Ovu web stranicu vodi jedno ili više preduzeća u vlasništvu Informa PLC-a i sva autorska prava su u njihovom vlasništvu. Registrovano sjedište Informa PLC-a je na adresi 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Registrovano u Engleskoj i Walesu. Broj 8860726.
Danas se gotovo svo precizno lasersko rezanje metala i nemetala izvodi pomoću alata opremljenih vlaknastim laserima ili laserima ultrakratkog impulsa (USP), ili ponekad oba. U ovom članku ćemo objasniti različite prednosti ova dva lasera i vidjeti kako oba proizvođača koriste ove lasere. NPX Medical (Plymouth, MN) je specijalizirana kompanija za obradu po ugovoru koja proizvodi razne uređaje i alate za postavljanje, kao što su stentovi, implantati i fleksibilne cijevi, koristeći mašine koje uključuju vlaknaste lasere. Motion Dynamics proizvodi podsklopove, kao što su sklopovi "pull wire" koji se prvenstveno koriste u neurologiji, koristeći mašinu koja uključuje USP femtosekundni laser i jedan od najnovijih hibridnih sistema koji uključuju femtosekundne i vlaknaste lasere za maksimalnu fleksibilnost i svestranost.
Dugi niz godina, većina laserske mikroobrade izvodila se korištenjem nanosekundnih lasera u čvrstom stanju koji se nazivaju DPSS laseri. Međutim, to se sada potpuno promijenilo zahvaljujući razvoju dva potpuno različita, a time i komplementarna tipa lasera. Prvobitno razvijeni za telekomunikacije, vlaknasti laseri su sazreli u lasere za obradu materijala u mnogim industrijama, često na bliskim infracrvenim talasnim dužinama. Razlozi njihovog uspjeha leže u jednostavnoj arhitekturi i jednostavnoj skalabilnosti snage. To rezultira laserima koji su kompaktni, vrlo pouzdani i lako se integrišu u specijalizovane mašine, a generalno nude niže troškove vlasništva od starijih tipova lasera. Važno je za mikroobradu da se izlazni snop može fokusirati u malu, čistu tačku prečnika od samo nekoliko mikrona, tako da su idealni za rezanje, zavarivanje i bušenje visoke rezolucije. Njihovi izlazi su također vrlo fleksibilni i kontrolisani, sa brzinama impulsa u rasponu od pojedinačnog impulsa do 170 kHz. Uz skalabilnu snagu, ovo podržava brzo rezanje i bušenje.
Međutim, potencijalni nedostatak vlaknastih lasera u mikroobradi je obrada malih elemenata i/ili tankih, osjetljivih dijelova. Duga trajanja impulsa (npr. 50 µs) rezultiraju malom količinom zone utjecaja topline (HAZ), kao što je ponovno lijevani materijal, i malom hrapavošću rubova, što može zahtijevati određenu naknadnu obradu. Srećom, noviji laseri - laseri ultrakratkih impulsa (USP) s femtosekundnim izlaznim impulsima - eliminiraju problem HAZ-a.
Kod USP lasera, većina dodatne topline povezane s procesom rezanja ili bušenja odnosi se u izbačenim krhotinama prije nego što stignu difundirati u okolni materijal. USP laseri s pikosekundnim izlazom dugo se koriste u mikroobradama koje uključuju plastiku, poluvodiče, keramiku i određene metale (pikosekunde = 10-12 sekundi). Ali za metalne uređaje sa stupovima veličine ljudske dlake, visoka toplinska provodljivost metala i mala veličina znače da pikosekundni laseri ne pružaju uvijek poboljšane rezultate koji bi opravdali povećanu cijenu ranijih USP lasera. To se sada promijenilo pojavom femtosekundnih lasera industrijske klase (femtosekunda = 10-15 sekundi). Primjer je serija lasera Monaco kompanije Coherent Inc. Poput vlaknastih lasera, njihov izlaz je svjetlost bliskog infracrvenog zračenja, što znači da mogu rezati ili bušiti sve metale koji se koriste u medicinskim uređajima, uključujući nehrđajući čelik, platinu, zlato, magnezij, kobalt-krom, titan i druge, kao i nemetale. Dok kombinacija kratkog trajanja impulsa i niskog impulsa... energija sprječava termička oštećenja (HAZ), visoka (MHz) brzina ponavljanja osigurava isplative brzine protoka za mnoge visokovrijedne medicinske uređaje.
