Situs web ini dioperasikan oleh satu atau lebih bisnis yang dimiliki oleh Informa PLC dan semua hak cipta dimiliki oleh mereka. Kantor terdaftar Informa PLC berada di 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Terdaftar di Inggris dan Wales. No. 8860726.
Saat ini, hampir semua pemotongan laser presisi pada logam dan non-logam dilakukan menggunakan alat yang dilengkapi dengan laser serat optik atau laser pulsa ultra pendek (USP), atau terkadang keduanya. Dalam artikel ini, kami akan menjelaskan berbagai keunggulan dari kedua laser tersebut dan melihat bagaimana kedua produsen menggunakan laser ini. NPX Medical (Plymouth, MN) adalah perusahaan pemrosesan khusus kontrak yang memproduksi berbagai perangkat dan alat pemasangan, seperti stent, implan, dan selang fleksibel, menggunakan mesin yang menggabungkan laser serat optik. Motion Dynamics memproduksi sub-rakitan, seperti rakitan "kawat tarik" yang terutama digunakan dalam neurologi, menggunakan mesin yang mencakup laser femtosecond USP dan salah satu sistem hibrida terbaru yang mencakup laser femtosecond dan serat optik untuk fleksibilitas dan keserbagunaan maksimum.
Selama bertahun-tahun, sebagian besar pemesinan mikro laser telah dilakukan menggunakan laser nanodetik solid-state yang disebut laser DPSS. Namun, hal ini sekarang telah berubah sepenuhnya berkat pengembangan dua jenis laser yang sepenuhnya berbeda, dan karenanya saling melengkapi. Awalnya dikembangkan untuk telekomunikasi, laser serat telah berkembang menjadi laser pemrosesan material andalan di banyak industri, seringkali pada panjang gelombang inframerah dekat. Alasan keberhasilannya terletak pada arsitekturnya yang sederhana dan skalabilitas daya yang mudah. ​​Hal ini menghasilkan laser yang ringkas, sangat andal, dan mudah diintegrasikan ke dalam mesin khusus, dan umumnya menawarkan biaya kepemilikan yang lebih rendah daripada jenis laser yang lebih lama. Yang penting untuk pemesinan mikro, berkas keluaran dapat difokuskan ke titik kecil dan bersih dengan diameter hanya beberapa mikron, sehingga ideal untuk pemotongan, pengelasan, dan pengeboran resolusi tinggi. Keluaran mereka juga sangat fleksibel dan terkontrol, dengan laju pulsa mulai dari tembakan tunggal hingga 170 kHz. Bersama dengan daya yang dapat diskalakan, ini mendukung pemotongan dan pengeboran yang cepat.
Namun, potensi kelemahan laser serat optik dalam pemesinan mikro adalah pemesinan fitur kecil dan/atau bagian tipis dan halus. Durasi pulsa yang panjang (misalnya, 50 µs) menghasilkan zona yang terpengaruh panas (HAZ) dalam jumlah kecil, seperti material hasil peleburan ulang dan kekasaran tepi yang kecil, yang mungkin memerlukan beberapa pemrosesan pasca-pemrosesan. Untungnya, laser yang lebih baru—laser pulsa ultrasingkat (USP) dengan pulsa keluaran femtosekon—menghilangkan masalah HAZ.
Dengan laser USP, sebagian besar panas berlebih yang terkait dengan proses pemotongan atau pengeboran terbawa dalam serpihan yang dikeluarkan sebelum sempat menyebar ke material di sekitarnya. Laser USP dengan output pikosekon telah lama digunakan dalam aplikasi permesinan mikro yang melibatkan plastik, semikonduktor, keramik, dan logam tertentu (pikosekon = 10⁻¹² detik). Namun untuk perangkat logam dengan pilar seukuran rambut manusia, konduktivitas termal logam yang tinggi dan ukurannya yang sangat kecil berarti bahwa laser pikosekon tidak selalu memberikan hasil yang lebih baik yang akan membenarkan peningkatan biaya laser USP sebelumnya. Hal ini kini telah berubah dengan munculnya laser femtosekon kelas industri (femtosekon = 10⁻¹⁵ detik). Contohnya adalah seri laser Monaco dari Coherent Inc. Seperti laser serat optik, outputnya adalah cahaya inframerah dekat, yang berarti mereka dapat memotong atau mengebor semua logam yang digunakan dalam perangkat medis, termasuk baja tahan karat, platinum, emas, magnesium, kobalt-kromium, titanium, dan banyak lagi, serta non-logam. Sementara kombinasi durasi pulsa pendek dan energi pulsa rendah mencegah kerusakan termal (HAZ), laju pengulangan tinggi (MHz) memastikan kecepatan throughput yang hemat biaya untuk banyak perangkat medis bernilai tinggi.
