Бұл веб-сайт Informa PLC компаниясына тиесілі бір немесе бірнеше бизнеспен басқарылады және барлық авторлық құқықтар оларға тиесілі. Informa PLC компаниясының тіркелген кеңсесі - 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Англия мен Уэльсте тіркелген. № 8860726.
Бүгінгі таңда металдар мен металл еместерді дәл лазерлік кесудің барлығы дерлік талшықты лазерлермен немесе ультрақысқа импульстік (USP) лазерлермен жабдықталған құралдарды немесе кейде екеуін де пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Бұл мақалада біз екі лазердің әртүрлі артықшылықтарын түсіндіреміз және екі өндіруші де бұл лазерлерді қалай пайдаланатынын көреміз. NPX Medical (Плимут, Миннесота) - талшықты лазерлерді қамтитын машиналарды пайдаланып, стенттер, имплантаттар және икемді түтіктер сияқты әртүрлі құрылғылар мен орналастыру құралдарын шығаратын келісімшарттық мамандандырылған өңдеу компаниясы. Motion Dynamics негізінен неврологияда қолданылатын «тартылатын сым» жинақтары сияқты қосалқы жинақтарды шығарады, ол USP фемтосекундтық лазерін және максималды икемділік пен әмбебаптық үшін фемтосекундтық және талшықты лазерлерді қамтитын ең соңғы гибридті жүйелердің бірін қамтитын машинаны пайдаланады.
Көптеген жылдар бойы лазерлік микроөңдеу DPSS лазерлері деп аталатын қатты денелі наносекундтық лазерлерді қолдану арқылы жүзеге асырылды. Дегенмен, бұл қазір екі мүлдем басқа және сондықтан бір-бірін толықтыратын лазер түрлерінің дамуына байланысты толығымен өзгерді. Бастапқыда телекоммуникация үшін жасалған талшықты лазерлер көптеген салаларда, көбінесе жақын инфрақызыл толқын ұзындықтарында жұмыс материалдарын өңдеуге арналған лазерлерге айналды. Оның табысының себептері оның қарапайым архитектурасында және қарапайым қуат масштабталуында жатыр. Бұл ықшам, өте сенімді және мамандандырылған машиналарға біріктіруге оңай лазерлерге әкеледі және әдетте ескі лазер түрлеріне қарағанда иелену құнын төмендетеді. Микроөңдеу үшін маңыздысы, шығыс сәулесін диаметрі бірнеше микрон болатын кішкентай, таза жерге бағыттауға болады, сондықтан олар жоғары ажыратымдылықтағы кесу, дәнекерлеу және бұрғылау үшін өте қолайлы. Олардың шығыстары да өте икемді және басқарылатын, импульстік жиіліктері бір реттік соққыдан 170 кГц-ке дейін өзгереді. Масштабталатын қуатпен қатар, бұл жылдам кесу мен бұрғылауды қолдайды.
Дегенмен, микроөңдеудегі талшықты лазерлердің әлеуетті кемшілігі - ұсақ бөлшектерді және/немесе жұқа, нәзік бөлшектерді өңдеу. Ұзақ (мысалы, 50 мкс) импульс ұзақтығы қайта құйылған материал және кішкентай жиек кедір-бұдырлығы сияқты аз мөлшерде жылу әсер ететін аймаққа (HAZ) әкеледі, бұл кейіннен өңдеуді қажет етуі мүмкін. Бақытымызға орай, фемтосекундтық шығыс импульстары бар ультрақысқа импульстік (USP) лазерлер - HAZ мәселесін жояды.
