Оваа веб-страница ја управуваат едно или повеќе бизниси во сопственост на Informa PLC и сите авторски права се во нивна сопственост. Регистрираната канцеларија на Informa PLC е 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Регистрирана во Англија и Велс. Број 8860726.
Денес, речиси целото прецизно ласерско сечење на метали и неметали се изведува со употреба на алатки опремени со фибер ласери или ултракратки пулсни (USP) ласери, или понекогаш и обете. Во оваа статија, ќе ги објасниме различните предности на двата ласера ​​и ќе видиме како двата производители ги користат овие ласери. NPX Medical (Плимут, Минесота) е компанија за специјализирана обработка по договор која произведува различни уреди и алатки за распоредување, како што се стентови, импланти и флексибилни цевки, користејќи машини што вклучуваат фибер ласери. Motion Dynamics произведува подсклопови, како што се склопови со „жица за влечење“ што првенствено се користат во неврологијата, користејќи машина што вклучува USP фемтосекунден ласер и еден од најновите хибридни системи, вклучувајќи фемтосекундни и фибер ласери за максимална флексибилност и разноврсност.
Со години, поголемиот дел од ласерската микромашинска обработка се вршеше со употреба на наносекундни ласери во цврста состојба наречени DPSS ласери. Сепак, ова сега е целосно променето благодарение на развојот на два сосема различни, а со тоа и комплементарни, типа на ласери. Првично развиени за телекомуникации, фибер ласери созреа во ласери за обработка на работни материјали во многу индустрии, често на бранови должини во близина на инфрацрвениот спектар. Причините за неговиот успех лежат во нивната едноставна архитектура и едноставна скалабилност на моќноста. Ова резултира со ласери кои се компактни, високо сигурни и лесни за интегрирање во специјализирани машини и генерално нудат пониски трошоци за сопственост од постарите типови на ласери. Важно за микромашинската обработка е што излезниот зрак може да се фокусира во мала, чиста точка со дијаметар од само неколку микрони, па затоа се идеални за сечење, заварување и дупчење со висока резолуција. Нивните излези се исто така многу флексибилни и контролирани, со стапки на импулси кои се движат од еден истрел до 170 kHz. Заедно со скалабилната моќност, ова поддржува брзо сечење и дупчење.
Сепак, потенцијален недостаток на фибер ласери во микромашинската обработка е обработката на мали карактеристики и/или тенки, деликатни делови. Долгите траења на импулси (на пр., 50 µs) резултираат со мала количина на зона погодена од топлина (HAZ), како што е прелиениот материјал и мала грубост на рабовите, што може да бара одредена пост-обработка. За среќа, поновите ласери - ултракратки импулсни (USP) ласери со фемтосекундни излезни импулси - го елиминираат проблемот со HAZ.
Со USP ласерите, поголемиот дел од дополнителната топлина поврзана со процесот на сечење или дупчење се одведува во исфрлените остатоци пред да има време да дифундира во околниот материјал. USP ласерите со пикосекунден излез долго време се користат во апликации за микромашинска обработка кои вклучуваат пластика, полупроводници, керамика и одредени метали (пикосекунди = 10-12 секунди). Но, за метални уреди со столбови со големина на човечко влакно, високата топлинска спроводливост и малата големина на металот значат дека пикосекундните ласери не секогаш даваат подобрени резултати што би ја оправдале зголемената цена на претходните USP ласери. Ова сега се промени со доаѓањето на индустриските фемтосекундни ласери (фемтосекунди = 10-15 секунди). Пример е серијата ласери Monaco на Coherent Inc. Како и фибер ласерите, нивниот излез е близу инфрацрвена светлина, што значи дека можат да сечат или дупчат сите метали што се користат во медицинските помагала, вклучувајќи не'рѓосувачки челик, платина, злато, магнезиум, кобалт-хром, титаниум и друго, како и неметали. Додека комбинацијата од кратко траење на импулсот и Ниската импулсна енергија спречува термичко оштетување (HAZ), високата стапка на повторување (MHz) обезбедува економични брзини на проток за многу медицински уреди со висока вредност.
Секако, речиси никој во нашата индустрија не има потреба од само еден ласер. Наместо тоа, им е потребна машина базирана на ласер, а сега постојат многу специјализирани машини оптимизирани за сечење и дупчење медицински помагала. Пример е серијата StarCut Tube на Coherent, која може да се користи со фибер ласери, фемтосекундни ласери или како хибридна верзија што ги вклучува двата типа на ласери.
Што значи специјализација на медицински помагала? Повеќето од овие уреди се произведуваат во ограничени серии врз основа на прилагодени дизајни. Затоа, флексибилноста и леснотијата на користење се клучни фактори. Иако многу уреди се произведуваат од готови парчиња, некои компоненти мора да бидат прецизно обработени од рамни готови парчиња; истата машина мора да се справи со обете за да ја максимизира својата вредност. Овие потреби обично се задоволуваат со обезбедување повеќеосно CNC контролирано (xyz и ротационо) движење и лесен за користење HMI за едноставно програмирање и контрола. Во случајот со StarCut Tube, новата опција за модул за вчитување на цевки доаѓа со магацин за странично вчитување (наречен StarFeed) за цевки до 3 m во должина и сортирач за исечени производи, овозможувајќи целосно автоматизирано производство.
