Laman web ini dikendalikan oleh satu atau lebih perniagaan yang dimiliki oleh Informa PLC dan semua hak cipta dimiliki oleh mereka. Pejabat berdaftar Informa PLC ialah 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Berdaftar di England dan Wales. No. 8860726.
Hari ini, hampir semua pemotongan laser jitu logam dan bukan logam dilakukan menggunakan alat yang dilengkapi dengan laser gentian atau laser denyut ultrapendek (USP), atau kadangkala kedua-duanya. Dalam artikel ini, kami akan menerangkan kelebihan berbeza kedua-dua laser dan melihat bagaimana kedua-dua pengeluar menggunakan laser ini. NPX Medical (Plymouth, MN) ialah syarikat pemprosesan khusus kontrak yang mengeluarkan pelbagai peranti dan alat penggunaan, seperti stent, implan dan tiub fleksibel, menggunakan mesin yang menggabungkan laser gentian. Motion Dynamics mengeluarkan sub-pemasangan, seperti pemasangan "wayar tarik" yang terutamanya digunakan dalam neurologi, menggunakan mesin yang merangkumi laser femtosaat USP dan salah satu sistem hibrid terkini termasuk laser femtosaat dan gentian untuk fleksibiliti dan fleksibiliti maksimum.
Selama bertahun-tahun, kebanyakan pemesinan mikro laser telah dilakukan menggunakan laser nanosaat keadaan pepejal yang dipanggil laser DPSS. Walau bagaimanapun, ini kini telah berubah sepenuhnya hasil daripada pembangunan dua jenis laser yang berbeza sama sekali, dan oleh itu saling melengkapi. Pada asalnya dibangunkan untuk telekomunikasi, laser gentian telah matang menjadi laser pemprosesan bahan kerja dalam banyak industri, selalunya pada panjang gelombang inframerah dekat. Sebab kejayaannya terletak pada seni bina mudah dan skalabiliti kuasa yang mudah. ​​Ini menghasilkan laser yang padat, sangat andal dan mudah diintegrasikan ke dalam mesin khusus, dan secara amnya menawarkan kos pemilikan yang lebih rendah daripada jenis laser yang lebih lama. Yang penting untuk pemesinan mikro, pancaran output boleh difokuskan ke dalam titik kecil dan bersih yang hanya berdiameter beberapa mikron, jadi ia sesuai untuk pemotongan, kimpalan dan penggerudian resolusi tinggi. Output mereka juga sangat fleksibel dan boleh dikawal, dengan kadar denyutan antara satu tembakan hingga 170 kHz. Bersama-sama dengan kuasa yang boleh diskala, ini menyokong pemotongan dan penggerudian pantas.
Walau bagaimanapun, potensi kelemahan laser gentian dalam pemesinan mikro ialah pemesinan ciri-ciri kecil dan/atau bahagian yang nipis dan halus. Tempoh denyutan yang panjang (contohnya, 50 µs) menghasilkan sedikit zon terjejas haba (HAZ) seperti bahan acuan semula dan kekasaran tepi yang kecil, yang mungkin memerlukan sedikit pemprosesan pasca. Nasib baik, laser yang lebih baharu—laser denyutan ultrapendek (USP) dengan denyutan output femtosaat—menghapuskan masalah HAZ.
Dengan laser USP, kebanyakan haba tambahan yang berkaitan dengan proses pemotongan atau penggerudian terbawa-bawa dalam serpihan yang dikeluarkan sebelum ia sempat meresap ke dalam bahan di sekelilingnya. Laser USP dengan output pikosaat telah lama digunakan dalam aplikasi pemesinan mikro yang melibatkan plastik, semikonduktor, seramik dan logam tertentu (pikosaat = 10-12 saat). Tetapi untuk peranti logam dengan tiang sebesar rambut manusia, kekonduksian terma logam yang tinggi dan saiznya yang kecil bermakna laser pikosaat tidak selalu memberikan hasil yang lebih baik yang akan mewajarkan peningkatan kos laser USP terdahulu. Ini kini telah berubah dengan kemunculan laser femtosaat gred perindustrian (femtosaat = 10-15 saat). Contohnya ialah siri laser Monaco Coherent Inc.. Seperti laser gentian, outputnya ialah cahaya inframerah dekat, yang bermaksud ia boleh memotong atau menggerudi semua logam yang digunakan dalam peranti perubatan, termasuk keluli tahan karat, platinum, emas, magnesium, kobalt-kromium, titanium dan banyak lagi, serta bukan logam. Walaupun gabungan tempoh denyutan pendek dan Tenaga denyut yang rendah menghalang kerosakan haba (HAZ), kadar pengulangan yang tinggi (MHz) memastikan kelajuan daya pemprosesan yang kos efektif untuk banyak peranti perubatan bernilai tinggi.