Naravno, gotovo nikome u našoj industriji nije potreban samo jedan laser. Umjesto toga, potreban im je stroj baziran na laseru, a sada postoji mnogo specijaliziranih strojeva optimiziranih za rezanje i bušenje medicinskih uređaja. Primjer je Coherentova serija StarCut Tube, koja se može koristiti s vlaknastim laserima, femtosekundnim laserima ili kao hibridna verzija koja uključuje oba tipa lasera.
Šta znači specijalizacija za medicinske uređaje? Većina ovih uređaja proizvodi se u ograničenim serijama na osnovu prilagođenih dizajna. Stoga su fleksibilnost i jednostavnost korištenja ključni faktori. Dok se mnogi uređaji proizvode od gredica, neke komponente moraju biti precizno obrađene od ravnih gredica; ista mašina mora podnijeti oboje kako bi se maksimizirala njena vrijednost. Ove potrebe se obično zadovoljavaju obezbjeđivanjem višeosnog CNC kontrolisanog (xyz i rotacionog) kretanja i korisnički prilagođenog HMI-ja za jednostavno programiranje i kontrolu. U slučaju StarCut Tube, nova opcija modula za utovar cijevi dolazi sa bočnim magazinom za utovar (nazvanim StarFeed) za cijevi dužine do 3 m i sorterom za izrezane proizvode, što omogućava potpuno automatizovanu proizvodnju.
Fleksibilnost procesa ovih mašina dodatno je poboljšana podrškom za mokro i suho rezanje i lako podesivim mlaznicama za dovod plina za procese koji zahtijevaju pomoćni plin. Prostorna rezolucija je također posebno važna za obradu vrlo malih dijelova, što znači da termomehanička stabilnost eliminira efekte vibracija koje se često susreću u mašinskim radionicama. StarCut Tube serija zadovoljava ovu potrebu izgradnjom cijele rezne ploče s velikim brojem granitnih elemenata.
NPX Medical je relativno novi ugovorni proizvođač koji pruža usluge dizajna, inženjeringa i preciznog laserskog rezanja proizvođačima medicinskih uređaja. Osnovana 2019. godine, kompanija je izgradila reputaciju u industriji za kvalitetne proizvode i brzu reakciju, podržavajući širok spektar uređaja, uključujući stentove, implantate, stentove za zaliske i fleksibilne cijevi za isporuku za slično raznolike hirurške intervencije, uključujući neurovaskularne, srčane, bubrežne, spinalne, ortopedske, ginekološke i gastrointestinalne intervencije. Njihov glavni laserski rezač je StarCut Tube 2+2 sa StarFiber 320FC prosječne snage 200 vati. Mike Brenzel, jedan od osnivača NPX-a, objasnio je da „osnivači donose godine iskustva u dizajnu i proizvodnji medicinskih uređaja - ukupno više od 90 godina“, s prethodnim iskustvom sa StarCut-sličnim mašinama koje koriste vlaknaste lasere. Veliki dio našeg rada uključuje rezanje Nitinolom i već znamo da vlaknasti laseri mogu pružiti brzinu i kvalitet koji su nam potrebni. Za uređaje poput cijevi s debelim stijenkama i srčanih zalistaka, potrebna nam je brzina, a USP laser može biti prespor za naše potrebe. Pored velikih proizvodnih narudžbi – Specijalizirani smo za male serije dijelova – samo između 5 i 150 komada – naš cilj je da završimo ove male serije obrade za samo nekoliko dana, uključujući dizajn, programiranje, rezanje, oblikovanje, naknadnu obradu i inspekciju, u poređenju sa sedmicama nakon što je narudžba izvršena za veće kompanije.” Pored brzine, Brenzel je spomenuo pouzdanost mašine kao glavnu prednost, jer nije bio potreban nijedan servisni poziv tokom proteklih 18 mjeseci gotovo neprekidnog rada.