USP лазерлерінде кесу немесе бұрғылау процесімен байланысты қосымша жылудың көп бөлігі қоршаған материалға таралуына уақыт жетпей тұрып, шығарылған қоқыстармен бірге кетеді. Пикосекундтық шығысы бар USP лазерлері пластмассаларды, жартылай өткізгіштерді, керамиканы және кейбір металдарды (пикосекундтар = 10-12 секунд) қамтитын микроөңдеу қолданбаларында ұзақ уақыт бойы қолданылып келеді. Бірақ адам шашының өлшеміндей бағаналары бар металл құрылғылар үшін металдың жоғары жылу өткізгіштігі және кішкентай өлшемі пикосекундтық лазерлердің бұрынғы USP лазерлерінің құнының өсуін ақтайтын жақсартылған нәтижелерді әрқашан бере бермейтінін білдіреді. Бұл қазір өнеркәсіптік деңгейдегі фемтосекундтық лазерлердің пайда болуымен өзгерді (фемтосекунд = 10-15 секунд). Мысал ретінде Coherent Inc. компаниясының Монакодағы лазерлер сериясын келтіруге болады. Талшықты лазерлер сияқты, олардың шығысы жақын инфрақызыл жарық болып табылады, бұл олардың медициналық құрылғыларда қолданылатын барлық металдарды, соның ішінде тот баспайтын болатты, платинаны, алтынды, магнийді, кобальт-хромды, титанды және т.б., сондай-ақ металл емес металдарды кесуге немесе бұрғылауға болатынын білдіреді. Қысқа импульс ұзақтығы мен төмен импульстің үйлесімі... Импульстік энергия термиялық зақымданудың (HAZ) алдын алады, жоғары (МГц) қайталану жиілігі көптеген жоғары құнды медициналық құрылғылар үшін үнемді өткізу жылдамдығын қамтамасыз етеді.
Әрине, біздің салада ешкімге тек бір лазер қажет емес. Оның орнына оларға лазерлік машина қажет, ал қазір медициналық құрылғыларды кесу және бұрғылау үшін оңтайландырылған көптеген мамандандырылған машиналар бар. Мысал ретінде Coherent компаниясының StarCut Tube сериясын алуға болады, оны талшықты лазерлермен, фемтосекундтық лазерлермен немесе екі лазер түрін де қамтитын гибридті нұсқа ретінде пайдалануға болады.
Медициналық құрылғылардың мамандануы нені білдіреді? Бұл құрылғылардың көпшілігі арнайы дизайнға негізделген шектеулі партиялармен шығарылады. Сондықтан икемділік пен пайдаланудың қарапайымдылығы негізгі факторлар болып табылады. Көптеген құрылғылар дайындамалардан жасалғанымен, кейбір компоненттер жалпақ дайындамалардан дәл өңделуі керек; бір машина өзінің құндылығын барынша арттыру үшін екеуін де өңдеуі керек. Бұл қажеттіліктер әдетте көп осьті CNC басқарылатын (xyz және айналмалы) қозғалысты және қарапайым бағдарламалау мен басқару үшін пайдаланушыға ыңғайлы HMI қамтамасыз ету арқылы қанағаттандырылады. StarCut Tube жағдайында жаңа түтік тиеу модулі опциясы ұзындығы 3 м-ге дейінгі түтіктерге арналған бүйірлік тиеу дүкенімен (StarFeed деп аталады) және кесілген өнімдерге арналған сұрыптағышпен бірге келеді, бұл толық автоматтандырылған өндіріске мүмкіндік береді.
Бұл машиналардың технологиялық икемділігі ылғалды және құрғақ кесуді қолдау және көмекші газды қажет ететін процестер үшін оңай реттелетін жеткізу саптамалары арқылы одан әрі артады. Кеңістіктік ажыратымдылық өте ұсақ бөлшектерді өңдеу үшін де ерекше маңызды, бұл термомеханикалық тұрақтылық машина шеберханаларында жиі кездесетін дірілдің әсерін жояды дегенді білдіреді. StarCut Tube сериясы бүкіл кесу алаңын көптеген гранит элементтерімен құру арқылы бұл қажеттілікті қанағаттандырады.
