Situs web ini dioperasikan oleh satu atau beberapa bisnis yang dimiliki oleh Informa PLC dan semua hak cipta dimiliki oleh mereka. Kantor terdaftar Informa PLC adalah 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Terdaftar di Inggris dan Wales. No. 8860726.
Saat ini, hampir semua pemotongan laser presisi pada logam dan nonlogam dilakukan menggunakan peralatan yang dilengkapi dengan laser serat atau laser pulsa ultrapendek (USP), atau terkadang keduanya. Dalam artikel ini, kami akan menjelaskan berbagai keuntungan 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 tabung fleksibel, menggunakan mesin yang menggabungkan laser serat. Motion Dynamics memproduksi subrakitan, seperti rakitan "kabel tarik" yang terutama digunakan dalam neurologi, memanfaatkan mesin yang mencakup laser femtodetik USP dan salah satu sistem hibrida terbaru termasuk laser femtodetik dan serat untuk fleksibilitas dan keserbagunaan maksimum.
Selama bertahun-tahun, sebagian besar pemesinan mikro laser dilakukan dengan menggunakan laser nanosecond solid-state yang disebut laser DPSS. Namun, kini hal ini telah berubah total berkat pengembangan dua jenis laser yang benar-benar berbeda, dan karenanya saling melengkapi. Awalnya dikembangkan untuk telekomunikasi, laser serat telah matang menjadi laser pemrosesan material andalan di banyak industri, sering kali 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, sinar keluaran dapat difokuskan ke titik kecil dan bersih dengan diameter hanya beberapa mikron, sehingga ideal untuk pemotongan, pengelasan, dan pengeboran beresolusi tinggi. Keluarannya juga sangat fleksibel dan terkendali, dengan laju pulsa mulai dari tembakan tunggal hingga 170 kHz. Bersamaan dengan daya yang dapat diskalakan, ini mendukung pemotongan dan pengeboran yang cepat.
Namun, potensi kerugian dari laser serat dalam pemesinan mikro adalah pemesinan fitur kecil dan/atau komponen tipis dan halus. Durasi pulsa yang panjang (misalnya, 50 µs) menghasilkan sejumlah kecil zona yang terkena panas (HAZ) seperti material cor ulang dan kekasaran tepi kecil, yang mungkin memerlukan beberapa pasca-pemrosesan. Untungnya, laser yang lebih baru—laser pulsa ultrapendek (USP) dengan pulsa keluaran femtodetik—menghilangkan masalah HAZ.
Dengan laser USP, sebagian besar panas tambahan yang terkait dengan proses pemotongan atau pengeboran terbawa bersama serpihan yang dikeluarkan sebelum sempat menyebar ke material di sekitarnya. Laser USP dengan keluaran pikodetik telah lama digunakan dalam aplikasi pemesinan mikro yang melibatkan plastik, semikonduktor, keramik, dan logam tertentu (pikodetik = 10-12 detik). Namun untuk perangkat logam dengan pilar seukuran rambut manusia, konduktivitas termal logam yang tinggi dan ukurannya yang kecil berarti laser pikodetik tidak selalu memberikan hasil yang lebih baik yang akan membenarkan peningkatan biaya laser USP sebelumnya. Hal ini kini telah berubah dengan munculnya laser femtodetik kelas industri (femtodetik = 10-15 detik). Contohnya adalah seri laser Monaco dari Coherent Inc. Seperti laser serat, keluarannya adalah cahaya inframerah dekat, yang berarti laser ini 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), tingkat pengulangan yang 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 kini terdapat banyak mesin khusus yang dioptimalkan untuk memotong dan mengebor peralatan medis. Contohnya adalah seri StarCut Tube dari Coherent, yang dapat digunakan dengan laser serat, laser femtodetik, atau sebagai versi hibrida yang menggabungkan kedua jenis laser.
Apa arti spesialisasi perangkat medis? Sebagian besar perangkat ini diproduksi dalam jumlah terbatas berdasarkan desain khusus. Oleh karena itu, fleksibilitas dan kemudahan penggunaan merupakan pertimbangan utama. Sementara banyak perangkat diproduksi dari billet, beberapa komponen harus dikerjakan dengan presisi dari billet 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 mudah digunakan untuk pemrograman dan kontrol yang sederhana. Dalam kasus StarCut Tube, opsi modul pemuatan tabung baru dilengkapi dengan magasin pemuatan samping (disebut StarFeed) untuk tabung hingga panjang 3 m dan sorter untuk produk yang dipotong, yang memungkinkan produksi sepenuhnya otomatis.