Slika 2. NPX nudi razne opcije naknadne obrade. Prikazani materijal je nehrđajući čelik T316 sa vanjskim promjerom od 5 mm i debljinom stijenke od 0,254 mm. Lijevi dio je rezan/mikropjeskaren, a desni dio je elektropoliran.
Pored nitinolnih dijelova, kompanija također u velikoj mjeri koristi legure kobalt-hroma, legure tantala, legure titana i mnoge vrste medicinskih nehrđajućih čelika. Jeff Hansen, menadžer laserske obrade, objašnjava: „Fleksibilnost mašine je još jedna važna prednost, koja nam omogućava da podržimo rezanje vrlo raznolikog spektra materijala, uključujući cijevi i ravne dijelove. Možemo fokusirati snop na tačku od 20 mikrona, što je korisno za... Tanke cijevi su vrlo korisne. Neke od ovih cijevi imaju unutrašnji promjer od samo 0,012″, a visok omjer vršne snage i prosječne snage najnovijih vlaknastih lasera maksimizira našu brzinu rezanja, a istovremeno pruža željeni kvalitet ivice. Apsolutno nam je potrebna brzina većih proizvoda s vanjskim promjerom do 1 inča.“
Pored preciznog rezanja i brzog odziva, NPX također nudi kompletan asortiman tehnologija naknadne obrade, kao i sveobuhvatne usluge dizajna koje koriste njihovo veliko iskustvo u industriji. Ove tehnike uključuju elektropoliranje, pjeskarenje, kiseljenje, lasersko zavarivanje, termičko fiksiranje, oblikovanje, pasivizaciju, ispitivanje temperature Af i ispitivanje na zamor, a sve su to ključne za izradu Nitinol uređaja. Korištenje naknadne obrade za kontrolu završne obrade rubova, rekao je Brenzel, „obično ovisi o tome govorimo li o primjeni s visokim ili niskim zamorom. Na primjer, dio s visokim zamorom poput srčanog zaliska može se saviti milijardu puta tokom svog vijeka trajanja kao naknadna obrada. Kao korak, važno je koristiti pjeskarenje kako bi se povećao radijus svih rubova. Ali komponente s niskim zamorom poput sistema za isporuku ili žica za vođenje često ne zahtijevaju opsežnu naknadnu obradu.“ Što se tiče stručnosti u dizajnu, Brenzel objašnjava da sada čak tri četvrtine klijenata također koristi njihove dizajnerske usluge kako bi iskoristili NPX-ovu pomoć i vještine u dobivanju odobrenja FDA. Kompanija je vrlo dobra u pretvaranju koncepta "skice salvete" u proizvod u njegovom konačnom obliku u kratkom vremenskom periodu.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) je proizvođač minijaturnih opruga, medicinskih zavojnica i žičanih sklopova po narudžbi čija je misija rješavanje problema kupaca, bez obzira na složenost ili naizgled nemoguće, u najkraćem mogućem roku. U medicinskim uređajima, prvenstveno se naglašavaju složeni sklopovi za neurovaskularnu hirurgiju, uključujući dizajn, proizvodnju i montažu visokokvalitetnih žičanih sklopova za primjene kao što su upravljivi kateterski uređaji, uključujući sklopove "povlačeće žice".
