Гэты вэб-сайт кіруецца адной або некалькімі кампаніямі, якія належаць Informa PLC, і ўсе аўтарскія правы належаць ім. Юрыдычны адрас Informa PLC: 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Зарэгістравана ў Англіі і Уэльсе. № 8860726.
Сёння амаль уся дакладная лазерная рэзка металаў і неметалаў выконваецца з дапамогай інструментаў, абсталяваных валаконнымі лазерамі або лазерамі ультракароткіх імпульсаў (USP), а часам і абедзвюма. У гэтым артыкуле мы растлумачым розныя перавагі гэтых двух лазераў і паглядзім, як абодва вытворцы выкарыстоўваюць гэтыя лазеры. NPX Medical (Плімут, штат Мінесота) — гэта спецыялізаваная кантрактная апрацоўчая кампанія, якая вырабляе розныя прылады і інструменты разгортвання, такія як стэнты, імплантаты і гнуткія трубкі, з выкарыстаннем машын, якія ўключаюць валаконныя лазеры. Motion Dynamics вырабляе падвузлы, такія як зборкі «цягальнага дроту», якія ў асноўным выкарыстоўваюцца ў неўралогіі, выкарыстоўваючы машыну, якая ўключае фемтасекундны лазер USP і адну з найноўшых гібрыдных сістэм, уключаючы фемтасекундныя і валаконныя лазеры для максімальнай гнуткасці і ўніверсальнасці.
На працягу многіх гадоў большая частка лазернай мікраапрацоўкі выконвалася з выкарыстаннем цвёрдацельных нанасекундных лазераў, якія называюцца DPSS-лазерамі. Аднак цяпер гэта цалкам змянілася дзякуючы распрацоўцы двух цалкам розных і, такім чынам, дапаўняльных тыпаў лазераў. Першапачаткова распрацаваныя для тэлекамунікацый, валаконныя лазеры ператварыліся ў рабочыя лазеры для апрацоўкі матэрыялаў у многіх галінах прамысловасці, часта на даўжынях хваль блізкага інфрачырвонага выпраменьвання. Прычыны іх поспеху заключаюцца ў простай архітэктуры і лёгкай маштабаванасці магутнасці. Гэта прыводзіць да стварэння лазераў, якія з'яўляюцца кампактнымі, вельмі надзейнымі і лёгка інтэгруюцца ў спецыялізаваныя машыны, і, як правіла, прапануюць больш нізкую кошт эксплуатацыі, чым старыя тыпы лазераў. Важна тое, што для мікраапрацоўкі выходны прамень можа быць сфакусаваны ў невялікую, чыстую пляму дыяметрам усяго ў некалькі мікронаў, таму яны ідэальна падыходзяць для рэзкі, зваркі і свідравання з высокім разрозненнем. Іх выхады таксама вельмі гнуткія і кіраваныя, з частатой імпульсаў ад аднаго імпульсу да 170 кГц. Нараўне з маштабаванай магутнасцю гэта падтрымлівае хуткую рэзку і свідраванне.
Аднак патэнцыйным недахопам валаконных лазераў у мікраапрацоўцы з'яўляецца апрацоўка дробных элементаў і/або тонкіх, далікатных дэталяў. Працяглая працягласць імпульсаў (напрыклад, 50 мкс) прыводзіць да невялікай колькасці зоны цеплавога ўздзеяння (ЗТВ), напрыклад, пераліўнога матэрыялу, і невялікай шурпатасці краёў, што можа запатрабаваць некаторай пасляапрацоўкі. На шчасце, новыя лазеры — лазеры з ультракароткімі імпульсамі (УСП) з фемтасекунднымі выходнымі імпульсамі — ліквідуюць праблему ЗТВ.
З дапамогай USP-лазераў большая частка лішняга цяпла, звязанага з працэсам рэзкі або свідравання, выносіцца выкінутымі абломкамі, перш чым яны паспяваюць дыфундаваць у навакольны матэрыял. USP-лазеры з пікасекунднай магутнасцю даўно выкарыстоўваюцца ў мікраапрацоўцы пластмас, паўправаднікоў, керамікі і некаторых металаў (пікасекунды = 10-12 секунд). Але для металічных прылад са слупамі памерам з чалавечы валасяны валасінкі высокая цеплаправоднасць і малы памер металу азначаюць, што пікасекундныя лазеры не заўсёды забяспечваюць палепшаныя вынікі, якія апраўдвалі б павышэнне кошту папярэдніх USP-лазераў. Цяпер гэта змянілася з з'яўленнем прамысловых фемтасекундных лазераў (фемтасекунда = 10-15 секунд). Прыкладам з'яўляецца серыя лазераў Monaco кампаніі Coherent Inc. Як і ў выпадку з валаконнымі лазерамі, яны выпраменьваюць блізкае інфрачырвонае святло, што азначае, што яны могуць рэзаць або свідраваць усе металы, якія выкарыстоўваюцца ў медыцынскіх прыладах, у тым ліку нержавеючую сталь, плаціну, золата, магній, кобальт-хром, тытан і іншыя, а таксама неметалы. Хоць спалучэнне кароткай працягласці імпульсу і нізкага імпульсу... энергія прадухіляе цеплавое пашкоджанне (HAZ), высокая частата паўтарэння (МГц) забяспечвае эканамічна выгадную хуткасць прапускной здольнасці для многіх каштоўных медыцынскіх прылад.
