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आजकल, धातुओं और अधातुओं की लगभग सभी सटीक लेजर कटिंग फाइबर लेजर या अल्ट्राशॉर्ट पल्स (यूएसपी) लेजर, या कभी-कभी दोनों से लैस उपकरणों का उपयोग करके की जाती है। इस लेख में, हम दोनों लेजरों के विभिन्न लाभों की व्याख्या करेंगे और देखेंगे कि दोनों निर्माता इन लेजरों का उपयोग कैसे करते हैं। एनपीएक्स मेडिकल (प्लाइमाउथ, मिनेसोटा) एक अनुबंधित विशेषज्ञ प्रसंस्करण कंपनी है जो फाइबर लेजर युक्त मशीनों का उपयोग करके स्टेंट, इम्प्लांट और लचीली ट्यूबिंग जैसे विभिन्न उपकरणों और तैनाती उपकरणों का निर्माण करती है। मोशन डायनेमिक्स न्यूरोलॉजी में मुख्य रूप से उपयोग किए जाने वाले "पुल वायर" असेंबली जैसे सबअसेंबली का निर्माण करती है, जिसमें यूएसपी फेमटोसेकंड लेजर और अधिकतम लचीलेपन और बहुमुखी प्रतिभा के लिए फेमटोसेकंड और फाइबर लेजर सहित नवीनतम हाइब्रिड सिस्टम में से एक शामिल है।
कई वर्षों से, अधिकांश लेजर माइक्रोमशीनिंग का कार्य DPSS लेजर नामक सॉलिड-स्टेट नैनोसेकंड लेजर का उपयोग करके किया जाता रहा है। हालांकि, दो पूरी तरह से भिन्न, और इसलिए एक-दूसरे के पूरक, लेजर प्रकारों के विकास के कारण अब यह स्थिति पूरी तरह से बदल गई है। मूल रूप से दूरसंचार के लिए विकसित, फाइबर लेजर कई उद्योगों में, अक्सर निकट-अवरक्त तरंग दैर्ध्य पर, मुख्य सामग्री प्रसंस्करण लेजर के रूप में विकसित हो चुके हैं। इसकी सफलता का कारण इसकी सरल संरचना और शक्ति को आसानी से बढ़ाने की क्षमता है। इसके परिणामस्वरूप, ये लेजर कॉम्पैक्ट, अत्यधिक विश्वसनीय और विशेष मशीनों में आसानी से एकीकृत हो जाते हैं, और आमतौर पर पुराने लेजर प्रकारों की तुलना में इनकी स्वामित्व लागत कम होती है। माइक्रोमशीनिंग के लिए महत्वपूर्ण बात यह है कि आउटपुट बीम को केवल कुछ माइक्रोन व्यास के एक छोटे, साफ बिंदु में केंद्रित किया जा सकता है, इसलिए ये उच्च-रिज़ॉल्यूशन कटिंग, वेल्डिंग और ड्रिलिंग के लिए आदर्श हैं। इनके आउटपुट भी बहुत लचीले और नियंत्रणीय होते हैं, जिनकी पल्स दर सिंगल शॉट से लेकर 170 किलोहर्ट्ज़ तक होती है। शक्ति को बढ़ाने की क्षमता के साथ, यह तीव्र कटिंग और ड्रिलिंग में सहायक होता है।
हालांकि, माइक्रोमशीनिंग में फाइबर लेजर का एक संभावित नुकसान छोटे फीचर्स और/या पतले, नाजुक हिस्सों की मशीनिंग में होता है। लंबी (जैसे, 50 µs) पल्स अवधि के कारण थोड़ी मात्रा में हीट अफेक्टेड ज़ोन (HAZ) बनता है, जैसे कि रीकास्ट मटेरियल और किनारों पर थोड़ी खुरदरापन, जिसके लिए कुछ पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता हो सकती है। सौभाग्य से, नए लेजर—फेमटोसेकंड आउटपुट पल्स वाले अल्ट्राशॉर्ट पल्स (USP) लेजर—HAZ की समस्या को खत्म कर देते हैं।