Kao što je ranije spomenuto, izbor vlaknastog ili USP lasera stvar je inženjerskih preferencija, kao i vrste opreme i podržanih procesa. Chris Witham, predsjednik Motion Dynamicsa, objasnio je: „Na osnovu poslovnog modela koji je u velikoj mjeri fokusiran na neurovaskularne proizvode, možemo pružiti diferencirane rezultate u dizajnu, izvođenju i usluzi. Koristimo lasersko rezanje samo za proizvodnju komponenti koje koristimo interno, za proizvodnju visokovrijednih, „teških“ komponenti koje su postale naša specijalnost i reputacija; ne nudimo lasersko rezanje kao ugovornu uslugu. Otkrili smo da se većina laserskih rezova koje izvodimo najbolje izvodi USP laserima, i već dugi niz godina koristim StarCut cijev s jednim od ovih lasera. Zbog velike potražnje za našim proizvodima, imamo dvije smjene od 8 sati dnevno, ponekad čak i tri smjene, a 2019. godine moramo nabaviti još jednu StarCut cijev kako bismo podržali ovaj rast. Ali ovaj put smo odlučili za jedan od novih hibridnih modela femtosekundnih USP lasera i vlaknastih lasera. Također smo ga uparili sa StarFeed utovarivačem/istovarivačem tako da...“ da bismo mogli u potpunosti automatizirati rezanje – operater jednostavno stavlja blank. Cijev se ubacuje u dodavač i pokreće se softverski program za proizvod.
Slika 3. Ova fleksibilna cijev za dovod od nehrđajućeg čelika (prikazana pored gumice za olovke) je izrezana Monaco femtosekundnim laserom.
Witham dodaje da, iako povremeno koriste mašinu za ravno rezanje, više od 95 posto svog vremena provode kreirajući ili modificirajući cilindrične proizvode za svoje sklopove katetera s upravljivim uputama, naime hipotube, zavojnice i spirale, uključujući rezanje profiliranih vrhova i rupa. Ove komponente se u konačnici koriste u postupcima kao što su popravak aneurizme i uklanjanje tromba. To zahtijeva upotrebu laserskih rezača na raznim metalima, uključujući nehrđajući čelik, čisto zlato, platinu i nitinol.
Slika 4. Motion Dynamics također intenzivno koristi lasersko zavarivanje. Gore je zavojnica zavarena na laserski izrezanu cijev.
Koje su laserske opcije? Witham je objasnio da su odličan kvalitet ivica i minimalni rezovi ključni za većinu njihovih komponenti, pa su u početku preferirali USP lasere. Osim toga, nijedan od materijala koje kompanija koristi ne može se rezati jednim od ovih lasera, uključujući sitne zlatne komponente koje se koriste kao radiopakni markeri u nekim od njihovih proizvoda. Ali je dodao da nove hibridne opcije, uključujući vlaknaste lasere i USP-ove, daju im veću fleksibilnost u optimizaciji pitanja brzine/kvaliteta ivica. „Nema sumnje da optička vlakna mogu pružiti veće brzine“, rekao je. „Ali zbog našeg posebnog fokusa na primjenu, to obično znači neku vrstu naknadne obrade, kao što je hemijsko i ultrazvučno čišćenje ili elektropoliranje. Dakle, posjedovanje hibridne mašine nam omogućava da odaberemo koji je ukupni proces – samo USP ili vlakna i naknadna obrada – optimalan za svaku komponentu. Omogućava nam da istražimo mogućnost hibridne obrade iste komponente, posebno tamo gdje su uključeni veći prečnici i debljine zidova: čak i brzo rezanje vlaknastim laserima, a zatim korištenje femtosekundnog lasera za fino rezanje.“ Očekuje da će USP laser ostati njihov prvi izbor jer većina njihovih laserskih rezova uključuje debljine stijenki između 4 i 6 hiljada, iako se susreću s debljinama stijenki u rasponu od 1 do 20 hiljada. Cijevi od nehrđajućeg čelika između hiljada.
Zaključno, lasersko rezanje i bušenje su ključni procesi u proizvodnji različitih medicinskih uređaja. Danas, zahvaljujući napretku u tehnologiji osnovnih lasera i visoko optimiziranim mašinama konfigurisanim za specifične potrebe industrije, ovi procesi su lakši za korištenje i daju bolje rezultate nego ikad prije.