Вядома, амаль нікому ў нашай галіне не патрэбны толькі адзін лазер. Замест гэтага ім патрэбна машына на базе лазера, і цяпер існуе шмат спецыялізаваных машын, аптымізаваных для рэзкі і свідравання медыцынскіх прылад. Прыкладам можа служыць серыя StarCut Tube ад Coherent, якая можа выкарыстоўвацца з валаконнымі лазерамі, фемтасекунднымі лазерамі або ў выглядзе гібрыднай версіі, якая ўключае абодва тыпы лазераў.
Што азначае спецыялізацыя на медыцынскіх прыладах? Большасць гэтых прылад вырабляецца абмежаванымі партыямі па індывідуальных праектах. Таму ключавымі фактарамі з'яўляюцца гнуткасць і прастата выкарыстання. Хоць многія прылады вырабляюцца з нарыхтовак, некаторыя кампаненты павінны быць дакладна апрацаваны з плоскіх нарыхтовак; адзін і той жа станок павінен апрацоўваць абодва, каб максімальна павялічыць сваю каштоўнасць. Гэтыя патрэбы звычайна задавальняюцца за кошт шматвосевага кіравання з ЧПУ (xyz і вярчальны рух) і зручнага інтэрфейсу HMI для простага праграмавання і кіравання. У выпадку StarCut Tube новы модуль загрузкі труб пастаўляецца з бакавой загрузкай (StarFeed) для труб даўжынёй да 3 м і сартавальнікам для разрэзаных вырабаў, што дазваляе цалкам аўтаматызаваць вытворчасць.
Гнуткасць працэсу гэтых машын яшчэ больш павышаецца дзякуючы падтрымцы мокрага і сухога рэзання і лёгка рэгуляваным падаючым соплам для працэсаў, якія патрабуюць дапаможнага газу. Прасторавае разрозненне таксама асабліва важна для апрацоўкі вельмі дробных дэталяў, што азначае, што тэрмамеханічная стабільнасць ліквідуе наступствы вібрацыі, якія часта сустракаюцца ў механічных майстэрнях. Серыя StarCut Tube задавальняе гэтую патрэбу, ствараючы ўсю рэжучую дэку з вялікай колькасцю гранітных элементаў.
NPX Medical — гэта адносна новы вытворца па кантракце, які прадастаўляе паслугі па праектаванні, інжынерыі і дакладнай лазернай рэзцы вытворцам медыцынскіх прылад. Заснаваная ў 2019 годзе, кампанія заслужыла рэпутацыю ў галіне дзякуючы якаснай прадукцыі і хуткаму рэагаванню, падтрымліваючы шырокі спектр прылад, у тым ліку стэнты, імплантаты, клапанныя стэнты і гнуткія трубкі для дастаўкі для падобных разнастайных хірургічных працэдур, у тым ліку нейраваскулярных, сардэчных, нырачных, пазваночных, артапедычных, гінеклагічных і страўнікава-кішачных хірургій. Яе асноўным лазерным разаком з'яўляецца StarCut Tube 2+2 з StarFiber 320FC са сярэдняй магутнасцю 200 Вт. Майк Брэнцэль, адзін з заснавальнікаў NPX, растлумачыў, што «заснавальнікі маюць шматгадовы вопыт распрацоўкі і вытворчасці медыцынскіх прылад — больш за 90 гадоў у агульнай складанасці», з папярэднім вопытам працы з машынамі, падобнымі на StarCut, з выкарыстаннем валаконных лазераў. Значная частка нашай працы звязана з рэзкай нітынолам, і мы ўжо ведаем, што валаконныя лазеры могуць забяспечыць неабходную нам хуткасць і якасць. Для такіх прылад, як таўстасценныя трубкі і сардэчныя клапаны, нам патрэбна хуткасць, і лазер USP можа быць занадта павольным для нашых патрэб. Акрамя вялікіх аб'ёмаў вытворчасці — Мы спецыялізуемся на невялікіх партыях дэталяў — усяго ад 5 да 150 штук — наша мэта — выканаць гэтыя невялікія партыі ўсяго за некалькі дзён, уключаючы праектаванне, праграмаванне, рэзку, фармоўку, пасляапрацоўку і кантроль, у параўнанні з тыднямі пасля размяшчэння замовы ў буйных кампаніях». Акрамя хуткасці, Брэнцэль адзначыў надзейнасць машыны як галоўную перавагу, бо за апошнія 18 месяцаў амаль бесперапыннай працы не патрабавалася ніводнага званка ў службу тэхнічнага абслугоўвання.
