Niniejsza witryna internetowa obsługiwana jest przez jedną lub więcej firm będących własnością Informa PLC, a wszelkie prawa autorskie są ich własnością. Siedziba firmy Informa PLC mieści się pod adresem 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Spółka zarejestrowana w Anglii i Walii pod numerem 8860726.
Obecnie niemal całe precyzyjne cięcie laserowe metali i niemetali wykonuje się przy użyciu narzędzi wyposażonych w lasery światłowodowe lub lasery o ultrakrótkich impulsach (USP), a czasami oba. W tym artykule wyjaśnimy różne zalety obu laserów i zobaczymy, jak obaj producenci je wykorzystują. NPX Medical (Plymouth, MN) to firma specjalizująca się w obróbce kontraktowej, która produkuje różnorodne urządzenia i narzędzia do wdrażania, takie jak stenty, implanty i elastyczne rurki, przy użyciu maszyn wyposażonych w lasery światłowodowe. Motion Dynamics produkuje podzespoły, takie jak zespoły „drutowe” stosowane głównie w neurologii, wykorzystując maszynę wyposażoną w laser femtosekundowy USP i jeden z najnowszych systemów hybrydowych obejmujących lasery femtosekundowe i światłowodowe, zapewniające maksymalną elastyczność i wszechstronność.
Przez wiele lat większość mikroobróbki laserowej była wykonywana przy użyciu półprzewodnikowych laserów nanosekundowych, zwanych laserami DPSS. Jednakże obecnie sytuacja ta uległa całkowitej zmianie dzięki opracowaniu dwóch zupełnie różnych, a zatem uzupełniających się typów laserów. Pierwotnie opracowane dla telekomunikacji, lasery światłowodowe stały się roboczymi laserami do obróbki materiałów w wielu gałęziach przemysłu, często w zakresie długości fal bliskiej podczerwieni. Przyczyny ich sukcesu leżą w prostej architekturze i łatwej skalowalności mocy. W rezultacie powstają lasery, które są kompaktowe, wysoce niezawodne i łatwe do zintegrowania ze specjalistycznymi maszynami, a ogólnie rzecz biorąc oferują niższy koszt posiadania niż starsze typy laserów. Co ważne dla mikroobróbki, wiązkę wyjściową można skupić w małym, czystym punkcie o średnicy zaledwie kilku mikronów, dzięki czemu idealnie nadają się do cięcia, spawania i wiercenia o wysokiej rozdzielczości. Ich wyjścia są również bardzo elastyczne i kontrolowane, z częstotliwością impulsów w zakresie od pojedynczego impulsu do 170 kHz. Oprócz skalowalnej mocy umożliwia to szybkie cięcie i wiercenie.
Jednak potencjalną wadą laserów światłowodowych w mikroobróbce jest obróbka małych elementów i/lub cienkich, delikatnych części. Długie (np. 50 µs) czasy trwania impulsu skutkują niewielką ilością strefy wpływu ciepła (HAZ), np. w przypadku przetopionego materiału, oraz małą chropowatością krawędzi, co może wymagać pewnego przetwarzania końcowego. Na szczęście nowsze lasery — lasery o ultrakrótkich impulsach (USP) z femtosekundowymi impulsami wyjściowymi — eliminują problem strefy wpływu ciepła.
W przypadku laserów USP większość dodatkowego ciepła związanego z procesem cięcia lub wiercenia jest odprowadzana wraz z wyrzucanymi odłamkami, zanim zdąży rozproszyć się w otaczającym materiale.Lasery USP z wyjściem pikosekundowym są od dawna stosowane w mikroobróbce tworzyw sztucznych, półprzewodników, ceramiki i niektórych metali (pikosekundy = 10-12 sekund).Jednak w przypadku urządzeń metalowych z filarami wielkości ludzkiego włosa, wysoka przewodność cieplna metalu i jego niewielkie rozmiary oznaczają, że lasery pikosekundowe nie zawsze zapewniają lepsze wyniki, które uzasadniałyby wzrost kosztów wcześniejszych laserów USP.Zmieniło się to wraz z pojawieniem się laserów femtosekundowych klasy przemysłowej (femtosekundy = 10-15 sekund).Przykładem jest seria laserów Monaco firmy Coherent Inc.Podobnie jak lasery światłowodowe, ich wyjściem jest światło bliskiej podczerwieni, co oznacza, że ​​mogą ciąć lub wiercić wszystkie metale stosowane w urządzeniach medycznych, w tym stal nierdzewną, platynę, złoto, magnez, kobalt-chrom, tytan, i wiele innych, a także niemetale. Połączenie krótkiego czasu trwania impulsu i niskiej energii impulsu zapobiega uszkodzeniom termicznym (HAZ), natomiast wysoka częstotliwość powtarzania (MHz) zapewnia ekonomiczną prędkość przesyłu dla wielu drogich urządzeń medycznych.