यूएसपी लेज़रों के साथ, काटने या ड्रिलिंग प्रक्रिया से जुड़ी अधिकांश अतिरिक्त ऊष्मा आसपास की सामग्री में फैलने से पहले ही उत्सर्जित मलबे में निकल जाती है। पिकोसेकंड आउटपुट वाले यूएसपी लेज़रों का उपयोग लंबे समय से प्लास्टिक, सेमीकंडक्टर, सिरेमिक और कुछ धातुओं (पिकोसेकंड = 10⁻¹² सेकंड) से संबंधित माइक्रोमशीनिंग अनुप्रयोगों में किया जाता रहा है। लेकिन मानव बाल के आकार के खंभों वाले धातु उपकरणों के लिए, धातु की उच्च तापीय चालकता और छोटे आकार का मतलब है कि पिकोसेकंड लेज़र हमेशा बेहतर परिणाम नहीं देते हैं जो पहले के यूएसपी लेज़रों की बढ़ी हुई लागत को उचित ठहरा सकें। औद्योगिक स्तर के फेम्टोसेकंड लेज़रों (फेम्टोसेकंड = 10⁻¹⁵ सेकंड) के आगमन के साथ अब यह स्थिति बदल गई है। इसका एक उदाहरण कोहेरेंट इंक. की मोनाको श्रृंखला के लेज़र हैं। फाइबर लेज़रों की तरह, इनका आउटपुट निकट-अवरक्त प्रकाश होता है, जिसका अर्थ है कि ये चिकित्सा उपकरणों में उपयोग की जाने वाली सभी धातुओं को काट या ड्रिल कर सकते हैं, जिनमें स्टेनलेस स्टील, प्लैटिनम, सोना, मैग्नीशियम, कोबाल्ट-क्रोमियम, टाइटेनियम और अन्य शामिल हैं। अधातुओं के लिए। जबकि कम पल्स अवधि और कम पल्स ऊर्जा का संयोजन थर्मल क्षति (HAZ) को रोकता है, उच्च (MHz) पुनरावृति दर कई उच्च-मूल्य वाले चिकित्सा उपकरणों के लिए लागत प्रभावी थ्रूपुट गति सुनिश्चित करती है।
बेशक, हमारे उद्योग में शायद ही किसी को सिर्फ एक लेजर की ज़रूरत होती है। इसके बजाय, उन्हें लेजर-आधारित मशीन की ज़रूरत होती है, और अब चिकित्सा उपकरणों की कटिंग और ड्रिलिंग के लिए अनुकूलित कई विशेष मशीनें उपलब्ध हैं। इसका एक उदाहरण कोहेरेंट की स्टारकट ट्यूब श्रृंखला है, जिसका उपयोग फाइबर लेजर, फेमटोसेकंड लेजर के साथ या दोनों प्रकार के लेजर को मिलाकर एक हाइब्रिड संस्करण के रूप में किया जा सकता है।
चिकित्सा उपकरण विशेषज्ञता का क्या अर्थ है? इनमें से अधिकांश उपकरण कस्टम डिज़ाइन के आधार पर सीमित मात्रा में उत्पादित किए जाते हैं। इसलिए, लचीलापन और उपयोग में आसानी प्रमुख विचारणीय बिंदु हैं। जबकि कई उपकरण बिलेट्स से निर्मित होते हैं, कुछ घटकों को फ्लैट बिलेट्स से सटीक रूप से मशीनीकृत किया जाना आवश्यक है; अधिकतम मूल्य प्राप्त करने के लिए एक ही मशीन को दोनों कार्यों को संभालना चाहिए। इन आवश्यकताओं को आमतौर पर मल्टी-एक्सिस सीएनसी नियंत्रित (xyz और घूर्णी) गति और सरल प्रोग्रामिंग और नियंत्रण के लिए उपयोगकर्ता के अनुकूल एचएमआई प्रदान करके पूरा किया जाता है। स्टारकट ट्यूब के मामले में, एक नया ट्यूब लोडिंग मॉड्यूल विकल्प 3 मीटर तक की लंबाई वाली ट्यूबों के लिए साइड लोडिंग मैगज़ीन (जिसे स्टारफ़ीड कहा जाता है) और कटे हुए उत्पादों के लिए एक सॉर्टर के साथ आता है, जिससे पूर्णतः स्वचालित उत्पादन संभव हो जाता है।