Малюнак 2. NPX прапануе розныя варыянты пасляапрацоўкі. Паказаны тут матэрыял — нержавеючая сталь T316 з вонкавым дыяметрам 5 мм і таўшчынёй сценкі 0,254 мм. Левая частка разразаецца/мікраструйная апрацоўка, а правая — электрапаліраваная.
Акрамя нітынолавых дэталяў, кампанія таксама шырока выкарыстоўвае кобальтава-хромавыя сплавы, танталавыя сплавы, тытанавыя сплавы і многія віды медыцынскіх нержавеючых сталей. Джэф Хансен, менеджэр па лазернай апрацоўцы, тлумачыць: «Гнуткасць станка — яшчэ адзін важны перавага, які дазваляе нам падтрымліваць рэзку вельмі разнастайных матэрыялаў, у тым ліку труб і плоскіх пракатаў. Мы можам факусаваць прамень да кропкі 20 мікрон, што карысна для больш тонкіх трубак. Некаторыя з гэтых трубак маюць унутраны дыяметр усяго 0,012 цалі, а высокае суадносіны пікавай магутнасці да сярэдняй магутнасці найноўшых валаконных лазераў максімізуе нашу хуткасць рэзкі, забяспечваючы пры гэтым патрэбную якасць краю. Нам абсалютна патрэбна хуткасць больш буйных вырабаў з вонкавым дыяметрам да 1 цалі».
Акрамя дакладнай рэзкі і хуткага рэагавання, NPX таксама прапануе поўны спектр тэхналогій пост-апрацоўкі, а таксама комплексныя паслугі па праектаванні, якія выкарыстоўваюць яе шырокі вопыт у галіне. Гэтыя метады ўключаюць электрапаліраванне, пяскоструйную апрацоўку, травленне, лазерную зварку, тэрмічную фіксацыю, фармаванне, пасівацыю, выпрабаванні на тэмпературу Af і выпрабаванні на стомленасць, якія з'яўляюцца ключавымі для вырабу прылад Nitinol. Выкарыстанне пост-апрацоўкі для кантролю аздаблення краёў, сказаў Брэнцэль, «звычайна залежыць ад таго, ці гаворка ідзе пра прымяненне з высокай ці нізкай стомленасцю. Напрыклад, дэталь з высокай стомленасцю, такая як сардэчны клапан, можа сагнуцца мільярд разоў на працягу свайго тэрміну службы ў якасці пост-апрацоўкі. У якасці этапу пост-апрацоўкі важна выкарыстоўваць пяскоструйную апрацоўку для павелічэння радыуса ўсіх краёў. Але кампаненты з нізкай стомленасцю, такія як сістэмы дастаўкі або накіроўвальныя правады, часта не патрабуюць шырокай пост-апрацоўкі». Што тычыцца дызайнерскай экспертызы, тлумачыць Брэнцэль, то цяпер да трох чвэрцяў кліентаў таксама карыстаюцца паслугамі дызайну, каб скарыстацца дапамогай і навыкамі NPX у атрыманні адабрэння FDA. Кампанія вельмі добра ўмее ператвараць канцэпцыю «эскіза сурвэткі» ў прадукт у канчатковым выглядзе за кароткі прамежак часу.
Motion Dynamics (Фрутпорт, штат Мічыган) — вытворца мініяцюрных спружын, медыцынскіх шпулек і дроцяных зборак на заказ, місія якога — вырашаць праблемы кліентаў, незалежна ад іх складанасці або, здавалася б, немагчымасці, у самыя кароткія тэрміны. У сферы медыцынскіх прылад кампанія ў першую чаргу надае ўвагу складаным зборкам для нейравасудзістай хірургіі, у тым ліку распрацоўцы, вытворчасці і зборцы высакаякасных дроцяных зборак для такіх ужыванняў, як кіраваныя катетерныя прылады, у тым ліку зборкі «цягальнага дроту».
