二氧化碳 激光器 应用于药片打孔加工

二氧化碳 激光器 应用于药片打孔加工 导读:用于口服的药片和胶囊，其结构日益复杂，这使得制药商能够生产更多有用的药物以服务大众。激光打标和微加工技术在一些药物的生产上扮演了重要角色。 用于口服的药片和胶囊，其结构日益复杂，这使得制药商能够生产更多有用的药物以服务大众。激光打标和微加工技术在一些药物的生产上扮演了重要角色。 最新的药物释放系统 复杂的药片和胶囊(统称:药物释放系统)具有巨大的优势，比如它能够准确地控制药物的释放时间，使得人们可以使用本来由于水溶性低、不能口服的药物。一个例子是"控释泵"，它是利用了药物层和"挤压层"，两层由半透薄膜包围起来。药物进入体内后，水分子通过半透膜，使得挤压层膨胀。这就使得药物通过薄膜在药物层上的小孔按一定的速率被释放出来(见图1)。 控释泵中小孔尺寸的典型值约在600m到1mm之间。按照其它精密制造加工的来看，小孔直径和形状的容差通常不太精确。标定直径为600m的小孔通常容差有?100m，椭圆度为1.0至1.5。具有这样尺寸和容差的小孔可以利用纯机械手段获得。不过，利用机械加工方式无法获得足够的生产率与其他制药加工平台相配合。相反，药片激光打孔所能得到的加工速率为10万片/小时，而且利用该技术很容易就得到尺寸容差和外观均符合要求的小孔。 加工过程概述 如图2所示，这个特殊的构造采用了两个激光打孔平台，能够对药片进行单面，或者双面打孔。功率在100W至500W的脉冲CO2激光器被用来进行加工，因为它的输出波长在10.6μm，几乎能够被应用于药物的所有有机物吸收。而许多有机物是不吸收1.06μm激光的。这些有机物还能够很好地吸收紫外光，但是紫外激光器无法提供足够的功率以得到所需的生产率。在这项应用中，使用脉冲式激光更为合适，因为它能够输出更高的峰值功率，峰值功率高就使得 加工速度更快，脉冲的激光还能够降低由加热带来的负面效果，如材料变色或者碎屑的产生。 首先，药片通过一个盘式进料器一个个被送入传送带排成纵行。控释泵药片的挤压层和药物层通常颜色是不一样的，因为需要打孔的是药物层。药片经过一个颜色探测器来确定其朝向。随后，另一个状态探测器确定药片是否通过，如果颜色探测器显示药片朝上，那么就触发激光打孔的操作。随后，药片经过一个机械式观测系统。该系统对每个通过的药片拍下数码照片，并与其他四张 见表1)。其中两张代表可以"通过"，两张表示必须"拒绝"。 可能的结果相比较( 不合格的药片就从传送带上被一个由气体带动的系统吹下来。因为传统带有一定速度，而吹气系统有一定延时，所以当观测系统一判断出产品不合格，"拒绝"模式立即启动。这个过程通常会把在不合格药片前一到两颗药片一起吹下来。拒绝模式通常会一直开着，直到系统连续观察到五个合格的药片，也就是说，它们满足两个"合格"标准中的任何一个。另一个状态探测器(图2中未显示)架在吹气系统之后以确保在"拒绝"模式启动的时候没有药片可以通过。在这样严格的筛选条件下，虽然有的好药片也被吹掉，但是系统仍然保持98%的生产效率(即药片合格率)。 通过第一个激光打孔平台后，所有药片被翻到另一面，随着传送带送到第二个激光打孔平台。第二个平台的加工方式与前一个一模一样。第一次打孔时，有些药片上表面不是药物层，第二个平台的作用就是对这些药片进行打孔。在流水线的另一端，加工过的药片被送入收集桶，准备最后进行涂层和打印。 飞行打孔 为了使系统得到的输出率达到每小时10万颗药片，有必要让系统能够"飞行"式打孔，也就是说，不可以有停顿，或者减慢传送带上产品输送速度的情况发生。对于激光打孔过程来说，可以有两种方法来实现该加工过程。第一，当药片随着传送带达到预定的位置时，对每个药片仅使用单脉冲来打孔。这里的单脉冲必须有足够的峰值功率以去除药片的整个外壳，脉冲必须很短，以至于在打孔过程中不会使得药片移动;否则所得到的就是一个狭缝，而不是一个小孔了。 第二种方法是使用多脉冲。利用该方法时，必须对传送带上药片的移动进行光学追踪，这样做能够保证每个脉冲都打到药片上的同一个点。通常，该过程由振镜(检流计和扫描反射镜)与扫描透镜共同实现(见图3)。该扫描透镜的结构特点使得它能够保持合适的焦斑，即使透镜与药片之间的距离随着药片的移动而稍有变化，焦斑也能够保持不变。这里所用的传送带能够防止药片在传送带上滑动。编码反馈技术以及传送带独特的设计使得每个脉冲都能够准确地打到药片上的同一个点。 虽然多脉冲技术使得传送系统更为复杂，但是使用该技术时，激光功率仅为单脉冲情况下的1/5至1/4。使用的功率更低就意味着系统成本低，因为在激光器上所减少的成本很容易就抵消了由于系统变复杂而带来的花费。用来给单个药片打孔所需脉冲个数的最大值是由传送带的速度、扫描透镜的视场和激光的重复频率决定的。一个典型的激光药片打孔系统使用九个脉冲来打一个小孔。 激光器具有严格的脉冲调制参数对于打孔的成本与效率来说是非常重要的。通常，方形脉冲比三角形脉冲更好，因为前者在单脉冲的能量传递更为有效，也就是说，对于同一个加工过程来说，所需的脉冲数量更少。所需的脉冲数降低意味着加工窗口更广，加工过程更加灵活。此外，因为减少了能量浪费，因加热引起的对材料的破坏也更小。 总之，在制药业应用领域，产量高以及加工过程的稳定性是至关重要的。事实证明，板条放电CO2激光器的输出能够满足这两项要求。这些技术成熟的激光器系统能够提供非常可靠的性能，消耗品成本低。这些优势对于药片制造商来说都是极其重要的，因为他们面临着政策上以及市场上的压力，所以必须降低总成本。