इन मशीनों की प्रक्रिया लचीलापन गीली और सूखी कटिंग के लिए समर्थन और सहायक गैस की आवश्यकता वाली प्रक्रियाओं के लिए आसानी से समायोज्य डिलीवरी नोजल द्वारा और भी बढ़ जाता है। स्थानिक संकल्प भी बहुत छोटे पुर्जों की मशीनिंग के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जिसका अर्थ है कि थर्मोमैकेनिकल स्थिरता मशीन वर्कशॉप में अक्सर होने वाले कंपन के प्रभावों को समाप्त कर देती है। स्टारकट ट्यूब रेंज ग्रेनाइट तत्वों की एक बड़ी संख्या के साथ संपूर्ण कटिंग डेक का निर्माण करके इस आवश्यकता को पूरा करती है।
एनपीएक्स मेडिकल एक अपेक्षाकृत नई कॉन्ट्रैक्ट मैन्युफैक्चरिंग कंपनी है जो मेडिकल डिवाइस निर्माताओं को डिजाइन, इंजीनियरिंग और सटीक लेजर कटिंग सेवाएं प्रदान करती है। 2019 में स्थापित, कंपनी ने गुणवत्तापूर्ण उत्पादों और त्वरित प्रतिक्रिया के लिए उद्योग में अपनी प्रतिष्ठा बनाई है, और न्यूरोवास्कुलर, कार्डियक, रीनल, स्पाइन, ऑर्थोपेडिक, गायनेकोलॉजिकल और गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल सर्जरी सहित विभिन्न सर्जिकल प्रक्रियाओं में उपयोग होने वाले स्टेंट, इम्प्लांट, वाल्व स्टेंट और फ्लेक्सिबल डिलीवरी ट्यूब सहित कई प्रकार के उपकरणों का समर्थन करती है। इसका मुख्य लेजर कटर स्टारकट ट्यूब 2+2 है जिसमें स्टारफाइबर 320एफसी लगा है और इसकी औसत शक्ति 200 वाट है। एनपीएक्स के संस्थापकों में से एक, माइक ब्रेन्ज़ेल ने बताया कि "संस्थापकों के पास मेडिकल डिवाइस डिजाइन और निर्माण का वर्षों का अनुभव है - कुल मिलाकर 90 वर्षों से अधिक", और उन्हें फाइबर लेजर का उपयोग करने वाली स्टारकट जैसी मशीनों का पूर्व अनुभव भी है। हमारे अधिकांश काम में नाइट्रिनोल कटिंग शामिल है और हम पहले से ही जानते हैं कि फाइबर लेजर हमें आवश्यक गति और गुणवत्ता प्रदान कर सकते हैं। मोटी दीवारों वाली ट्यूबों और हृदय वाल्व जैसे उपकरणों के लिए, हमें आवश्यकता होती है गति के मामले में, यूएसपी लेजर हमारी आवश्यकताओं के लिए बहुत धीमा हो सकता है। उच्च मात्रा में उत्पादन आदेशों के अलावा - हम पुर्जों के छोटे बैचों में विशेषज्ञता रखते हैं - केवल 5 से 150 टुकड़ों के बीच - हमारा लक्ष्य इन छोटे बैचों को डिजाइन, प्रोग्रामिंग, कटिंग, फॉर्मिंग, पोस्ट-प्रोसेसिंग और निरीक्षण सहित कुछ ही दिनों में पूरा करना है, जबकि बड़ी कंपनियों के लिए ऑर्डर दिए जाने के बाद हफ्तों लग जाते हैं। गति का उल्लेख करने के अलावा, ब्रेन्ज़ेल ने मशीन की विश्वसनीयता को एक प्रमुख लाभ के रूप में बताया, पिछले 18 महीनों के लगभग निरंतर संचालन में एक भी सर्विस कॉल की आवश्यकता नहीं पड़ी है।