NPX Medical медициналық құрылғылар өндірушілеріне жобалау, инженерлік және дәл лазерлік кесу қызметтерін ұсынатын салыстырмалы түрде жаңа келісімшарттық өндіруші болып табылады. 2019 жылы құрылған компания салада сапалы өнімдер мен жауап беру қабілеті үшін беделге ие болды, стенттер, имплантаттар, клапан стенттері және икемді жеткізу түтікшелері сияқты әртүрлі хирургиялық процедуралар үшін әртүрлі араласулар үшін құрылғылардың кең ауқымын қолдайды. Оның негізгі лазерлік кескіші - орташа қуаты 200 ватт болатын StarFiber 320FC бар StarCut Tube 2+2. NPX негізін қалаушылардың бірі Майк Брензель «негізін қалаушылар медициналық құрылғыларды жобалау және өндіру бойынша көпжылдық тәжірибені - барлығы 90 жылдан астам уақытты алып келеді» деп түсіндірді, бұрын талшықты лазерлерді қолданатын StarCut тәрізді машиналармен жұмыс істеген. Біздің жұмысымыздың көп бөлігі нитинолды кесуді қамтиды және біз талшықты лазерлер бізге қажетті жылдамдық пен сапаны қамтамасыз ете алатынын білеміз. Қалың қабырғалы түтіктер мен жүрек клапандары сияқты құрылғылар үшін бізге жылдамдық қажет, ал USP лазері біздің қажеттіліктеріміз үшін тым баяу болуы мүмкін. Сонымен қатар жоғары көлемді өндірістік тапсырыстарға дейін – біз бөлшектердің шағын партияларына маманданғанбыз – тек 5-тен 150 дана аралығында – біздің мақсатымыз – ірі компаниялар үшін тапсырыс берілгеннен кейінгі апталармен салыстырғанда, жобалау, бағдарламалау, кесу, қалыптау, кейінгі өңдеу және тексеруді қоса алғанда, осы шағын партиялық жөндеу жұмыстарын бірнеше күнде аяқтау. «Жылдамдықты атап өтумен қатар, Брензель машинаның сенімділігін негізгі артықшылық ретінде атап өтті, соңғы 18 ай бойы үздіксіз жұмыс істеу кезінде бірде-бір қызмет көрсету шақыруын қажет етпеді.
2-сурет. NPX өңдеуден кейінгі әртүрлі нұсқаларды ұсынады. Мұнда көрсетілген материал - 5 мм OD және 0,254 мм қабырға қалыңдығы бар T316 тот баспайтын болат. Сол жақ бөлігі кесілген/микробластталған, ал оң жақ бөлігі электролизденген.
Нитинол бөлшектерінен басқа, компания кобальт-хром қорытпаларын, тантал қорытпаларын, титан қорытпаларын және медициналық тот баспайтын болаттардың көптеген түрлерін кеңінен пайдаланады. Лазерлік өңдеу менеджері Джефф Хансен былай деп түсіндіреді: «Машинаның икемділігі тағы бір маңызды артықшылық болып табылады, ол бізге түтікше және жалпақ материалдарды қоса алғанда, өте алуан түрлі материалдарды кесуді қолдауға мүмкіндік береді. Біз сәулені 20 микрондық нүктеге дейін бағыттай аламыз, бұл көпшілік үшін пайдалы. Жұқа түтіктер өте пайдалы. Бұл түтікшелердің кейбіреулерінің өлшемі небәрі 0,012 дюйм, ал ең жаңа талшықты лазерлердің шың қуатының орташа қуатқа жоғары қатынасы кесу жылдамдығын барынша арттырады, сонымен бірге қажетті жиек сапасын қамтамасыз етеді. Бізге сыртқы диаметрі 1 дюймге дейінгі үлкенірек өнімдердің жылдамдығы қажет».