Tentu saja, hampir tidak ada seorang pun di industri kami yang hanya membutuhkan satu laser. Sebaliknya, mereka membutuhkan mesin berbasis laser, dan sekarang ada banyak mesin khusus yang dioptimalkan untuk memotong dan mengebor perangkat medis. Contohnya adalah seri StarCut Tube dari Coherent, yang dapat digunakan dengan laser serat optik, laser femtosecond, atau sebagai versi hibrida yang menggabungkan kedua jenis laser tersebut.
Apa yang dimaksud dengan spesialisasi perangkat medis? Sebagian besar perangkat ini diproduksi dalam jumlah terbatas berdasarkan desain khusus. Oleh karena itu, fleksibilitas dan kemudahan penggunaan merupakan pertimbangan utama. Meskipun banyak perangkat diproduksi dari bahan baku, beberapa komponen harus dikerjakan dengan presisi dari bahan baku datar; mesin yang sama harus menangani keduanya untuk memaksimalkan nilainya. Kebutuhan ini biasanya dipenuhi dengan menyediakan gerakan yang dikontrol CNC multi-sumbu (xyz dan putar) dan HMI yang ramah pengguna untuk pemrograman dan kontrol yang sederhana. Dalam kasus StarCut Tube, opsi modul pemuatan tabung baru hadir dengan magasin pemuatan samping (disebut StarFeed) untuk tabung hingga panjang 3 m dan penyortir untuk produk yang dipotong, memungkinkan produksi yang sepenuhnya otomatis.
Fleksibilitas proses mesin-mesin ini semakin ditingkatkan dengan dukungan untuk pemotongan basah dan kering serta nosel pengiriman yang mudah disesuaikan untuk proses yang membutuhkan gas bantu. Resolusi spasial juga sangat penting untuk pemesinan bagian-bagian yang sangat kecil, yang berarti bahwa stabilitas termomekanik menghilangkan efek getaran yang sering ditemui di bengkel mesin. Rangkaian StarCut Tube memenuhi kebutuhan ini dengan membangun seluruh dek pemotongan dengan sejumlah besar elemen granit.
NPX Medical adalah perusahaan manufaktur kontrak yang relatif baru yang menyediakan layanan desain, teknik, dan pemotongan laser presisi untuk produsen perangkat medis. Didirikan pada tahun 2019, perusahaan ini telah membangun reputasi di industri untuk produk berkualitas dan responsif, mendukung berbagai macam perangkat termasuk stent, implan, stent katup, dan tabung pengiriman fleksibel untuk berbagai prosedur bedah, termasuk neurovaskular, jantung, ginjal, tulang belakang, ortopedi, ginekologi, dan bedah gastrointestinal. Pemotong laser utamanya adalah StarCut Tube 2+2 dengan StarFiber 320FC dengan daya rata-rata 200 watt. Mike Brenzel, salah satu pendiri NPX, menjelaskan bahwa “para pendiri membawa pengalaman bertahun-tahun dalam desain dan manufaktur perangkat medis — lebih dari 90 tahun secara total”, dengan pengalaman sebelumnya dengan mesin seperti StarCut yang menggunakan laser serat. Sebagian besar pekerjaan kami melibatkan pemotongan Nitinol dan kami sudah tahu bahwa laser serat dapat memberikan kecepatan dan kualitas yang kami butuhkan. Untuk perangkat seperti tabung berdinding tebal dan katup jantung, kami membutuhkan Kecepatan, dan laser USP mungkin terlalu lambat untuk kebutuhan kami. Selain pesanan produksi volume tinggi – kami mengkhususkan diri dalam batch kecil suku cadang – hanya antara 5 dan 150 buah – tujuan kami adalah untuk menyelesaikan penyelesaian batch kecil ini hanya dalam beberapa hari, termasuk desain, pemrograman, pemotongan, pembentukan, pasca-pemrosesan, dan inspeksi, dibandingkan dengan berminggu-minggu setelah pesanan ditempatkan untuk perusahaan yang lebih besar.” Selain menyebutkan kecepatan, Brenzel menyebutkan keandalan mesin sebagai keuntungan utama, tidak memerlukan satu pun panggilan servis selama 18 bulan terakhir pengoperasian yang hampir terus menerus.