Sudah tentu, hampir tiada seorang pun dalam industri kita yang hanya memerlukan satu laser. Sebaliknya, mereka memerlukan mesin berasaskan laser, dan kini terdapat banyak mesin khusus yang dioptimumkan untuk memotong dan menggerudi peranti perubatan. Contohnya ialah siri StarCut Tube Coherent, yang boleh digunakan dengan laser gentian, laser femtosaat atau sebagai versi hibrid yang menggabungkan kedua-dua jenis laser.
Apakah maksud pengkhususan peranti perubatan? Kebanyakan peranti ini dihasilkan dalam kelompok terhad berdasarkan reka bentuk tersuai. Oleh itu, fleksibiliti dan kemudahan penggunaan adalah pertimbangan utama. Walaupun banyak peranti dihasilkan daripada bilet, beberapa komponen mesti dimesin dengan tepat daripada bilet rata; mesin yang sama mesti mengendalikan kedua-duanya untuk memaksimumkan nilainya. Keperluan ini biasanya dipenuhi dengan menyediakan gerakan terkawal CNC berbilang paksi (xyz dan berputar) dan HMI mesra pengguna untuk pengaturcaraan dan kawalan mudah. ​​Dalam kes Tiub StarCut, pilihan modul pemuatan tiub baharu didatangkan dengan majalah pemuatan sisi (dipanggil StarFeed) untuk tiub sehingga 3 m panjang dan pengisih untuk produk potong, yang membolehkan pengeluaran automatik sepenuhnya.
Fleksibiliti proses mesin-mesin ini dipertingkatkan lagi dengan sokongan untuk pemotongan basah dan kering serta muncung penghantaran yang mudah dilaraskan untuk proses yang memerlukan gas bantuan. Resolusi ruang juga amat penting untuk pemesinan bahagian yang sangat kecil, yang bermaksud kestabilan termomekanikal menghapuskan kesan getaran yang sering ditemui di bengkel mesin. Rangkaian StarCut Tube memenuhi keperluan ini dengan membina keseluruhan dek pemotongan dengan sebilangan besar elemen granit.
NPX Medical ialah pengeluar kontrak yang agak baharu yang menyediakan perkhidmatan reka bentuk, kejuruteraan dan pemotongan laser jitu kepada pengeluar peranti perubatan. Ditubuhkan pada tahun 2019, syarikat ini telah membina reputasi dalam industri untuk produk berkualiti dan responsif, menyokong pelbagai peranti termasuk stent, implan, stent injap dan tiub penghantaran fleksibel untuk prosedur pembedahan yang serupa pelbagai Intervensi, termasuk pembedahan neurovaskular, jantung, buah pinggang, tulang belakang, ortopedik, ginekologi dan gastrousus. Pemotong laser utamanya ialah StarCut Tube 2+2 dengan StarFiber 320FC dengan kuasa purata 200 watt. Mike Brenzel, salah seorang pengasas NPX, menjelaskan bahawa “pengasas membawa pengalaman reka bentuk dan pembuatan peranti perubatan selama bertahun-tahun — lebih daripada 90 tahun secara keseluruhan”, dengan pengalaman sebelumnya dengan mesin seperti StarCut yang menggunakan laser gentian. Kebanyakan kerja kami melibatkan pemotongan Nitinol dan kami sudah tahu bahawa laser gentian boleh memberikan kelajuan dan kualiti yang kami perlukan. Untuk peranti seperti tiub berdinding tebal dan injap jantung, kami memerlukan kelajuan, dan laser USP mungkin terlalu perlahan untuk keperluan kami. Selain pesanan pengeluaran volum tinggi – kami pakar dalam kelompok kecil alat ganti – hanya antara 5 dan 150 keping – matlamat kami adalah untuk menyelesaikan pemulihan kelompok kecil ini hanya dalam beberapa hari, termasuk reka bentuk, pengaturcaraan, pemotongan, pembentukan, pemprosesan pasca dan pemeriksaan, berbanding minggu selepas pesanan dibuat untuk syarikat yang lebih besar.” Selain menyebut kelajuan, Brenzel menyebut kebolehpercayaan mesin sebagai kelebihan utama, tidak memerlukan satu panggilan servis sahaja sepanjang 18 bulan operasi hampir berterusan yang lalu.