Флексибилноста на процесот на овие машини е дополнително подобрена со поддршка за влажно и суво сечење и лесно прилагодливи млазници за испорака за процеси што бараат помошен гас. Просторната резолуција е исто така особено важна за обработка на многу мали делови, што значи дека термомеханичката стабилност ги елиминира ефектите од вибрациите што често се среќаваат во машинските работилници. Серијата StarCut Tube ја задоволува оваа потреба со градење на целата платформа за сечење со голем број гранитни елементи.
NPX Medical е релативно нов производител со договор кој нуди услуги за дизајн, инженерство и прецизно ласерско сечење на производители на медицински помагала. Основана во 2019 година, компанијата изгради репутација во индустријата за квалитетни производи и брзина на одзив, поддржувајќи широк спектар на уреди, вклучувајќи стентови, импланти, стентови за вентили и флексибилни цевки за испорака за слични разновидни хируршки процедури, вклучувајќи невроваскуларна, кардиолошка, бубрежна, 'рбетна, ортопедска, гинеколошка и гастроинтестинална хирургија. Нејзиниот главен ласерски секач е StarCut Tube 2+2 со StarFiber 320FC со просечна моќност од 200 вати. Мајк Бренцел, еден од основачите на NPX, објасни дека „основачите носат долгогодишно искуство во дизајнирање и производство на медицински помагала - повеќе од 90 години вкупно“, со претходно искуство со машини слични на StarCut кои користат фибер ласери. Голем дел од нашата работа вклучува сечење со нитинол и веќе знаеме дека фибер ласери можат да ја обезбедат брзината и квалитетот што ни се потребни. За уреди како цевки со дебели ѕидови и срцеви залистоци, ни е потребна брзина, а ласерот USP може да биде премногу бавен за нашите потреби. Покрај тоа, до нарачки за производство со голем обем – специјализирани сме за мали серии делови – само помеѓу 5 и 150 парчиња – нашата цел е да ги завршиме овие мали серии за само неколку дена, вклучувајќи дизајн, програмирање, сечење, формирање, пост-обработка и инспекција, во споредба со неделите по нарачката за поголемите компании.“ Покрај тоа што ја спомена брзината, Бренцел ја спомена и сигурноста на машината како главна предност, бидејќи не е потребен ниту еден сервисен повик во текот на изминатите 18 месеци речиси континуирано работење.
Слика 2. NPX нуди различни опции за пост-обработка. Материјалот прикажан овде е не'рѓосувачки челик T316 со надворешен дијаметар од 5 mm и дебелина на ѕидот од 0,254 mm. Левиот дел е сечен/микробластиран, а десниот дел е електрополиран.
Покрај деловите од нитинол, компанијата широко користи и легури на кобалт-хром, легури на тантал, легури на титаниум и многу видови медицински нерѓосувачки челици. Џеф Хансен, менаџер за обработка на ласер, објаснува: „Флексибилноста на машината е уште еден важен адут, што ни овозможува да поддржиме сечење на многу разновиден спектар на материјали, вклучувајќи цевки и рамни материјали. Можеме да го фокусираме зракот до точка од 20 микрони, што е корисно за повеќе... Тенките цевки се многу корисни. Некои од овие цевки се само 0,012″ ID, а високиот сооднос на врвната моќност кон просечната моќност на најновите фибер ласери ја максимизира нашата брзина на сечење, а сепак го обезбедува посакуваниот квалитет на рабовите. Апсолутно ни е потребна брзината на поголемите производи со надворешен дијаметар до 1 инч.“
Покрај прецизното сечење и брзиот одговор, NPX нуди и целосен спектар на технологии за пост-обработка, како и сеопфатни услуги за дизајн кои го користат неговото богато искуство во индустријата. Овие техники вклучуваат електрополирање, пескарење, маринирање, ласерско заварување, термичко поставување, формирање, пасивација, тестирање на температурата на Af и тестирање на замор, од кои сите се клучни за производство на Nitinol уреди. Користењето на пост-обработка за контрола на завршната обработка на рабовите, рече Бренцел, „обично зависи од тоа дали зборуваме за апликација со висок или низок замор. На пример, дел со висок замор, како што е срцев залисток, може да се свитка милијарда пати во текот на својот животен век како пост-обработка. Како чекор, важно е да се користи пескарење за да се зголеми радиусот на сите рабови. Но, компонентите со низок замор, како што се системите за испорака или водилките, честопати не бараат обемна пост-обработка.“ Во однос на експертизата за дизајн, објаснува Бренцел, сега дури три четвртини од клиентите ги користат и нивните услуги за дизајн за да ја искористат помошта и вештините на NPX за добивање одобрение од FDA. Компанијата е многу добра во претворањето на концептот „скица од салфетка“ во производ во неговата конечна форма за краток временски период.