चित्र 2. एनपीएक्स पोस्ट-प्रोसेसिंग के कई विकल्प प्रदान करता है। यहाँ प्रदर्शित सामग्री 5 मिमी बाहरी व्यास और 0.254 मिमी दीवार मोटाई वाला टी316 स्टेनलेस स्टील है। बायां भाग काटा/माइक्रोब्लास्ट किया गया है और दायां भाग इलेक्ट्रोपॉलिश किया गया है।
निटिनोल पार्ट्स के अलावा, कंपनी कोबाल्ट-क्रोमियम मिश्र धातु, टैंटलम मिश्र धातु, टाइटेनियम मिश्र धातु और कई प्रकार के मेडिकल स्टेनलेस स्टील का भी व्यापक रूप से उपयोग करती है। लेजर प्रोसेसिंग मैनेजर, जेफ हैनसेन बताते हैं: “मशीन की लचीलता एक और महत्वपूर्ण विशेषता है, जो हमें ट्यूब और फ्लैट सहित विभिन्न प्रकार की सामग्रियों की कटिंग करने में सक्षम बनाती है। हम बीम को 20-माइक्रोन स्पॉट तक फोकस कर सकते हैं, जो पतली ट्यूबों के लिए उपयोगी है। इनमें से कुछ ट्यूबों का आंतरिक व्यास केवल 0.012 इंच होता है, और नवीनतम फाइबर लेजरों की पीक पावर और औसत पावर का उच्च अनुपात वांछित एज क्वालिटी प्रदान करते हुए हमारी कटिंग स्पीड को अधिकतम करता है। हमें 1 इंच तक के बाहरी व्यास वाले बड़े उत्पादों के लिए निश्चित रूप से तेज गति की आवश्यकता होती है।”
सटीक कटिंग और त्वरित प्रतिक्रिया के अलावा, NPX पोस्ट-प्रोसेसिंग तकनीकों की एक पूरी श्रृंखला और व्यापक डिज़ाइन सेवाएं भी प्रदान करता है, जो उद्योग में इसके व्यापक अनुभव का लाभ उठाती हैं। इन तकनीकों में इलेक्ट्रोपॉलिशिंग, सैंडब्लास्टिंग, पिकलिंग, लेजर वेल्डिंग, हीट सेटिंग, फॉर्मिंग, पैसिवेशन, AF तापमान परीक्षण और थकान परीक्षण शामिल हैं, जो सभी नाइट्रिनोल डिवाइस निर्माण के लिए महत्वपूर्ण हैं। किनारों की फिनिश को नियंत्रित करने के लिए पोस्ट-प्रोसेसिंग का उपयोग करते हुए, ब्रेन्ज़ेल ने कहा, "यह आमतौर पर इस बात पर निर्भर करता है कि हम उच्च-थकान या कम-थकान वाले अनुप्रयोग की बात कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, हृदय वाल्व जैसे उच्च-थकान वाले हिस्से अपने जीवनकाल में एक अरब बार मुड़ सकते हैं। पोस्ट-प्रोसेसिंग के एक चरण के रूप में, सभी किनारों की त्रिज्या बढ़ाने के लिए सैंडब्लास्टिंग का उपयोग करना महत्वपूर्ण है। लेकिन डिलीवरी सिस्टम या गाइडवायर जैसे कम-थकान वाले घटकों को अक्सर व्यापक पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता नहीं होती है।" डिजाइन विशेषज्ञता के संदर्भ में, ब्रेन्ज़ेल बताते हैं कि अब लगभग तीन-चौथाई ग्राहक एफडीए अनुमोदन प्राप्त करने में एनपीएक्स की सहायता और कौशल का लाभ उठाने के लिए उनकी डिजाइन सेवाओं का उपयोग करते हैं। कंपनी "नैपकिन स्केच" अवधारणा को कम समय में उसके अंतिम रूप में उत्पाद में बदलने में बहुत कुशल है।