Дәл кесу және жылдам жауап беруден басқа, NPX сонымен қатар кейінгі өңдеу технологияларының толық спектрін, сондай-ақ саладағы кең тәжірибесін пайдаланатын кешенді жобалау қызметтерін ұсынады. Бұл әдістерге электрожылтырату, құммен өңдеу, маринадтау, лазерлік дәнекерлеу, қыздыру, қалыптау, пассивация, AF температурасын сынау және шаршау сынағы кіреді, мұның бәрі Nitinol құрылғысын жасаудың кілті болып табылады. Брензельдің айтуынша, жиектердің әрлеуін басқару үшін кейінгі өңдеуді пайдалану «әдетте біз жоғары шаршау немесе төмен шаршау қолдану туралы айтып отырғанымызға байланысты. Мысалы, жүрек қақпағы сияқты жоғары шаршау деталь кейінгі өңдеу ретінде қызмет ету мерзімі ішінде миллиард рет майысуы мүмкін. Қадам ретінде барлық жиектердің радиусын арттыру үшін құммен өңдеуді қолдану маңызды. Бірақ жеткізу жүйелері немесе бағыттаушы сымдар сияқты төмен шаршау компоненттері көбінесе кең көлемді кейінгі өңдеуді қажет етпейді». Дизайн саласындағы сараптама тұрғысынан алғанда, Брензельдің түсіндіруінше, қазіргі уақытта клиенттердің төрттен үш бөлігі FDA мақұлдауын алу үшін NPX көмегі мен дағдыларын пайдалану үшін дизайн қызметтерін пайдаланады. Компания «майлық эскизі» тұжырымдамасын қысқа мерзімде соңғы түрдегі өнімге айналдыруда өте жақсы.
Motion Dynamics (Фруитпорт, Мичиган) - тапсырыс бойынша жасалған миниатюралық серіппелерді, медициналық катушкаларды және сым құрастырмаларын өндіруші, оның мақсаты - тұтынушылардың мәселелерін, қаншалықты күрделі немесе мүмкін емес болып көрінсе де, мүмкіндігінше қысқа мерзімде шешу. Медициналық құрылғыларда ол негізінен нейроваскулярлық хирургияға арналған күрделі құрастырмаларға, соның ішінде «тартылатын сым» құрастырмаларын қоса алғанда, басқарылатын катетер құрылғылары сияқты қолданбаларға арналған жоғары сапалы сым құрастырмаларын жобалауға, өндіруге және жинауға баса назар аударады.
Бұрын айтылғандай, талшықты немесе USP лазерін таңдау инженерлік қалауға, сондай-ақ қолдау көрсетілетін жабдық пен процестердің түріне байланысты. Motion Dynamics компаниясының президенті Крис Уитхэм былай деп түсіндірді: «Жүйке-тамыр өнімдеріне бағытталған бизнес-модельге сүйене отырып, біз дизайн, орындау және қызмет көрсетуде сараланған нәтижелерге қол жеткізе аламыз. Біз лазерлік кесуді тек өзімізде қолданатын компоненттерді өндіру үшін ғана қолданамыз. , біздің мамандығымыз бен беделімізге айналған жоғары құнды, «қиын» компоненттерді өндіру үшін; біз лазерлік кесуді келісімшарттық қызмет ретінде ұсынбаймыз. Біз орындайтын лазерлік кесулердің көпшілігі USP лазерлерімен ең жақсы жасалатынын анықтадық және көптеген жылдар бойы мен осы лазерлердің бірімен StarCut түтігін пайдаланып келемін. Біздің өнімдерімізге деген жоғары сұранысқа байланысты бізде күніне екі 8 сағаттық ауысым, кейде тіпті үш ауысым бар, ал 2019 жылы бұл өсімді қолдау үшін тағы бір StarCut түтігін сатып алуымыз керек. Бірақ бұл жолы біз фемтосекундтық USP лазерлері мен талшықты лазерлердің жаңа гибридті модельдерінің бірін таңдауды шештік. Біз оны StarFeed-пен де жұптастырдық. тиегіш/түсіруші, осылайша кесуді толығымен автоматтандыруға болады – оператор жай ғана дайындаманы салады. Түтік бергішке салынады және өнімге арналған бағдарламалық жасақтама іске қосылады.
