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Oghje, guasi tuttu u tagliu laser di precisione di metalli è non metalli hè realizatu cù strumenti dotati di laser à fibra o laser à impulsi ultracorti (USP), o qualchì volta tramindui. In questu articulu, spiegheremu i diversi vantaghji di i dui laser è videremu cumu i dui pruduttori utilizanu questi laser. NPX Medical (Plymouth, MN) hè una sucietà di trasfurmazione specializata per cuntratti chì fabrica una varietà di dispositivi è strumenti di implementazione, cum'è stent, impianti è tubi flessibili, utilizendu macchine chì incorporanu laser à fibra. Motion Dynamics fabrica sottoassemblaggi, cum'è assemblaggi "pull wire" principalmente utilizati in neurologia, utilizendu una macchina chì include un laser à femtosecondi USP è unu di l'ultimi sistemi ibridi, cumpresi laser à femtosecondi è à fibra, per una massima flessibilità è versatilità.
Per parechji anni, a maiò parte di a micromacchinazione laser hè stata realizata cù laser à nanosecondi à statu solidu chjamati laser DPSS. Tuttavia, questu hè avà cambiatu cumpletamente grazia à u sviluppu di dui tipi di laser cumpletamente diversi, è dunque cumplementari. Originariamente sviluppati per e telecomunicazioni, i laser à fibra sò maturati in laser per a trasfurmazione di materiali di cavallu di battaglia in parechje industrie, spessu à lunghezze d'onda vicinu à l'infrarossu. I motivi di u so successu stanu in a so architettura simplice è in a so scalabilità di putenza diretta. Questu si traduce in laser chì sò compatti, altamente affidabili è facili da integrà in macchine specializate, è generalmente offrenu un costu di pruprietà più bassu cà i tipi di laser più vechji. Impurtantemente per a micromacchinazione, u fasciu di uscita pò esse focalizatu in un picculu puntu pulitu di solu pochi micron di diametru, dunque sò ideali per u tagliu, a saldatura è a perforazione ad alta risoluzione. E so uscite sò ancu assai flessibili è cuntrollabili, cù frequenze di impulsi chì varianu da un colpu unicu à 170 kHz. In più di a putenza scalabile, questu supporta u tagliu è a perforazione rapidi.
Tuttavia, un potenziale svantaghju di i laser à fibra in a micromacchinazione hè a machinazione di piccule caratteristiche è/o pezzi fini è delicati. E durate di l'impulsi longhe (per esempiu, 50 µs) risultanu in una piccula quantità di zona affettata da u calore (HAZ) cum'è u materiale rifusu è una piccula rugosità di u bordu, chì pò richiede un pocu di post-elaborazione. Fortunatamente, i laser più recenti - laser à impulsi ultracorti (USP) cù impulsi di uscita di femtosecondi - eliminanu u prublema di HAZ.
Cù i laser USP, a maiò parte di u calore supplementu assuciatu à u prucessu di tagliu o di perforazione hè purtatu via in i detriti espulsi prima ch'ellu abbia u tempu di diffonde si in u materiale circundante. I laser USP cù output di picosecondi sò stati longu aduprati in applicazioni di micromacchinaggio chì implicanu plastiche, semiconduttori, ceramica è certi metalli (picosecondi = 10-12 secondi). Ma per i dispositivi metallichi cù pilastri di a dimensione di un capellu umanu, l'alta conducibilità termica è a dimensione minuscula di u metallu significanu chì i laser di picosecondi ùn furniscenu micca sempre i risultati migliorati chì ghjustificherebbenu l'aumentu di u costu di i laser USP precedenti. Questu hè cambiatu avà cù l'avventu di i laser à femtosecondi di qualità industriale (femtosecondi = 10-15 secondi). Un esempiu hè a serie di laser Monaco di Coherent Inc. Cum'è i laser in fibra, a so output hè luce vicinu à l'infrarossu, ciò chì significa chì ponu taglià o perforà tutti i metalli aduprati in i dispositivi medichi, cumpresi l'acciaio inox, u platinu, l'oru, u magnesiu, u cobalt-cromu, u titaniu è ancu di più, è ancu i non metalli. Mentre a cumbinazione di corta durata di l'impulsu è bassa energia di l'impulsu impedisce i danni termichi (HAZ), l'alta frequenza di ripetizione (MHz) assicura velocità di rendimentu à bon pattu per parechji dispositivi medichi di grande valore.