Oczywiście, w naszej branży prawie nikt nie potrzebuje tylko jednego lasera. Zamiast tego potrzebne są maszyny laserowe, a obecnie dostępnych jest wiele specjalistycznych maszyn zoptymalizowanych pod kątem cięcia i wiercenia urządzeń medycznych. Przykładem jest seria StarCut Tube firmy Coherent, która może być stosowana z laserami światłowodowymi, laserami femtosekundowymi lub jako wersja hybrydowa łącząca oba typy laserów.
Co oznacza specjalizacja w zakresie urządzeń medycznych?Większość z tych urządzeń jest produkowana w ograniczonych partiach na podstawie niestandardowych projektów.Dlatego elastyczność i łatwość obsługi są kluczowymi czynnikami.Podczas gdy wiele urządzeń jest produkowanych z półfabrykatów, niektóre komponenty muszą być precyzyjnie obrabiane z płaskich półfabrykatów; ta sama maszyna musi obsługiwać oba te zadania, aby zmaksymalizować jej wartość.Te potrzeby są zazwyczaj spełniane poprzez zapewnienie wieloosiowego ruchu sterowanego CNC (XYZ i obrotowego) oraz przyjaznego dla użytkownika interfejsu HMI do prostego programowania i sterowania.W przypadku StarCut Tube, nowy moduł ładowania rur jest wyposażony w boczny magazyn ładujący (nazywany StarFeed) dla rur o długości do 3 m i sorter dla pociętych produktów, co umożliwia w pełni zautomatyzowaną produkcję.
Elastyczność procesu tych maszyn jest dodatkowo zwiększona dzięki obsłudze cięcia na mokro i na sucho oraz łatwo regulowanym dyszom doprowadzającym w przypadku procesów wymagających gazu wspomagającego. Rozdzielczość przestrzenna jest również szczególnie ważna w przypadku obróbki bardzo małych części, co oznacza, że ​​stabilność termomechaniczna eliminuje skutki wibracji często występujących w warsztatach obróbki mechanicznej. Gama StarCut Tube zaspokaja tę potrzebę, budując cały pokład tnący z dużej liczby elementów granitowych.
NPX Medical to stosunkowo nowy producent kontraktowy świadczący usługi projektowania, inżynierii i precyzyjnego cięcia laserowego dla producentów urządzeń medycznych. Założona w 2019 roku firma zbudowała reputację w branży dzięki wysokiej jakości produktom i szybkości reakcji, obsługując szeroką gamę urządzeń, w tym stenty, implanty, stenty zastawkowe i elastyczne rurki doprowadzające do podobnie zróżnicowanych procedur chirurgicznych Zabiegi, w tym chirurgia naczyniowa, sercowa, nerkowa, kręgosłupa, ortopedyczna, ginekologiczna i żołądkowo-jelitowa. Jej głównym laserem tnącym jest StarCut Tube 2+2Â ze StarFiber 320FC o średniej mocy 200 watów. Mike Brenzel, jeden z założycieli NPX, wyjaśnił, że „założyciele wnoszą lata doświadczenia w projektowaniu i produkcji urządzeń medycznych — łącznie ponad 90 lat”, z wcześniejszym doświadczeniem w maszynach typu StarCut wykorzystujących lasery światłowodowe. Duża część naszej pracy obejmuje cięcie nitinolem i już wiemy, że lasery światłowodowe mogą zapewnić potrzebną nam prędkość i jakość. W przypadku urządzeń, takich jak grubościenne rurek i zastawek serca, potrzebujemy szybkości, a laser USP może być zbyt wolny dla naszych potrzeb. Oprócz zamówień produkcyjnych o dużej objętości – specjalizujemy się w małych partiach części – tylko między 5 a 150 sztuk – naszym celem jest ukończenie tych małych partii w ciągu zaledwie kilku dni, w tym projektowanie, programowanie, cięcie, formowanie, obróbka końcowa i kontrola, w porównaniu z tygodniami po złożeniu zamówienia w przypadku większych firm.” Oprócz wspomnienia o szybkości, Brenzel wspomniał o niezawodności maszyny jako o jej głównej zalecie, która nie wymagała ani jednej wizyty serwisowej w ciągu ostatnich 18 miesięcy niemal ciągłej pracy.
