Soudage laser des boîtiers en titane des dispositifs implantables de classe III

Feb 09, 2024

Poussée par les progrès technologiques, la demande de dispositifs médicaux implantables (MID) augmente en raison d'une application plus large de divers besoins cliniques, d'une incidence croissante de maladies cardiovasculaires et d'une population gériatrique en expansion. Les premiers stimulateurs cardiaques, par exemple, avaient une autonomie de batterie de seulement trois heures. Aujourd’hui, plus d’un million de stimulateurs cardiaques sont implantés chaque année, chacun étant conçu pour fonctionner pendant 20 ans ou plus.

Pour répondre à ces évolutions, les fabricants doivent utiliser de nouveaux outils et techniques pour augmenter la production d'appareils toujours plus petits et sophistiqués dotés de joints hermétiques et durables, tout en maintenant des normes de qualité strictes. Le processus essentiel de soudage au laser des boîtiers en titane présente des défis particulièrement difficiles.

Soudage laser pour fermeture hermétiqueLa soudure au laser joue un rôle essentiel dans la fabrication des MID. Alors que de nombreux composants internes des MID peuvent être assemblés par brasage ou soudage, l'ensemble du dispositif est souvent emballé dans deux pièces en titane (coques), le soudage au laser étant la méthode privilégiée pour sceller hermétiquement les deux coques. Ces joints sont souvent appelés « étanches à l’hélium », ce qui signifie qu’ils passeront avec succès un test de fuite utilisant de l’hélium gazeux.

En outre, le soudage au laser est également utilisé pour sceller hermétiquement les composants internes d'appareils plus complexes, tels que les pompes, les bouteilles de gaz sous pression et les réservoirs de fluides. Le nombre de soudures varie selon la disposition du dispositif, mais une seule pompe à perfusion, par exemple, peut nécessiter 40 soudures différentes.

Procédure typique de soudage au laser La fermeture des coques en titane est traditionnellement réalisée par scellement des coutures avec des lasers Nd-YAG pulsés. Un laser à onde continue (CW) n'est pas utilisé pour éviter de transférer trop de chaleur à l'intérieur de l'appareil.

Avant que le scellement des joints puisse avoir lieu, les deux coques doivent être positionnées, serrées et pré-fixées avec de petites soudures laser pour une fixation temporaire ou à vert. Le système requis pour ce pré-pointage est connu sous le nom de pré-pointeur laser.

Ambiance argonLors du scellement de coques en titane, non seulement l'herméticité de l'emballage est importante, mais également l'atmosphère interne spécifiée du dispositif soudé doit être garantie car elle sera contenue en permanence à l'intérieur du dispositif.

Pour les stimulateurs cardiaques, une atmosphère d'argon sec est privilégiée, permettant de souder le titane au laser sous atmosphère inerte. L'argon convient également au bon fonctionnement à long terme de l'appareil. Un pourcentage d'hélium est généralement ajouté pour faciliter la détection des fuites lors des tests ultérieurs du produit.

La soudure au laser La mise en place de tels dispositifs est donc relativement simple car le stimulateur cardiaque peut être entièrement hermétiquement enfermé dans un système de boîte à gants contenant de l'argon ou un mélange argon-hélium. Cette atmosphère gazeuse sera la même à l'extérieur et à l'intérieur de l'appareil.

Atmosphère d'azote Le soudage au laser d'appareils contenant de l'azote est plus difficile. Pour les appareils tels que les défibrillateurs qui fonctionnent avec une tension interne beaucoup plus élevée, l'azote sec est le gaz le plus approprié pour l'atmosphère interne. L'argon a un potentiel d'ionisation plus faible et peut provoquer des étincelles internes, tandis que l'azote est le meilleur gaz pour garantir que le potentiel d'ionisation interne est au niveau souhaité.

Cependant, le scellement des joints du titane par soudage laser n'est pas possible dans une atmosphère d'azote, car cela générerait des nitrures de titane durs et cassants. Les appareils contenant de l'azote sont donc conçus avec un trou de remplissage. Avant d'introduire l'azote, le dispositif est soudé au laser sous argon et placé à l'extérieur de la boîte à gants. L'argon est ensuite pompé et l'appareil est rempli d'azote par un trou de remplissage de petit diamètre. Ce trou de remplissage est ensuite scellé par une soudure laser en un seul point.

Nouvelles capacités de soudage laser des boîtiers en titane MID Alors que la technologie MID évolue rapidement et que les fabricants recherchent des niveaux plus élevés de débit, de qualité et de rentabilité, les sociétés de systèmes laser spécialisées dans ce domaine réagissent continuellement en développant de nouvelles capacités. Par exemple,