Fleksibilitas proses pada mesin-mesin ini semakin ditingkatkan dengan dukungan pemotongan basah dan kering serta nosel pengiriman yang mudah disesuaikan untuk proses yang memerlukan gas bantuan. Resolusi spasial juga sangat penting untuk pemesinan komponen yang sangat kecil, yang berarti bahwa stabilitas termomekanis menghilangkan efek getaran yang sering dijumpai di bengkel mesin. Rangkaian StarCut Tube memenuhi kebutuhan ini dengan membangun seluruh dek pemotongan dengan sejumlah besar elemen granit.
NPX Medical adalah produsen kontrak yang cukup baru yang menyediakan layanan desain, rekayasa, 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 perangkat termasuk stent, implan, stent katup, dan tabung pengiriman fleksibel untuk prosedur pembedahan yang beragam, termasuk operasi neurovaskular, jantung, ginjal, tulang belakang, ortopedi, ginekologi, dan 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 desain dan manufaktur perangkat medis selama bertahun-tahun — total lebih dari 90 tahun", dengan pengalaman sebelumnya dengan mesin seperti StarCut yang menggunakan laser serat. Banyak 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 jantung katup, kami memerlukan 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 turnaround batch kecil ini hanya dalam beberapa hari, termasuk desain, pemrograman, pemotongan, pembentukan, pasca-pemrosesan dan inspeksi, dibandingkan dengan minggu-minggu setelah pesanan dilakukan untuk perusahaan yang lebih besar. "Selain menyebutkan kecepatan, Brenzel menyebutkan keandalan mesin sebagai keuntungan utama, tidak memerlukan satu panggilan layanan selama 18 bulan terakhir operasi yang hampir terus-menerus.
Gambar 2. NPX menawarkan berbagai opsi pasca-pemrosesan. Material yang ditampilkan di sini adalah baja tahan karat T316 dengan OD 5 mm dan ketebalan dinding 0,254 mm. Bagian kiri dipotong/di-mikroblast dan bagian kanan dipoles secara elektro.
Selain komponen nitinol, perusahaan juga menggunakan paduan kobalt-kromium, paduan tantalum, paduan titanium, dan banyak jenis baja tahan karat medis. Jeff Hansen, Manajer Pemrosesan Laser, menjelaskan: “Fleksibilitas mesin adalah aset penting lainnya, yang memungkinkan kami mendukung pemotongan berbagai macam material, termasuk tabung dan datar. Kami dapat memfokuskan sinar ke titik 20 mikron, yang berguna untuk Tabung yang lebih tipis sangat berguna. Beberapa tabung ini hanya memiliki ID 0,012″, dan rasio daya puncak yang tinggi terhadap daya rata-rata laser serat terbaru memaksimalkan kecepatan pemotongan kami sambil tetap memberikan kualitas tepi yang diinginkan. Kami Benar-benar membutuhkan kecepatan produk yang lebih besar dengan diameter luar hingga 1 inci.”
Bahasa Indonesia: Selain pemotongan presisi dan respons cepat, NPX juga menawarkan rangkaian lengkap teknologi pasca-pemrosesan, serta layanan desain komprehensif yang memanfaatkan pengalamannya yang luas dalam industri ini. Teknik-teknik ini meliputi electropolishing, sandblasting, pickling, pengelasan laser, pengaturan panas, pembentukan, pasivasi, pengujian suhu Af, dan pengujian kelelahan, yang semuanya merupakan kunci untuk fabrikasi perangkat Nitinol. Menggunakan pasca-pemrosesan untuk mengontrol penyelesaian tepi, kata Brenzel, "biasanya tergantung pada apakah kita berbicara tentang aplikasi kelelahan tinggi atau kelelahan rendah. Misalnya, bagian kelelahan tinggi seperti katup jantung mungkin menekuk satu miliar kali selama masa pakainya sebagai pasca-pemrosesan Sebagai suatu langkah, penting untuk menggunakan sandblasting untuk meningkatkan radius semua tepi. Tetapi komponen kelelahan rendah seperti sistem pengiriman atau kawat pemandu sering kali tidak memerlukan pasca-pemrosesan yang ekstensif." Dalam hal keahlian desain, Brenzel menjelaskan, sekarang ada sebanyak Tiga perempat klien juga menggunakan layanan desain mereka untuk memanfaatkan bantuan dan keterampilan NPX dalam memperoleh persetujuan FDA. Perusahaan ini sangat ahli dalam mengubah konsep "sketsa serbet" menjadi produk dalam bentuk akhirnya dalam waktu singkat.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) adalah produsen pegas miniatur, kumparan medis, dan rakitan kawat yang dibuat khusus, yang misinya adalah memecahkan masalah pelanggan, betapa pun rumit atau tampaknya mustahil, dalam waktu sesingkat mungkin. Dalam perangkat medis, perusahaan ini terutama menekankan pada perakitan kompleks untuk operasi neurovaskular, termasuk desain, produksi, dan perakitan rakitan kawat berkualitas tinggi untuk aplikasi seperti perangkat kateter yang dapat diarahkan, termasuk rakitan "kawat tarik".