Benintesa, guasi nimu in a nostra industria hà bisognu di un solu laser. Invece, anu bisognu di una macchina basata nantu à u laser, è ci sò avà parechje macchine specializate ottimizzate per taglià è perforà dispositivi medichi. Un esempiu hè a serie StarCut Tube di Coherent, chì pò esse aduprata cù laser à fibra, laser à femtosecondi, o cum'è una versione ibrida chì incorpora entrambi i tipi di laser.
Chì significa a specializazione di i dispositivi medichi ? A maiò parte di sti dispositivi sò prudutti in lotti limitati basati annantu à disinni persunalizati. Dunque, a flessibilità è a facilità d'usu sò cunsiderazioni chjave. Mentre parechji dispositivi sò fabbricati da billette, alcuni cumpunenti devenu esse lavorati cù precisione da billette piatte; a stessa macchina deve gestisce tramindui per massimizà u so valore. Sti bisogni sò generalmente soddisfatti furnendu un muvimentu cuntrullatu CNC multiasse (xyz è rotativu) è un HMI faciule da aduprà per una prugrammazione è un cuntrollu simplici. In u casu di StarCut Tube, una nova opzione di modulu di caricamentu di tubi vene cun un magazinu di caricamentu laterale (chjamatu StarFeed) per tubi finu à 3 m di lunghezza è un classificatore per i prudutti tagliati, chì permette una pruduzzione cumpletamente automatizata.
A flessibilità di u prucessu di ste macchine hè ancu più rinfurzata da u supportu per u tagliu à umitu è ​​à seccu è da ugelli di consegna facilmente regulabili per i prucessi chì richiedenu gasu di assistenza. A risoluzione spaziale hè ancu particularmente impurtante per a machinazione di pezzi assai chjuchi, ciò significa chì a stabilità termomeccanica elimina l'effetti di e vibrazioni spessu incontrate in l'officine meccaniche. A gamma StarCut Tube risponde à questu bisognu custruendu tuttu u pianu di tagliu cù un gran numeru di elementi in granitu.
NPX Medical hè un fabricatore di cuntratti abbastanza novu chì furnisce servizii di cuncepimentu, ingegneria è tagliu laser di precisione à i fabricatori di dispositivi medichi. Fundata in u 2019, a cumpagnia hà custruitu una reputazione in l'industria per i prudutti di qualità è a reattività, supportendu una vasta gamma di dispositivi cumpresi stent, impianti, stent valvulari è tubi di consegna flessibili per interventi chirurgichi simili diversi, cumpresi chirurgia neurovasculare, cardiaca, renale, spinale, ortopedica, ginecologica è gastrointestinale. U so principale tagliatore laser hè u StarCut Tube 2+2 cù un StarFiber 320FC cù una putenza media di 200 watt. Mike Brenzel, unu di i fundatori di NPX, hà spiegatu chì "i fundatori portanu anni di sperienza in a cuncepimentu è a fabricazione di dispositivi medichi - più di 90 anni in tutale", cù una sperienza precedente cù macchine simili à StarCut chì utilizanu laser à fibra. Gran parte di u nostru travagliu implica u tagliu di Nitinol è sapemu digià chì i laser à fibra ponu furnisce a velocità è a qualità chì ci vole. Per dispositivi cum'è tubi à pareti spesse è valvole cardiache, avemu bisognu di velocità, è u laser USP pò esse troppu lentu per i nostri bisogni. In In più di l'ordini di pruduzzione in grande vulume - simu spezializati in picculi lotti di pezzi - solu trà 5 è 150 pezzi - u nostru scopu hè di compie sti picculi lotti di trasfurmazioni in pochi ghjorni, cumprese a cuncepzione, a prugrammazione, u tagliu, a furmazione, a post-elaborazione è l'ispezione, paragunatu à e settimane dopu à un ordine per e grande cumpagnie. "In più di mintuvà a velocità, Brenzel hà mintuvatu l'affidabilità di a macchina cum'è un vantaghju maiò, chì ùn hà micca bisognu di una sola chjama di serviziu in l'ultimi 18 mesi di funziunamentu quasi cuntinuu.