Gambar 2. NPX menawarkan berbagai pilihan pasca-pemrosesan. Material yang ditunjukkan di sini adalah baja tahan karat T316 dengan diameter luar 5 mm dan ketebalan dinding 0,254 mm. Bagian kiri dipotong/di-mikroblasting dan bagian kanan di-elektropolishing.
Selain komponen nitinol, perusahaan ini juga banyak menggunakan paduan kobalt-kromium, paduan tantalum, paduan titanium, dan berbagai jenis baja tahan karat medis. Jeff Hansen, Manajer Pemrosesan Laser, menjelaskan: “Fleksibilitas mesin adalah aset penting lainnya, memungkinkan kami untuk mendukung pemotongan berbagai macam material, termasuk tabung dan benda pipih. Kami dapat memfokuskan sinar hingga titik 20 mikron, yang berguna untuk tabung yang lebih tipis. Beberapa tabung ini hanya berdiameter dalam 0,012 inci, dan rasio daya puncak terhadap daya rata-rata yang tinggi dari laser serat terbaru memaksimalkan kecepatan pemotongan kami sambil tetap memberikan kualitas tepi yang diinginkan. Kami benar-benar membutuhkan kecepatan untuk produk yang lebih besar dengan diameter luar hingga 1 inci.”
Selain pemotongan presisi dan respons cepat, NPX juga menawarkan berbagai teknologi pasca-pemrosesan, serta layanan desain komprehensif yang memanfaatkan pengalamannya yang luas di industri ini. Teknik-teknik ini meliputi pemolesan elektrolitik, sandblasting, pengawetan, pengelasan laser, pengaturan panas, pembentukan, pasivasi, pengujian suhu Af, dan pengujian kelelahan, yang semuanya merupakan kunci dalam fabrikasi perangkat Nitinol. Menggunakan pasca-pemrosesan untuk mengontrol hasil akhir tepi, kata Brenzel, “biasanya bergantung pada apakah kita berbicara tentang aplikasi kelelahan tinggi atau kelelahan rendah. Misalnya, bagian dengan kelelahan tinggi seperti katup jantung mungkin menekuk miliaran kali selama masa pakainya sebagai langkah pasca-pemrosesan. Sebagai langkah penting, sandblasting digunakan untuk meningkatkan radius semua tepi. Tetapi komponen dengan kelelahan rendah seperti sistem pengiriman atau kawat pemandu seringkali tidak memerlukan pasca-pemrosesan yang ekstensif.” Dalam hal keahlian desain, Brenzel menjelaskan, kini ada sebanyak tiga perempat klien yang juga menggunakan jasa desain mereka untuk memanfaatkan bantuan dan keahlian NPX dalam memperoleh persetujuan FDA. Perusahaan ini sangat mahir dalam mengubah konsep "sketsa di atas serbet" menjadi produk dalam bentuk akhirnya dalam waktu singkat.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) adalah produsen pegas miniatur kustom, kumparan medis, dan rakitan kawat yang misinya adalah untuk memecahkan masalah pelanggan, betapapun kompleks atau tampaknya mustahil, dalam waktu sesingkat mungkin. Dalam perangkat medis, perusahaan ini terutama menekankan rakitan kompleks untuk bedah neurovaskular, termasuk desain, produksi, dan perakitan rakitan kawat berkualitas tinggi untuk aplikasi seperti perangkat kateter yang dapat dikendalikan, termasuk rakitan "kawat tarik".