Rysunek 2. NPX oferuje szereg opcji obróbki końcowej. Pokazany tu materiał to stal nierdzewna T316 o średnicy zewnętrznej 5 mm i grubości ścianki 0,254 mm. Część lewa jest cięta/mikropiaskowana, a część prawa jest elektropolerowana.
Oprócz części z nitinolu firma szeroko wykorzystuje również stopy kobaltu i chromu, stopy tantalu, stopy tytanu i wiele rodzajów medycznej stali nierdzewnej. Jeff Hansen, kierownik ds. obróbki laserowej, wyjaśnia: „Elastyczność maszyny to kolejny ważny atut, który pozwala nam obsługiwać cięcie bardzo zróżnicowanego zakresu materiałów, w tym rur i płaskowników. Możemy skupić wiązkę do punktu o średnicy 20 mikronów, co jest przydatne w przypadku bardziej Cienkie rurki są bardzo przydatne. Niektóre z tych rurek mają średnicę wewnętrzną zaledwie 0,012″, a wysoki stosunek mocy szczytowej do mocy średniej najnowszych laserów światłowodowych maksymalizuje naszą prędkość cięcia, zapewniając jednocześnie pożądaną jakość krawędzi. Zdecydowanie potrzebujemy prędkości większych produktów o średnicy zewnętrznej do 1 cala”.
Oprócz precyzyjnego cięcia i szybkiej reakcji, NPX oferuje również pełną gamę technologii postprocessingu, a także kompleksowe usługi projektowe wykorzystujące bogate doświadczenie firmy w branży. Techniki te obejmują elektropolerowanie, piaskowanie, trawienie, spawanie laserowe, stabilizację cieplną, formowanie, pasywację, testowanie temperatury Af i testowanie zmęczeniowe, które są kluczowe dla produkcji urządzeń Nitinol. Korzystanie z postprocessingu w celu kontrolowania wykończenia krawędzi, powiedział Brenzel, „zwykle zależy od tego, czy mówimy o zastosowaniu o wysokim czy niskim zmęczeniu. Na przykład część o wysokim zmęczeniu, taka jak zastawka serca, może wyginać się miliard razy w ciągu swojego okresu użytkowania jako postprocessing. Jako krok, ważne jest użycie piaskowania w celu zwiększenia promienia wszystkich krawędzi. Jednak komponenty o niskim zmęczeniu, takie jak systemy dostawcze lub prowadniki, często nie wymagają rozległego postprocessingu”. Jeśli chodzi o wiedzę specjalistyczną w zakresie projektowania, wyjaśnia Brenzel, obecnie jest ich aż Trzy czwarte klientów korzysta również z usług projektowych, aby skorzystać z pomocy i umiejętności NPX w uzyskaniu zatwierdzenia FDA. Firma jest bardzo dobra w przekształcaniu koncepcji „szkicu na serwetce” w produkt w jego ostatecznej formie w krótkim czasie.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) to producent niestandardowych miniaturowych sprężyn, cewek medycznych i zespołów drutowych, którego misją jest rozwiązywanie problemów klientów, niezależnie od tego, jak skomplikowane lub pozornie niemożliwe wydają się, w jak najkrótszym czasie. W zakresie urządzeń medycznych firma koncentruje się przede wszystkim na złożonych zespołach do chirurgii naczyniowo-nerwowej, w tym na projektowaniu, produkcji i montażu wysokiej jakości zespołów drutowych do zastosowań takich jak sterowalne urządzenia cewnikowe, w tym zespoły „drutowe”.