Rajah 2. NPX menawarkan pelbagai pilihan pemprosesan pasca. Bahan yang ditunjukkan di sini ialah keluli tahan karat T316 dengan OD 5mm dan ketebalan dinding 0.254mm. Bahagian kiri dipotong/dikroblas dan bahagian kanan digilap elektrik.
Selain alat ganti nitinol, syarikat ini juga banyak menggunakan aloi kobalt-kromium, aloi tantalum, aloi titanium dan pelbagai jenis keluli tahan karat perubatan. Jeff Hansen, Pengurus Pemprosesan Laser, menjelaskan: “Fleksibiliti mesin merupakan satu lagi aset penting, yang membolehkan kami menyokong pemotongan pelbagai jenis bahan, termasuk tiub dan rata. Kami boleh memfokuskan pancaran ke titik 20 mikron, yang berguna untuk lebih banyak tiub nipis. Sebahagian daripada tiub ini hanya berukuran 0.012″ ID, dan nisbah kuasa puncak kepada kuasa purata laser gentian terkini yang tinggi memaksimumkan kelajuan pemotongan kami sambil tetap memberikan kualiti tepi yang diingini. Kami sememangnya memerlukan kelajuan produk yang lebih besar dengan diameter luar sehingga 1 inci.”
Selain pemotongan ketepatan dan tindak balas pantas, NPX juga menawarkan pelbagai teknologi pemprosesan pasca, serta perkhidmatan reka bentuk komprehensif yang memanfaatkan pengalaman luasnya dalam industri. Teknik-teknik ini termasuk penggilapan elektro, letupan pasir, penjerukan, kimpalan laser, penetapan haba, pembentukan, pempasifan, ujian suhu Af dan ujian keletihan, yang semuanya penting untuk fabrikasi peranti Nitinol. Menggunakan pemprosesan pasca untuk mengawal kemasan tepi, kata Brenzel, “biasanya bergantung pada sama ada kita bercakap tentang aplikasi keletihan tinggi atau keletihan rendah. Contohnya, bahagian keletihan tinggi seperti injap jantung mungkin membengkok berbilion kali sepanjang hayatnya sebagai pemprosesan pasca. Sebagai langkah seterusnya, adalah penting untuk menggunakan letupan pasir untuk meningkatkan jejari semua tepi. Tetapi komponen keletihan rendah seperti sistem penghantaran atau wayar panduan selalunya tidak memerlukan pemprosesan pasca yang meluas.” Dari segi kepakaran reka bentuk, Brenzel menjelaskan, kini terdapat sebanyak tiga perempat daripada pelanggan juga menggunakan perkhidmatan reka bentuk mereka untuk memanfaatkan bantuan dan kemahiran NPX dalam mendapatkan kelulusan FDA. Syarikat itu sangat mahir dalam mengubah konsep "lakaran serbet" menjadi produk dalam bentuk akhirnya dalam tempoh masa yang singkat.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) ialah pengeluar spring mini tersuai, gegelung perubatan dan pemasangan wayar yang misinya adalah untuk menyelesaikan masalah pelanggan, tidak kira betapa rumit atau mustahil, dalam masa yang sesingkat mungkin. Dalam peranti perubatan, ia terutamanya menekankan pemasangan kompleks untuk pembedahan neurovaskular, termasuk reka bentuk, pengeluaran dan pemasangan pemasangan wayar berkualiti tinggi untuk aplikasi seperti peranti kateter yang boleh dikemudi, termasuk pemasangan "wayar tarik".