Seperti yang disebutkan sebelumnya, pilihan laser fiber atau USP merupakan masalah preferensi teknik serta jenis peralatan dan proses yang didukung. Chris Witham, Presiden Motion Dynamics, menjelaskan: “Berdasarkan model bisnis yang sangat fokus pada produk neurovaskular, kami dapat memberikan hasil yang berbeda dalam desain, eksekusi, dan layanan. Kami hanya menggunakan pemotongan laser untuk memproduksi komponen yang kami gunakan sendiri. Untuk memproduksi komponen bernilai tinggi dan “sulit” yang telah menjadi spesialisasi dan reputasi kami; kami tidak menawarkan pemotongan laser sebagai layanan kontrak. Kami menemukan bahwa sebagian besar pemotongan laser yang kami lakukan paling baik dilakukan dengan laser USP, dan selama bertahun-tahun saya telah menggunakan StarCut Tube dengan salah satu laser ini. Karena permintaan yang kuat untuk produk kami, kami memiliki dua shift 8 jam sehari, terkadang bahkan tiga shift, dan pada tahun 2019 kami perlu membeli StarCut Tube lain untuk mendukung pertumbuhan ini. Tetapi kali ini, kami memutuskan untuk menggunakan salah satu model hibrida baru dari laser femtosecond USP dan laser fiber. Kami juga memasangkannya dengan Dengan menggunakan loader/unloader StarFeed, kami dapat mengotomatiskan sepenuhnya proses pemotongan – operator hanya perlu memasukkan bahan mentah. Tabung dimasukkan ke dalam feeder dan program perangkat lunak untuk pengoperasian produk dijalankan.
Gambar 3. Tabung pengiriman baja tahan karat fleksibel ini (ditunjukkan di sebelah penghapus pensil) telah dipotong dengan laser femtosecond Monaco.
Witham menambahkan bahwa meskipun mereka kadang-kadang menggunakan mesin tersebut untuk pemotongan datar, lebih dari 95 persen waktu mereka dihabiskan untuk membuat atau memodifikasi produk silindris untuk rakitan kateter yang dapat dikendalikan, yaitu hipotube, koil, dan spiral, termasuk memotong ujung yang diprofilkan dan lubang potong. Komponen-komponen ini pada akhirnya digunakan dalam prosedur seperti perbaikan aneurisma dan pengangkatan trombus. Hal ini membutuhkan penggunaan pemotong laser pada berbagai logam termasuk baja tahan karat, emas murni, platinum, dan nitinol.
Gambar 4. Motion Dynamics juga menggunakan pengelasan laser secara ekstensif. Di atas, kumparan telah dilas ke tabung yang dipotong laser.
Apa saja pilihan laser yang tersedia? Witham menjelaskan bahwa kualitas tepi yang sangat baik dan lebar potongan minimal sangat penting untuk sebagian besar komponen mereka, sehingga awalnya mereka lebih memilih laser USP. Selain itu, tidak ada material yang digunakan perusahaan yang dapat dipotong oleh salah satu laser ini, termasuk komponen emas kecil yang digunakan sebagai penanda radiopak di beberapa produknya. Namun, ia menambahkan bahwa pilihan hibrida baru, termasuk laser serat optik dan USP, memberi mereka lebih banyak fleksibilitas dalam mengoptimalkan masalah kecepatan/kualitas tepi. “Tidak diragukan lagi bahwa serat optik dapat memberikan kecepatan yang lebih tinggi,” katanya. “Tetapi karena fokus aplikasi khusus kami, ini biasanya berarti beberapa jenis pemrosesan pasca-produksi, seperti pembersihan kimia dan ultrasonik atau pemolesan elektrolitik. Jadi, memiliki mesin hibrida memungkinkan kami untuk memilih proses keseluruhan mana – USP saja atau serat optik dan pemrosesan pasca-produksi – yang optimal untuk setiap komponen. Ini memungkinkan kami untuk mengeksplorasi kemungkinan pemesinan hibrida dari komponen yang sama, terutama di mana diameter dan ketebalan dinding yang lebih besar terlibat: bahkan pemotongan cepat dengan laser serat optik, kemudian menggunakan laser femtosecond untuk pemotongan halus.” Dia memperkirakan bahwa laser USP akan tetap menjadi pilihan pertama mereka karena sebagian besar pemotongan laser mereka melibatkan ketebalan dinding antara 4 dan 6 ribu inci, meskipun mereka juga menemukan ketebalan dinding mulai dari 1-20 ribu inci. Pipa baja tahan karat antara 1 ribu inci.
Kesimpulannya, pemotongan dan pengeboran laser adalah proses kunci dalam pembuatan berbagai perangkat medis. Saat ini, berkat kemajuan dalam teknologi laser inti dan mesin yang sangat dioptimalkan yang dikonfigurasi untuk kebutuhan spesifik industri, proses ini lebih mudah digunakan dan memberikan hasil yang lebih baik daripada sebelumnya.