Seperti yang disebutkan sebelumnya, pilihan laser serat atau USP merupakan masalah preferensi teknik serta jenis peralatan dan proses yang didukung. Chris Witham, Presiden Motion Dynamics, menjelaskan: “Berdasarkan model bisnis yang sangat berfokus pada produk neurovaskular, kami dapat memberikan hasil yang berbeda dalam desain, pelaksanaan, dan layanan. Kami hanya menggunakan pemotongan laser untuk memproduksi komponen yang kami gunakan di rumah. , untuk memproduksi komponen bernilai tinggi dan “sulit” yang telah menjadi spesialisasi dan reputasi kami; kami tidak menawarkan pemotongan laser sebagai layanan kontrak. Kami telah menemukan bahwa sebagian besar pemotongan laser yang kami lakukan paling baik dilakukan dengan laser USP, dan selama bertahun-tahun saya telah menggunakan Tabung StarCut 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 memperoleh Tabung StarCut lain untuk mendukung Pertumbuhan ini. Namun kali ini, kami memutuskan untuk menggunakan salah satu model hibrida baru laser USP femtosecond dan laser serat. Kami juga memasangkannya dengan pemuat/pembongkar StarFeed sehingga kami dapat sepenuhnya mengotomatiskan pemotongan – operator cukup meletakkan bagian yang kosong Tabung dimuat ke dalam pengumpan dan program operasi perangkat lunak untuk produk dimulai.
Gambar 3. Tabung pengiriman baja tahan karat fleksibel ini (ditunjukkan di sebelah penghapus pensil) telah dipotong dengan laser femtodetik Monaco.
Witham menambahkan bahwa meski mereka sesekali menggunakan mesin tersebut untuk pemotongan datar, lebih dari 95 persen waktu mereka dihabiskan untuk membuat atau memodifikasi produk silinder untuk rakitan kateter yang dapat diarahkan, yaitu hipotube, kumparan, dan spiral, termasuk memotong ujung yang diprofilkan dan membuat lubang. Komponen-komponen ini pada akhirnya digunakan dalam prosedur seperti perbaikan aneurisma dan pengangkatan trombus. Ini memerlukan penggunaan pemotong laser pada berbagai logam termasuk baja tahan karat, emas murni, platinum, dan nitinol.
Gambar 4. Motion Dynamics juga menggunakan pengelasan laser secara luas. Di atas, kumparan telah dilas ke tabung yang dipotong laser.
Apa saja pilihan lasernya? Witham menjelaskan bahwa kualitas tepi yang sangat baik dan kerf yang minimal sangat penting untuk sebagian besar komponennya, jadi mereka awalnya lebih memilih laser USP. Selain itu, tidak ada bahan 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 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. "Namun karena fokus aplikasi khusus kami, ini biasanya berarti beberapa jenis pasca-pemrosesan, seperti pembersihan kimia dan ultrasonik atau pemolesan elektro. Jadi, memiliki mesin hibrida memungkinkan kami memilih proses keseluruhan mana - USP saja atau serat dan penanganan pasca-pemrosesan - yang optimal untuk setiap komponen. Ini memungkinkan kami untuk mengeksplorasi kemungkinan pemesinan hibrida dari komponen yang sama, terutama jika diameter dan ketebalan dinding yang lebih besar terlibat: bahkan pemotongan cepat dengan laser serat, kemudian gunakan laser femtodetik untuk pemotongan halus." Dia berharap laser USP akan tetap menjadi pilihan pertama mereka karena sebagian besar pemotongan laser mereka melibatkan ketebalan dinding antara 4 dan 6 ribu, meskipun mereka menemukan ketebalan dinding berkisar antara 1-20 ribu. Pipa baja tahan karat antara seribu.
Kesimpulannya, pemotongan dan pengeboran laser merupakan proses utama dalam pembuatan berbagai perangkat medis. Saat ini, berkat kemajuan teknologi laser inti dan mesin yang sangat optimal yang dikonfigurasikan untuk kebutuhan spesifik industri, proses ini lebih mudah digunakan dan memberikan hasil yang lebih baik daripada sebelumnya.