मोशन डायनेमिक्स (फ्रूटपोर्ट, मिशिगन) कस्टम मिनिएचर स्प्रिंग्स, मेडिकल कॉइल्स और वायर असेंबली का निर्माता है, जिसका उद्देश्य ग्राहकों की समस्याओं को, चाहे वे कितनी भी जटिल या असंभव क्यों न लगें, कम से कम समय में हल करना है। चिकित्सा उपकरणों के क्षेत्र में, यह मुख्य रूप से न्यूरोवास्कुलर सर्जरी के लिए जटिल असेंबली पर जोर देता है, जिसमें स्टीयरेबल कैथेटर डिवाइस जैसे अनुप्रयोगों के लिए उच्च-गुणवत्ता वाली वायर असेंबली का डिजाइन, उत्पादन और संयोजन शामिल है, जिसमें "पुल वायर" असेंबली भी शामिल है।
जैसा कि पहले बताया गया है, फाइबर या यूएसपी लेजर का चुनाव इंजीनियरिंग की प्राथमिकता के साथ-साथ उपकरण और प्रक्रियाओं के प्रकार पर भी निर्भर करता है। मोशन डायनेमिक्स के अध्यक्ष क्रिस विथम ने बताया: “न्यूरोवास्कुलर उत्पादों पर केंद्रित व्यावसायिक मॉडल के आधार पर, हम डिज़ाइन, निष्पादन और सेवा में विशिष्ट परिणाम प्रदान कर सकते हैं। हम केवल उन्हीं घटकों के उत्पादन के लिए लेजर कटिंग का उपयोग करते हैं जिनका उपयोग हम अपने आंतरिक कार्यों में करते हैं। उच्च-मूल्य वाले, “कठिन” घटकों के निर्माण के लिए, जो हमारी विशेषता और प्रतिष्ठा बन गए हैं; हम लेजर कटिंग को संविदा सेवा के रूप में प्रदान नहीं करते हैं। हमने पाया है कि हमारे द्वारा किए जाने वाले अधिकांश लेजर कट यूएसपी लेजर से सबसे अच्छे तरीके से किए जाते हैं, और कई वर्षों से मैं इनमें से एक लेजर के साथ स्टारकट ट्यूब का उपयोग कर रहा हूं। हमारे उत्पादों की भारी मांग के कारण, हम दिन में दो 8 घंटे की शिफ्ट में काम करते हैं, कभी-कभी तीन शिफ्ट में भी, और 2019 में हमें इस विकास को समर्थन देने के लिए एक और स्टारकट ट्यूब खरीदने की आवश्यकता है। लेकिन इस बार, हमने फेमटोसेकंड यूएसपी लेजर और फाइबर लेजर के नए हाइब्रिड मॉडल में से एक को चुनने का फैसला किया है। हमने इसे एक स्टारफीड लोडर/अनलोडर का उपयोग करके हम कटिंग प्रक्रिया को पूरी तरह से स्वचालित कर सकते हैं - ऑपरेटर बस ट्यूब को फीडर में डालता है और उत्पाद के लिए सॉफ्टवेयर ऑपरेटिंग प्रोग्राम शुरू हो जाता है।
चित्र 3. यह लचीली स्टेनलेस स्टील डिलीवरी ट्यूब (पेंसिल इरेज़र के बगल में दिखाई गई) मोनाको फेमटोसेकंड लेजर से काटी गई है।
