Soldagem a laser de invólucros de titânio de dispositivos implantáveis ​​Classe III

Feb 09, 2024

Impulsionada pelos avanços tecnológicos, a procura de dispositivos médicos implantáveis ​​(MIDs) está a crescer devido a uma aplicação mais ampla de diversas necessidades clínicas, ao aumento da incidência de doenças cardiovasculares e a uma população geriátrica em expansão. Os primeiros marca-passos, por exemplo, tinham bateria com duração de apenas três horas. Actualmente, mais de um milhão de pacemakers são implantados anualmente, cada um concebido para funcionar durante 20 anos ou mais.

Para responder a estes desenvolvimentos, os fabricantes devem utilizar novas ferramentas e técnicas para aumentar a produção de dispositivos cada vez mais pequenos e mais sofisticados, com vedações herméticas e duráveis, mantendo ao mesmo tempo padrões de qualidade rigorosos. O processo essencial de soldagem a laser de invólucros de titânio apresenta desafios especialmente difíceis.

Soldagem a laser para vedação herméticaSoldagem a laser desempenha um papel crítico na fabricação de MIDs. Embora muitos dos componentes internos dos MIDs possam ser unidos por soldagem, brasagem ou soldagem, o dispositivo inteiro é frequentemente embalado em duas partes de titânio (invólucros), com a soldagem a laser servindo como o método preferido para vedar hermeticamente os dois invólucros. Essas juntas são frequentemente chamadas de “estanques a hélio”, o que significa que passarão em um teste de vazamento usando gás hélio.

Além disso, a soldagem a laser também é utilizada para vedar hermeticamente componentes internos de dispositivos mais complexos, como bombas, cilindros de gás pressurizado e recipientes de fluidos. O número de soldas varia de acordo com o layout do aparelho, mas uma única bomba de infusão, por exemplo, pode exigir 40 soldas diferentes.

Procedimento típico de soldagem a laser O fechamento das conchas de titânio tem sido tradicionalmente realizado por selagem de costura com lasers Nd-YAG pulsados. Um laser de onda contínua (CW) não é usado para evitar a transferência de muito calor dentro do dispositivo.

Antes que a vedação da costura possa ocorrer, os dois invólucros devem ser posicionados, fixados e pré-fixados com pequenas soldas a laser para uma fixação temporária ou de resistência verde. O sistema necessário para este pré-travamento é conhecido como pré-travamento a laser.

Atmosfera de argônioAo vedar conchas de titânio, não apenas a hermeticidade da embalagem é importante, mas também a atmosfera interna especificada do dispositivo soldado deve ser garantida, pois ela estará permanentemente contida dentro do dispositivo.

Para marca-passos, é preferível uma atmosfera seca de argônio, permitindo que o titânio seja soldado a laser em uma atmosfera inerte. O argônio também é adequado para o funcionamento adequado do dispositivo a longo prazo. Uma porcentagem de hélio é comumente adicionada para facilitar a detecção de vazamentos em testes subsequentes do produto.

Soldagem a laser A utilização de tais dispositivos é, portanto, relativamente simples porque o marca-passo pode ser totalmente selado hermeticamente em um sistema de porta-luvas contendo argônio ou uma mistura de argônio-hélio. Esta atmosfera gasosa será a mesma no exterior e no interior do dispositivo.

Atmosfera de nitrogênio A soldagem a laser de dispositivos contendo nitrogênio é mais difícil. Para dispositivos, como desfibriladores, que funcionam com tensão interna muito mais elevada, o nitrogênio seco é o gás mais adequado para a atmosfera interna. O argônio tem um potencial de ionização mais baixo e pode causar faíscas internas, enquanto o nitrogênio é o melhor gás para garantir que o potencial de ionização interno esteja no nível desejado.

No entanto, a vedação de titânio por meio de soldagem a laser não é possível em atmosfera de nitrogênio, porque gerará nitretos de titânio duros e quebradiços. Os dispositivos que contêm nitrogênio são, portanto, projetados com um orifício de enchimento. Antes da introdução do nitrogênio, o dispositivo é soldado a laser em argônio e colocado fora do porta-luvas. O argônio é então bombeado e o dispositivo é preenchido com nitrogênio através de um orifício de enchimento de pequeno diâmetro. Este orifício de enchimento é posteriormente selado com uma solda a laser de ponto único.

Novos recursos em soldagem a laser de revestimento de titânio MID À medida que a tecnologia MID evolui rapidamente e que os fabricantes procuram níveis mais elevados de rendimento, qualidade e rentabilidade, as empresas de sistemas laser especializadas nesta área respondem continuamente através do desenvolvimento de novas capacidades. Por exemplo,