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, pilihan laser gentian atau USP adalah bergantung kepada keutamaan kejuruteraan serta jenis peralatan dan proses yang disokong. Chris Witham, Presiden Motion Dynamics, menjelaskan: “Berdasarkan model perniagaan yang sangat tertumpu pada produk neurovaskular, kami dapat memberikan hasil yang berbeza dalam reka bentuk, pelaksanaan dan perkhidmatan. Kami hanya menggunakan pemotongan laser untuk menghasilkan komponen yang kami gunakan secara dalaman. , untuk mengeluarkan komponen "sukar" bernilai tinggi yang telah menjadi kepakaran dan reputasi kami; kami tidak menawarkan pemotongan laser sebagai perkhidmatan kontrak. Kami mendapati bahawa kebanyakan pemotongan laser yang kami lakukan paling baik dilakukan dengan laser USP, dan selama bertahun-tahun saya telah menggunakan Tiub StarCut dengan salah satu laser ini. Disebabkan permintaan yang tinggi untuk produk kami, kami mempunyai dua syif 8 jam sehari, kadangkala tiga syif, dan pada tahun 2019 kami perlu memperoleh Tiub StarCut yang lain untuk menyokong Pertumbuhan ini. Tetapi kali ini, kami memutuskan untuk menggunakan salah satu model hibrid baharu laser USP femtosaat dan laser gentian. Kami juga memasangkannya dengan pemuat/pembongkar StarFeed. supaya kami dapat mengautomasikan sepenuhnya pemotongan – operator hanya meletakkan bahagian kosong. Tiub dimuatkan ke dalam pengumpan dan program pengendalian perisian untuk produk dimulakan.
Rajah 3. Tiub penghantaran keluli tahan karat fleksibel ini (ditunjukkan di sebelah pemadam pensel) telah dipotong dengan laser femtosaat Monaco.
Witham menambah bahawa walaupun mereka kadangkala menggunakan mesin untuk pemotongan rata, lebih daripada 95 peratus masa mereka dihabiskan untuk mencipta atau mengubah suai produk silinder untuk pemasangan kateter yang boleh dikemudi, iaitu hipotube, gegelung dan lingkaran, termasuk memotong hujung berprofil dan lubang Potong. Komponen ini akhirnya digunakan dalam prosedur seperti pembaikan aneurisme dan penyingkiran trombus. Ini memerlukan penggunaan pemotong laser pada pelbagai logam termasuk keluli tahan karat, emas tulen, platinum dan nitinol.
Rajah 4. Motion Dynamics juga menggunakan kimpalan laser secara meluas. Di atas, gegelung telah dikimpal pada tiub potongan laser.
Apakah pilihan laser? Witham menjelaskan bahawa kualiti tepi yang sangat baik dan goresan minimum adalah penting untuk kebanyakan komponen mereka, jadi pada mulanya mereka lebih suka laser USP. Selain itu, tiada satu pun bahan yang digunakan oleh syarikat itu boleh dipotong oleh salah satu laser ini, termasuk komponen emas kecil yang digunakan sebagai penanda radiopak dalam beberapa produknya. Tetapi beliau menambah bahawa pilihan hibrid baharu, termasuk laser gentian dan USP, memberi mereka lebih fleksibiliti dalam mengoptimumkan isu kelajuan/kualiti tepi. “Tidak syak lagi bahawa gentian optik boleh memberikan kelajuan yang lebih tinggi,” katanya. “Tetapi disebabkan oleh fokus aplikasi khusus kami, ini biasanya bermaksud beberapa jenis pemprosesan pasca, seperti pembersihan kimia dan ultrasonik atau penggilapan elektro. Jadi, mempunyai mesin hibrid membolehkan kami memilih proses keseluruhan yang mana – USP sahaja atau Pengendalian gentian dan pemprosesan pasca – Optimum untuk setiap komponen. Ia membolehkan kami meneroka kemungkinan pemesinan hibrid komponen yang sama, terutamanya apabila diameter dan ketebalan dinding yang lebih besar terlibat: walaupun pemotongan pantas dengan laser gentian, Kemudian gunakan laser femtosaat untuk pemotongan halus.” Beliau menjangkakan laser USP akan kekal sebagai pilihan pertama mereka kerana kebanyakan potongan laser mereka melibatkan ketebalan dinding antara 4 dan 6 ribu, walaupun ketebalan dinding mereka antara 1-20 ribu. Paip keluli tahan karat antara ribu.
Kesimpulannya, pemotongan dan penggerudian laser merupakan proses utama dalam pembuatan pelbagai peranti perubatan. Hari ini, hasil kemajuan dalam teknologi laser teras dan mesin yang sangat dioptimumkan yang dikonfigurasikan untuk keperluan khusus industri, proses ini lebih mudah digunakan dan memberikan hasil yang lebih baik berbanding sebelum ini.