विथम आगे बताते हैं कि हालांकि वे कभी-कभी सपाट कटिंग के लिए मशीन का उपयोग करते हैं, लेकिन उनका 95 प्रतिशत से अधिक समय स्टीयरेबल कैथेटर असेंबली के लिए बेलनाकार उत्पादों, जैसे कि हाइपोट्यूब, कॉइल और स्पाइरल, को बनाने या संशोधित करने में व्यतीत होता है, जिसमें प्रोफाइल किए गए सिरे और छेद काटना शामिल है। इन घटकों का उपयोग अंततः एन्यूरिज्म की मरम्मत और थ्रोम्बस हटाने जैसी प्रक्रियाओं में किया जाता है। इसके लिए स्टेनलेस स्टील, शुद्ध सोना, प्लैटिनम और नाइट्रिनोल सहित विभिन्न धातुओं पर लेजर कटर का उपयोग आवश्यक है।
चित्र 4. मोशन डायनामिक्स में लेजर वेल्डिंग का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ऊपर, कॉइल को लेजर से कटी हुई ट्यूब से वेल्ड किया गया है।
लेजर के क्या विकल्प हैं? विथम ने बताया कि उनके अधिकांश घटकों के लिए उत्कृष्ट किनारा गुणवत्ता और न्यूनतम कट बहुत ज़रूरी हैं, इसलिए उन्होंने शुरू में यूएसपी लेजर को प्राथमिकता दी। इसके अलावा, कंपनी द्वारा उपयोग की जाने वाली कोई भी सामग्री इन लेजरों से नहीं काटी जा सकती, जिसमें कुछ उत्पादों में रेडियोओपेक मार्कर के रूप में उपयोग किए जाने वाले छोटे सोने के घटक भी शामिल हैं। लेकिन उन्होंने आगे कहा कि फाइबर लेजर और यूएसपी सहित नए हाइब्रिड विकल्प उन्हें गति/किनारा गुणवत्ता संबंधी समस्याओं को अनुकूलित करने में अधिक लचीलापन प्रदान करते हैं। उन्होंने कहा, "इसमें कोई संदेह नहीं है कि फाइबर ऑप्टिक्स उच्च गति प्रदान कर सकते हैं। लेकिन हमारे विशेष अनुप्रयोग फोकस के कारण, इसका आमतौर पर मतलब कुछ प्रकार की पोस्ट-प्रोसेसिंग होता है, जैसे कि रासायनिक और अल्ट्रासोनिक सफाई या इलेक्ट्रोपॉलिशिंग। इसलिए एक हाइब्रिड मशीन होने से हमें यह चुनने की सुविधा मिलती है कि प्रत्येक घटक के लिए कौन सी समग्र प्रक्रिया - केवल यूएसपी या फाइबर और पोस्ट-प्रोसेसिंग - इष्टतम है। यह हमें एक ही घटक की हाइब्रिड मशीनिंग की संभावना तलाशने की अनुमति देता है, खासकर जहां बड़े व्यास और दीवार की मोटाई शामिल हो: फाइबर लेजर से तेज़ कटिंग करने के बाद, महीन कटिंग के लिए फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग किया जा सकता है।" उन्हें उम्मीद है कि यूएसपी लेजर उनकी पहली पसंद बना रहेगा क्योंकि उनके अधिकांश लेजर कट में 4 से 6 थाउ मोटाई की दीवारें शामिल होती हैं, हालांकि उन्हें 1 से 20 थाउ मोटाई की दीवारें भी मिलती हैं। स्टेनलेस स्टील पाइपों की मोटाई 1 से 20 थाउ के बीच होती है।
निष्कर्षतः, लेजर कटिंग और ड्रिलिंग विभिन्न चिकित्सा उपकरणों के निर्माण में महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं हैं। आज, कोर लेजर प्रौद्योगिकी में प्रगति और उद्योग की विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुरूप अनुकूलित मशीनों के कारण, ये प्रक्रियाएं पहले से कहीं अधिक उपयोग में आसान हैं और बेहतर परिणाम प्रदान करती हैं।