Figura 2. NPX offre una varietà di opzioni di post-elaborazione. U materiale mostratu quì hè l'acciaio inox T316 cù un diametru esterno di 5 mm è un spessore di parete di 0,254 mm. A parte sinistra hè tagliata/microsabbiata è a parte destra hè elettrolucidata.
In più di e parti in nitinol, a cumpagnia face ancu un usu estensivu di leghe di cobaltu-cromu, leghe di tantalu, leghe di titaniu è parechji tippi d'acciai inossidabili medichi. Jeff Hansen, Manager di Trasfurmazione Laser, spiega: "A flessibilità di a macchina hè un altru vantaghju impurtante, chì ci permette di sustene u tagliu di una gamma assai diversa di materiali, cumpresi tubi è piatti. Pudemu fucalizà u fasciu finu à un puntu di 20 micron, chì hè utile per i tubi più fini sò assai utili. Alcuni di sti tubi sò solu 0,012″ ID, è l'altu rapportu trà a putenza di piccu è a putenza media di l'ultimi laser in fibra massimizza a nostra velocità di tagliu pur furnendu a qualità di bordu desiderata. Avemu assolutamente bisognu di a velocità di i prudutti più grandi cù un diametru esternu finu à 1 pollice."
Oltre à u tagliu di precisione è a risposta rapida, NPX offre ancu una gamma completa di tecnulugie di post-elaborazione, è ancu servizii di cuncepimentu cumpleti chì sfruttanu a so vasta esperienza in l'industria. Queste tecniche includenu elettrolucidatura, sabbiatura, decapaggio, saldatura laser, termofissatura, formatura, passivazione, test di temperatura Af è test di fatica, chì sò tutti chjave per a fabricazione di dispositivi Nitinol. L'usu di u post-elaborazione per cuntrullà a finitura di u bordu, hà dettu Brenzel, "di solitu dipende da se parlemu di una applicazione à alta fatica o à bassa fatica. Per esempiu, una parte à alta fatica cum'è una valvula cardiaca puderia piegassi un miliardu di volte durante a so vita cum'è post-elaborazione. Cum'è passu, hè impurtante aduprà a sabbiatura per aumentà u raghju di tutti i bordi. Ma i cumpunenti à bassa fatica cum'è i sistemi di consegna o i fili guida spessu ùn richiedenu micca un post-elaborazione estensivu". In termini di cumpetenze di cuncepimentu, spiega Brenzel, ci sò avà finu à trè quarti di i clienti chì utilizanu ancu i so servizii di cuncepimentu per prufittà di l'aiutu è di e cumpetenze di NPX per ottene l'approvazione di a FDA. A cumpagnia hè assai brava à trasfurmà u cuncettu di "schizzu di tovagliolu" in un pruduttu in a so forma finale in un cortu periodu di tempu.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) hè un fabricatore di molle miniature persunalizate, bobine mediche è assemblaggi di fili chì a so missione hè di risolve i prublemi di i clienti, ùn importa quantu cumplessi o apparentemente impussibili, in u più breve tempu pussibule. In i dispositivi medichi, mette principalmente in risaltu l'assemblaggi cumplessi per a chirurgia neurovasculare, cumprese a cuncepzione, a pruduzzione è l'assemblaggio di assemblaggi di fili di alta qualità per applicazioni cum'è dispositivi di catetere orientabili, cumpresi l'assemblaggi "pull wire".