„Моушн Дајнамикс“ (Фруитпорт, Мичиген) е производител на минијатурни пружини, медицински калеми и жичени склопови по нарачка, чија мисија е да ги реши проблемите на клиентите, без разлика колку се сложени или навидум невозможни, во најкраток можен рок. Кај медицинските помагала, првенствено се нагласуваат сложени склопови за невроваскуларна хирургија, вклучувајќи го дизајнот, производството и склопувањето на висококвалитетни жичени склопови за апликации како што се управувачки катетер уреди, вклучувајќи склопови со „жица за влечење“.
Како што споменавме претходно, изборот на фибер или USP ласер е прашање на инженерски преференции, како и на видот на опремата и процесите што се поддржуваат. Крис Витам, претседател на Motion Dynamics, објасни: „Врз основа на бизнис модел кој е високо фокусиран на невроваскуларни производи, можеме да испорачаме диференцирани резултати во дизајнот, извршувањето и услугата. Користиме ласерско сечење само за производство на компонентите што ги користиме интерно, за производство на високовредни, „тешки“ компоненти кои станаа наша специјалност и репутација; не нудиме ласерско сечење како договорна услуга. Откривме дека повеќето ласерски сечења што ги извршуваме најдобро се прават со USP ласери, и со години користам StarCut Tube со еден од овие ласери. Поради силната побарувачка за нашите производи, имаме две смени од 8 часа на ден, понекогаш дури и три смени, а во 2019 година треба да набавиме уште една StarCut Tube за да го поддржиме овој раст. Но, овој пат, решивме да одиме со еден од новите хибридни модели на фемтосекундни USP ласери и фибер ласери. Исто така, го споивме со StarFeed полнач/растоварувач.“ за да можеме целосно да го автоматизираме сечењето - операторот едноставно го става празниот дел. Цевката се вчитува во доводникот и се стартува софтверската оперативна програма за производот.
Слика 3. Оваа флексибилна цевка за испорака од не'рѓосувачки челик (прикажана до гума за молив) е исечена со фемтосекунден ласер Монако.
Витам додава дека иако повремено ја користат машината за рамно сечење, повеќе од 95 проценти од нивното време го трошат на создавање или модифицирање на цилиндрични производи за нивните управувачки склопови на катетри, имено хипотуби, спирали и спирали, вклучувајќи сечење профилирани врвови и отвори за сечење. Овие компоненти на крајот се користат во процедури како што се поправка на аневризма и отстранување на тромб. Ова бара употреба на ласерски секачи на различни метали, вклучувајќи не'рѓосувачки челик, чисто злато, платина и нитинол.
Слика 4. Motion Dynamics исто така широко користи ласерско заварување. Погоре, намотката е заварена на ласерски исечената цевка.
Кои се опциите за ласер? Витам објасни дека одличниот квалитет на рабовите и минималните засеци се критични за повеќето од нивните компоненти, па затоа првично претпочитаа USP ласери. Дополнително, ниту еден од материјалите што ги користи компанијата не може да се сече со еден од овие ласери, вклучувајќи ги и ситните златни компоненти што се користат како радиоактивни маркери во некои од нејзините производи. Но, тој додаде дека новите хибридни опции, вклучувајќи фибер ласери и USP, им даваат поголема флексибилност во оптимизирањето на проблемите со брзината/квалитетот на рабовите. „Нема сомнение дека оптичките влакна можат да обезбедат поголеми брзини“, рече тој. „Но, поради нашиот посебен фокус на примена, ова обично значи некаков вид пост-обработка, како што се хемиско и ултразвучно чистење или електрополирање. Значи, поседувањето хибридна машина ни овозможува да избереме кој целокупен процес - само USP или ракување со влакна и пост-обработка - е оптимален за секоја компонента. Ни овозможува да ја истражиме можноста за хибридна машинска обработка на истата компонента, особено кога се вклучени поголеми дијаметри и дебелини на ѕидовите: дури и брзо сечење со фибер ласери, а потоа да користиме фемтосекунден ласер за фино сечење.“ Тој очекува дека ласерот USP ќе остане нивниот прв избор бидејќи повеќето од нивните ласерски сечења вклучуваат дебелина на ѕидовите помеѓу 4 и 6 илјади, иако тие се среќаваат со дебелина на ѕидовите што се движи од 1 до 20 илјади. Цевки од не'рѓосувачки челик помеѓу илјади.
Како заклучок, ласерското сечење и дупчење се клучни процеси во производството на разни медицински помагала. Денес, благодарение на напредокот во основната ласерска технологија и високо оптимизираните машини конфигурирани за специфичните потреби на индустријата, овие процеси се полесни за употреба и даваат подобри резултати од кога било досега.