3-сурет. Бұл икемді тот баспайтын болаттан жасалған жеткізу түтігі (қарындаш өшіргіштің жанында көрсетілген) Монако фемтосекундтық лазерімен кесілген.
Уитхэмнің айтуынша, олар кейде машинаны жалпақ кесу үшін пайдаланса да, уақыттарының 95 пайыздан астамы басқарылатын катетер жинақтары үшін цилиндрлік өнімдерді, атап айтқанда гипотүтікшелерді, катушкаларды және спиральдарды, соның ішінде профильді ұштарды және кесілген тесіктерді кесуді жасауға немесе өзгертуге жұмсалады. Бұл компоненттер сайып келгенде аневризманы жөндеу және тромбты алып тастау сияқты процедураларда қолданылады. Бұл тот баспайтын болат, таза алтын, платина және нитинолды қоса алғанда, әртүрлі металдарға лазерлік кескіштерді қолдануды талап етеді.
4-сурет. Қозғалыс динамикасы лазерлік дәнекерлеуді де кеңінен қолданады. Жоғарыда катушка лазерлік кесілген түтікке дәнекерленген.
Лазерлік нұсқалар қандай? Уитхэм олардың көптеген компоненттері үшін тамаша жиек сапасы мен минималды керфтердің маңызды екенін түсіндірді, сондықтан олар бастапқыда USP лазерлерін таңдады. Сонымен қатар, компания пайдаланатын материалдардың ешқайсысын осы лазерлердің бірімен кесуге болмайды, соның ішінде кейбір өнімдерінде радиоконтраст маркерлер ретінде қолданылатын кішкентай алтын компоненттер. Бірақ ол талшықты лазерлер мен USP-лерді қоса алғанда, жаңа гибридті нұсқалар жылдамдық/жиек сапасы мәселелерін оңтайландыруда көбірек икемділік беретінін қосты. «Талшықты оптика жоғары жылдамдықты қамтамасыз ете алатынына күмән жоқ», - деді ол. «Бірақ біздің нақты қолданба бағытымызға байланысты бұл әдетте химиялық және ультрадыбыстық тазалау немесе электрожылтырату сияқты кейінгі өңдеудің қандай да бір түрін білдіреді. Сондықтан гибридті машинаның болуы бізге әрбір компонент үшін оңтайлы болатын жалпы процесті - USP-ді немесе талшықты және кейінгі өңдеуді таңдауға мүмкіндік береді. Бұл бізге сол компонентті гибридті өңдеу мүмкіндігін зерттеуге мүмкіндік береді, әсіресе үлкен диаметрлер мен қабырға қалыңдығы қатысатын жерлерде: тіпті талшықты лазерлермен жылдам кесу, содан кейін ұсақ кесу үшін фемтосекундтық лазерді пайдаланыңыз». Ол USP лазері олардың бірінші таңдауы болып қала береді деп күтеді, себебі олардың лазерлік кесулерінің көпшілігінде қабырға қалыңдығы 4-тен 6 мыңға дейін болады, дегенмен олардың қабырға қалыңдығы 1-ден 20 мыңға дейін болады.
Қорытындылай келе, лазерлік кесу және бұрғылау әртүрлі медициналық құрылғыларды өндірудегі негізгі процестер болып табылады. Бүгінгі таңда негізгі лазерлік технологияның дамуы мен саланың нақты қажеттіліктеріне арналған жоғары деңгейде оңтайландырылған машиналардың арқасында бұл процестерді пайдалану оңайырақ және бұрынғыдан да жақсы нәтижелер береді.