Cum'è digià mintuvatu, a scelta di a fibra o di u laser USP hè una questione di preferenza ingegneristica, è ancu di u tipu d'equipaggiu è di prucessi supportati. Chris Witham, presidente di Motion Dynamics, hà spiegatu: "Basatu annantu à un mudellu cummerciale assai focalizatu nantu à i prudutti neurovasculari, pudemu furnisce risultati differenziati in cuncepimentu, esecuzione è serviziu. Usemu solu u tagliu laser per pruduce i cumpunenti chì usemu internamente. , per fabricà i cumpunenti di grande valore, "difficili" chì sò diventati a nostra specialità è reputazione; ùn offremu micca u tagliu laser cum'è serviziu di cuntrattu. Avemu trovu chì a maiò parte di i tagli laser chì realizemu sò megliu fatti cù laser USP, è per parechji anni aghju utilizatu un StarCut Tube cù unu di questi laser. A causa di a forte dumanda di i nostri prudutti, avemu dui turni di 8 ore à ghjornu, qualchì volta ancu trè turni, è in u 2019 avemu bisognu di acquistà un altru StarCut Tube per sustene sta crescita. Ma sta volta, avemu decisu di andà cun unu di i novi mudelli ibridi di laser USP femtosecondi è laser à fibra. L'avemu ancu assuciatu cù un caricatore/scaricatore StarFeed in modu chì pudemu automatizà cumpletamente u tagliu - l'operatore mette solu u pezzu grezzu. U tubu hè caricatu in l'alimentatore è u prugramma operativu di u software per u pruduttu hè lanciatu.
Figura 3. Stu tubu di consegna flessibile in acciaio inox (mostratu accantu à una gomma da cancellare) hè statu tagliatu cù un laser à femtosecondi Monaco.
Witham aghjusta chì, mentre utilizanu à volte a macchina per u tagliu pianu, più di u 95% di u so tempu hè passatu à creà o mudificà prudutti cilindrici per i so assemblaggi di cateteri orientabili, vale à dì ipotubi, bobine è spirali, cumprese u tagliu di punte profilate è i fori tagliati. Quessi cumpunenti sò infine aduprati in procedure cum'è a riparazione di aneurismi è a rimozione di trombi. Questu richiede l'usu di taglierine laser nantu à una varietà di metalli, cumpresi l'acciaio inox, l'oru puru, u platinu è u nitinol.
Figura 4. Motion Dynamics usa ancu assai a saldatura laser. Sopra, a bobina hè stata saldata à u tubu tagliatu à laser.
Chì sò l'opzioni laser? Witham hà spiegatu chì una qualità di bordu eccellente è kerf minimi sò critichi per a maiò parte di i so cumpunenti, dunque inizialmente anu preferitu i laser USP. Inoltre, nisunu di i materiali chì a cumpagnia usa pò esse tagliatu da unu di questi laser, cumpresi i picculi cumpunenti d'oru usati cum'è marcatori radiopachi in alcuni di i so prudutti. Ma hà aghjustatu chì e nuove opzioni ibride, cumpresi i laser in fibra è l'USP, li danu più flessibilità in l'ottimizazione di i prublemi di velocità / qualità di bordu. "Ùn ci hè dubbitu chì a fibra ottica pò furnisce velocità più elevate", disse. "Ma per via di a nostra attenzione particulare à l'applicazione, questu significa di solitu qualchì tipu di post-elaborazione, cum'è a pulizia chimica è ultrasonica o l'elettrolucidatura. Dunque, avè una macchina ibrida ci permette di sceglie quale prucessu generale - USP solu o fibra è post-elaborazione - Ottimale per ogni cumpunente. Ci permette di esplorà a pussibilità di machinazione ibrida di u listessu cumpunente, in particulare induve sò implicati diametri è spessori di parete più grandi: ancu tagli rapidi cù laser in fibra, poi aduprate un laser à femtosecondi per tagli fini ". Aspetta chì u laser USP resterà a so prima scelta perchè a maiò parte di i so tagli laser implicanu spessori di parete trà 4 è 6 mila, ancu s'elli scontranu spessori di parete chì varianu da 1 à 20 mila. Tubi d'acciaio inox trà mila.
In cunclusione, u tagliu laser è a perforazione sò prucessi chjave in a fabricazione di diversi dispositivi medichi. Oghje, grazia à i progressi in a tecnulugia laser di basa è à e macchine altamente ottimizzate cunfigurate per i bisogni specifichi di l'industria, sti prucessi sò più faciuli d'utilizà è furniscenu risultati megliu cà mai.