Introducción
La tecnología láser ha revolucionado numerosas industrias y su aplicación en la fabricación de dispositivos médicos no es una excepción. Entre los diversos tipos de láseres, los láseres infrarrojos de picosegundos (IR ps) y los láseres ultravioleta de nanosegundos (UV ns) destacan por sus capacidades de procesamiento únicas. Este artículo ofrece una comparación exhaustiva de estos dos tipos de láser, centrándose en sus principios, parámetros técnicos y ventajas en el marcado dispositivos médicos, específicamente instrumentos quirúrgicos de acero inoxidable.
Principios del procesamiento láser
1. Láseres de pulso largo: mecanismo de procesamiento térmico
Los láseres de pulso largo, como los láseres infrarrojos y ultravioleta de nanosegundos, funcionan con un mecanismo de procesamiento térmico. Cuando estos láseres irradian un material, la energía absorbida a través del calentamiento Joule aumenta la temperatura en el área irradiada, provocando que se derrita y se vaporice, eliminando así el material. A pesar de los avances en el desarrollo de procesos que permiten un corte sin grietas, los efectos térmicos intrínsecos de los láseres de pulso largo pueden reducir significativamente la precisión del procesamiento. Los problemas comunes incluyen zonas macroscópicas afectadas por el calor, estrías en la superficie de corte, capas fundidas y escoria en los bordes cortados.
2. Láseres de pulsos ultracortos: mecanismo de procesamiento en frío
Por el contrario, los láseres picosegundos, con anchos de pulso en el rango de 10^-11 a 10^-12 segundos, funcionan con un mecanismo de procesamiento en frío. El tiempo de interacción de los fotones con el material es más corto que el tiempo de transferencia de vibración térmica entre los electrones de la banda de conducción del material y la red. Esto significa que no hay tiempo suficiente para la transferencia de calor entre los electrones y la red durante el procesamiento. La eliminación de material se produce mediante excitación electrónica e ionización, alcanzando un umbral crítico que conduce a un daño irreversible de la estructura reticular sin efectos térmicos significativos, minimizando así el impacto térmico.
Parámetros técnicos
La siguiente tabla describe los parámetros técnicos para diferentes tipos de láser:
| Parámetro | Nanosegundo Infrarrojo | Nanosegundo Ultravioleta | Picosegundo Infrarrojo |
| Longitud Onda del láser (nm) | 1064 | 355 | 1030 |
| Rango Frecuencia Pulso (KHz) | 10-200 | 10-200 | 50-1000 |
| Ancho Pulso | 0-100 ns | 0-100 ns | 5-20 ps |
Ventajas los láseres picosegundos infrarrojos
1. Mayor resistencia a la corrosión
El marcado láser en instrumentos quirúrgicos de acero inoxidable es una aplicación crítica en la industria de dispositivos médicos. Estos instrumentos a menudo requieren marcas para su identificación, como números, letras, códigos QR y nombres de empresas. Dados los duros entornos a los que están sometidos estos instrumentos, las marcas deben exhibir una resistencia superior a la corrosión, pasivación y soportar la esterilización a alta presión y la ebullición.
En pruebas de resistencia a la corrosión que comparan diferentes láseres, los láseres infrarrojos de nanosegundos produjeron grandes zonas afectadas por el calor que dañaron la capa de pasivación del acero inoxidable, lo que provocó oxidación en las pruebas de niebla salina. Aunque los láseres de nanosegundos UV ofrecen una «ablación casi en frío», su mecanismo de ablación térmica aún produce zonas afectadas por el calor y posterior oxidación. Por el contrario, los láseres de picosegundos infrarrojos, debido a su mecanismo de procesamiento en frío, no dañan la capa de pasivación de acero inoxidable, manteniendo una resistencia a la corrosión comparable al sustrato de acero inoxidable.
2. Alto contraste y durabilidad
Las marcas láser de picosegundos infrarrojos en instrumentos quirúrgicos muestran un mayor contraste y claridad, son visibles desde varios ángulos y tienen bordes afilados. Esto elimina la necesidad de etapas de pasivación complejas en el proceso de producción, reduciendo los costos de fabricación.
Conclusión
Los láseres de picosegundos infrarrojos disponibles comercialmente se están adoptando cada vez más en el mercado debido a su excelente calidad de haz, salida de potencia y frecuencia estable y costos de adquisición, mantenimiento y operación relativamente bajos. Su amplia aplicabilidad en diversos materiales los hace ideales para el micromecanizado de precisión. El mecanismo único de eliminación de material y los efectos térmicos mínimos de los láseres de picosegundos infrarrojos prometen rangos de aplicación ampliados, lo que marca un avance significativo en la tecnología de procesamiento láser para dispositivos médicos.