Як ужо згадвалася раней, выбар валаконнага або USP-лазера з'яўляецца пытаннем інжынерных пераваг, а таксама тыпу абсталявання і падтрымоўваных працэсаў. Крыс Вітэм, прэзідэнт Motion Dynamics, растлумачыў: «Зыходзячы з бізнес-мадэлі, якая ў значнай ступені арыентавана на нейраваскулярныя прадукты, мы можам дасягнуць розных вынікаў у праектаванні, выкананні і абслугоўванні. Мы выкарыстоўваем лазерную рэзку толькі для вытворчасці кампанентаў, якія мы выкарыстоўваем самі, для вытворчасці высокакаштоўных, «складаных» кампанентаў, якія сталі нашай спецыяльнасцю і рэпутацыяй; мы не прапануем лазерную рэзку ў якасці кантрактнай паслугі. Мы выявілі, што большасць лазерных разрэзаў, якія мы выконваем, лепш за ўсё рабіць з дапамогай USP-лазераў, і ўжо шмат гадоў я выкарыстоўваю трубку StarCut з адным з гэтых лазераў. З-за вялікага попыту на нашу прадукцыю ў нас ёсць дзве 8-гадзінныя змены ў дзень, часам нават тры змены, і ў 2019 годзе нам трэба набыць яшчэ адну трубку StarCut, каб падтрымаць гэты рост. Але на гэты раз мы вырашылі выбраць адну з новых гібрыдных мадэляў фемтасекундных USP-лазераў і валаконных лазераў. Мы таксама спалучылі яе з загрузчыкам/разгрузчыкам StarFeed, каб... што мы маглі б цалкам аўтаматызаваць рэзку — аператар проста клаў нарыхтоўку. Труба загружалася ў падавальнік, і запускалася праграмнае забеспячэнне для працы з прадуктам.
Малюнак 3. Гэтая гнуткая трубка для падачы з нержавеючай сталі (паказана побач з гумкай для алоўка) была разрэзана фемтасекундным лазерам Monaco.
Вітэм дадае, што, хоць яны часам выкарыстоўваюць машыну для плоскай рэзкі, больш за 95 працэнтаў свайго часу трацяць на стварэнне або мадыфікацыю цыліндрычных вырабаў для сваіх кіраваных катетарных вузлоў, а менавіта гіпатрубак, спіралей і спіралей, у тым ліку на рэзку прафіляваных наканечнікаў і адтулін. Гэтыя кампаненты ў канчатковым выніку выкарыстоўваюцца ў такіх працэдурах, як рамонт аневрызмы і выдаленне тромбаў. Гэта патрабуе выкарыстання лазерных разцоў для розных металаў, у тым ліку нержавеючай сталі, чыстага золата, плаціны і нітынолу.
Малюнак 4. У Motion Dynamics таксама шырока выкарыстоўваецца лазерная зварка. Вышэй паказана, што шпулька прыварана да лазерна выразанай трубкі.
Якія ёсць варыянты лазернай апрацоўкі? Уітэм растлумачыў, што выдатная якасць грані і мінімальныя прапілы маюць вырашальнае значэнне для большасці іх кампанентаў, таму спачатку яны аддавалі перавагу лазерам USP. Акрамя таго, ні адзін з матэрыялаў, якія выкарыстоўвае кампанія, не можа быць разрэзаны адным з гэтых лазераў, у тым ліку малюсенькія залатыя кампаненты, якія выкарыстоўваюцца ў якасці рэнтгенаўскіх маркераў у некаторых яе прадуктах. Але ён дадаў, што новыя гібрыдныя варыянты, у тым ліку валаконныя лазеры і USP, даюць ім большую гнуткасць у аптымізацыі пытанняў хуткасці/якасці грані. «Няма сумневаў, што валаконная оптыка можа забяспечыць больш высокія хуткасці», — сказаў ён. «Але з-за нашай канкрэтнай спецыялізацыі гэта звычайна азначае нейкі тып пасляапрацоўкі, напрыклад, хімічную і ультрагукавую ачыстку або электрапаліраванне. Такім чынам, наяўнасць гібрыднай машыны дазваляе нам выбраць, які агульны працэс — толькі USP або валаконна-аптычная апрацоўка і пасляапрацоўка — аптымальны для кожнага кампанента. Гэта дазваляе нам вывучыць магчымасць гібрыднай апрацоўкі аднаго і таго ж кампанента, асабліва там, дзе выкарыстоўваюцца большыя дыяметры і таўшчыні сценкі: нават хуткая рэзка валаконнымі лазерамі, а затым выкарыстоўваць фемтасекундны лазер для тонкай рэзкі». Ён чакае, што лазер USP застанецца іх першым выбарам, таму што большасць іх лазерных разрэзаў маюць таўшчыню сценкі ад 4 да 6 тысяч, хоць яны сустракаюцца і з таўшчынёй сценкі ад 1 да 20 тысяч. Трубы з нержавеючай сталі паміж тысячамі.
У заключэнне, лазерная рэзка і свідраванне з'яўляюцца ключавымі працэсамі ў вытворчасці розных медыцынскіх прылад. Сёння, дзякуючы дасягненням у галіне асноўных лазерных тэхналогій і высокааптымізаваным машынам, настроеным для канкрэтных патрэб галіны, гэтыя працэсы прасцейшыя ў выкарыстанні і даюць лепшыя вынікі, чым калі-небудзь раней.