Jak wspomniano wcześniej, wybór lasera światłowodowego lub USP jest kwestią preferencji inżynieryjnych, a także rodzaju obsługiwanego sprzętu i procesów.Chris Witham, prezes Motion Dynamics, wyjaśnił: „W oparciu o model biznesowy, który jest silnie skoncentrowany na produktach neuronaczyniowych, możemy dostarczać zróżnicowane wyniki w zakresie projektowania, wykonania i serwisu. Używamy cięcia laserowego wyłącznie do produkcji komponentów, których używamy wewnętrznie. , aby produkować wartościowe, „trudne” komponenty, które stały się naszą specjalnością i reputacją; nie oferujemy cięcia laserowego jako usługi kontraktowej. Odkryliśmy, że większość cięć laserowych, które wykonujemy, najlepiej wykonuje się za pomocą laserów USP, a od wielu lat używam tuby StarCut z jednym z tych laserów. Ze względu na duży popyt na nasze produkty mamy dwie 8-godzinne zmiany dziennie, czasami nawet trzy zmiany, a w 2019 roku musimy nabyć kolejną tubę StarCut, aby wesprzeć ten wzrost. Ale tym razem zdecydowaliśmy się na jeden z nowych hybrydowych modeli laserów femtosekundowych USP i laserów światłowodowych. Mamy również połączyliśmy go z ładowarką/rozładowarką StarFeed, dzięki czemu mogliśmy w pełni zautomatyzować cięcie – operator po prostu wkładał pustak. Rurka była ładowana do podajnika, a następnie uruchamiany był program obsługi produktu.
Rysunek 3. Ta elastyczna rurka doprowadzająca ze stali nierdzewnej (przedstawiona obok gumki do ołówka) została przecięta laserem femtosekundowym Monaco.
Witham dodaje, że chociaż czasami używają maszyny do płaskiego cięcia, ponad 95 procent czasu spędzają na tworzeniu lub modyfikowaniu cylindrycznych produktów do sterowalnych zestawów cewników, mianowicie rurek, cewek i spiral, w tym na cięciu profilowanych końcówek i wycinaniu otworów. Te elementy są ostatecznie wykorzystywane w takich zabiegach, jak naprawa tętniaków i usuwanie zakrzepów. Wymaga to stosowania laserów do cięcia różnych metali, w tym stali nierdzewnej, czystego złota, platyny i nitinolu.
Rysunek 4. Motion Dynamics szeroko wykorzystuje również spawanie laserowe. Na powyższym zdjęciu cewka została przyspawana do rury wyciętej laserowo.
Jakie są opcje laserowe? Witham wyjaśnił, że doskonała jakość krawędzi i minimalne nacięcia są krytyczne dla większości ich komponentów, więc początkowo preferowali lasery USP. Ponadto żadnego z materiałów używanych przez firmę nie można ciąć jednym z tych laserów, w tym maleńkich złotych komponentów używanych jako znaczniki radioprzepuszczalne w niektórych jej produktach. Dodał jednak, że nowe opcje hybrydowe, w tym lasery światłowodowe i USP, dają im większą elastyczność w optymalizacji problemów z prędkością/jakością krawędzi. „Nie ma wątpliwości, że światłowody mogą zapewnić wyższe prędkości”, powiedział. „Jednak ze względu na nasze szczególne skupienie na aplikacjach zwykle oznacza to pewien rodzaj obróbki końcowej, takiej jak czyszczenie chemiczne i ultradźwiękowe lub elektropolerowanie. Tak więc posiadanie maszyny hybrydowej pozwala nam wybrać, który ogólny proces – sam USP lub obróbka włókien i obróbki końcowej – jest optymalny dla każdego komponentu. Pozwala nam to zbadać możliwość hybrydowej obróbki tego samego komponentu, szczególnie tam, gdzie w grę wchodzą większe średnice i grubości ścianek: nawet szybkie cięcie laserami światłowodowymi, a następnie użycie lasera femtosekundowego do precyzyjnego cięcia”. Oczekuje, że laser USP pozostanie ich pierwszym wyborem, ponieważ większość ich cięć laserowych obejmuje grubości ścianek od 4 do 6 tys., chociaż spotykają się z grubościami ścianek od 1 do 20 tys. Rury ze stali nierdzewnej od tys.
Podsumowując, cięcie i wiercenie laserowe stanowią kluczowe procesy w produkcji różnorodnych urządzeń medycznych. Obecnie, dzięki postępowi w zakresie technologii laserowej i wysoce zoptymalizowanym maszynom, skonfigurowanym pod kątem specyficznych potrzeb branży, procesy te są łatwiejsze w użyciu i zapewniają lepsze rezultaty niż kiedykolwiek wcześniej.