这些熔渣及氧化层于血管支架植入人体后，会刺激血管内膜增生，加年夜了再狭小的发生危害，是以于支架成型后需要酸洗去除了支架外貌的氧化层及碎片。可是酸洗去除了镍钛合金血管支架氧化皮历程中会造成质料“氢脆”酸洗时间越长给质料带来的风险越年夜，是以要合理的节制酸洗时间[10]，如图12从中可见酸洗时间越长丝径减小破断拉力减小，强度略减小，弯曲疲惫次数削减。是以酸洗时间太长会使质料的塑性、韧性恶化当酸洗时间跨越2h 后即为过酸洗。
图12差别酸洗时间Ni—Ti 合金的力学机能值
3.6电解抛光对于镍钛合金支架影响
颠末激光切割后的镍钛支架具备较高的粗拙度，植入人体后对于该处的血液流动会孕育发生较年夜的阻力，致使血栓的形成于是对于镍钛支架举行外貌处置惩罚改善其外貌机能成为制备医用合金支架的要害。工业上一般经由过程机械抛光及化学抛光相联合的工艺对于镍钛合金举行外貌处置惩罚，可是机械抛光及化学抛光的效率低，历程繁琐，且对于在支架类非凡布局的质料尤其轻易受到粉碎，故凡是将电解抛光技能作为重要的处置惩罚手腕运用在镍钛合金支架的外貌处置惩罚[11]。
图13 基本电解抛光液类型和身分
酸-酸系统中，浓磷酸易在于试样外貌形成一层黏性膜，可以改善电解抛光的效果，而浓硫酸具备强蚀性，抛光历程中有用地去除了了试样外貌的杂质及氧化膜，并加强了导电性。这类双酸系统于海内运用比力遍及。外洋的Babilas[12]等也一样提出利用该双酸系统对于试样举行抛光，并得到相对于匀称、耐腐化机能较好的外貌。长处于在酸的腐化能力强，可以快速地改善合金外貌状况，提高抛光的效率．可是，也正由于浓硫酸及浓磷酸具备较强的腐化性，以是于对于合金举行电解抛光时，合金外貌状况极易受强酸腐化机能的影响，致使抛光效果的不不变。若对于抛光时间节制欠好，还有轻易呈现过抛的环境，而 P、S元素也对于情况会造成污染。以是Hryniewicz[7]将浓磷酸运用于对于试样举行阳极氧化的外貌处置惩罚中发明于电解抛光时，测验考试插手缓蚀能力比力强的醇类溶质。这就形成为了以酸－醇为主的电解抛光液系统[10]。
酸－醇系统一般利用非水电解质，醇类作为有机溶剂混淆强酸配成电解抛光液。适量添加极少量添加剂。这类电解抛光液的上风于在强酸具备很强的腐化机能，而醇类黏度很高，于电解抛光的历程中，可以有用地促成缓蚀．对于在钛合金这类电导率较低的金属质料，缓蚀可以为其提供足够的时间进入溶液，并进一步形成黏性膜，于导电的前提下可以降低抛光试样的外貌粗拙度[12]。
因为强酸都有着很强的腐化性，而诸如高氯酸、硝酸等强酸还有易发生爆炸，这就给操作职员带来很年夜的安全隐患，同时轻易造成情况污染。于如许的条件下，外洋有学者提出了利用醇类及可溶性盐构成的温性电解抛光液[13]。
镍钛合金的电化学抛光液有酸性、碱性及中性 3 种，此中酸性抛光液的抛光效果最佳。
图15 电解抛光血汗管支架道理装配示用意
先采用氢氟酸、盐酸、硝酸及水的体积比为 5∶10∶35∶10 的混淆液超声洗濯30 s，然后依次采用去离子水、丙酮洗濯 2 min，吹干后待用。经上述处置惩罚后，血管支架的外貌粗拙度Ra约为 1.3μm。电化学抛工夫极选用 304 不锈钢管，内径32.6 妹妹，壁厚1 妹妹，长度16 妹妹。电化学抛光的工艺前提为：温度 15 °C，电流密度 0.7 A/cm2，极间距 15 妹妹，时间 20 s(甲醇−高氯酸)或者 90 s(冰醋酸−高氯酸)。
图16 抛光前(a)后(b)血管支架的外不雅
图17抛光后血管支架的微不雅描摹
从图 16及图 17可知，与抛光前的血管支架比拟，血管支架外貌的光明度晋升，而且外貌没有较着的突出等缺陷，并且热影响区及重铸层消散，有益在提高血管支架的机能。
文章来历：智健ZGiantec
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