Kjo faqe interneti operohet nga një ose më shumë biznese në pronësi të Informa PLC dhe të gjitha të drejtat e autorit janë në pronësi të tyre. Zyra e regjistruar e Informa PLC është 5 Howick Place, London SW1P 1WG. E regjistruar në Angli dhe Uells. Nr. 8860726.
Sot, pothuajse të gjitha prerjet precize me lazer të metaleve dhe jometaleve kryhen duke përdorur mjete të pajisura me lazerë me fibra ose lazerë me puls ultra të shkurtër (USP), ose ndonjëherë të dyja. Në këtë artikull, ne do të shpjegojmë avantazhet e ndryshme të dy lazerëve dhe do të shohim se si të dy prodhuesit i përdorin këta lazerë. NPX Medical (Plymouth, MN) është një kompani përpunimi e specializuar me kontratë që prodhon një sërë pajisjesh dhe mjetesh vendosjeje, të tilla si stenta, implante dhe tuba fleksibël, duke përdorur makina që përfshijnë lazerë me fibra. Motion Dynamics prodhon nën-montime, të tilla si montime "tërheqëse teli" të përdorura kryesisht në neurologji, duke përdorur një makinë që përfshin një lazer femtosekondë USP dhe një nga sistemet më të fundit hibride duke përfshirë lazerë femtosekondë dhe fibra për fleksibilitet dhe shkathtësi maksimale.
Për shumë vite, shumica e mikropërpunimit me lazer është kryer duke përdorur lazerë nanosekondash në gjendje të ngurtë të quajtur lazerë DPSS. Megjithatë, kjo tani ka ndryshuar plotësisht falë zhvillimit të dy llojeve krejtësisht të ndryshme, dhe për këtë arsye plotësuese, të lazerëve. Fillimisht të zhvilluara për telekomunikacion, lazerët me fibra janë zhvilluar në lazerë për përpunimin e materialeve të fuqishme në shumë industri, shpesh në gjatësi vale afër infra të kuqes. Arsyet e suksesit të tyre qëndrojnë në arkitekturën e tyre të thjeshtë dhe shkallëzueshmërinë e drejtpërdrejtë të fuqisë. Kjo rezulton në lazerë që janë kompaktë, shumë të besueshëm dhe të lehtë për t'u integruar në makina të specializuara, dhe në përgjithësi ofrojnë një kosto më të ulët pronësie sesa llojet e lazerëve më të vjetër. E rëndësishme për mikropërpunimin, rrezja e daljes mund të fokusohet në një pikë të vogël dhe të pastër me vetëm disa mikronë në diametër, kështu që ato janë ideale për prerje, saldim dhe shpim me rezolucion të lartë. Daljet e tyre janë gjithashtu shumë fleksibile dhe të kontrollueshme, me shpejtësi pulsimi që variojnë nga një goditje e vetme deri në 170 kHz. Së bashku me fuqinë e shkallëzueshme, kjo mbështet prerjen dhe shpimin e shpejtë.
Megjithatë, një disavantazh i mundshëm i lazerëve me fibra në mikropërpunim është përpunimi i elementëve të vegjël dhe/ose pjesëve të holla dhe delikate. Kohëzgjatjet e gjata të pulsit (p.sh., 50 µs) rezultojnë në një sasi të vogël të zonës së prekur nga nxehtësia (HAZ) siç është materiali i ripërpunuar dhe ashpërsia e vogël e skajit, të cilat mund të kërkojnë disa përpunime pasuese. Për fat të mirë, lazerët më të rinj - lazerët me puls ultra të shkurtër (USP) me pulse dalëse femtosekondash - eliminojnë problemin HAZ.
Me lazerët USP, pjesa më e madhe e nxehtësisë shtesë që lidhet me procesin e prerjes ose shpimit largohet në mbeturinat e nxjerra përpara se të ketë kohë të shpërndahet në materialin përreth. Lazerët USP me dalje pikosekondash janë përdorur prej kohësh në aplikimet e mikropërpunimit që përfshijnë plastikë, gjysmëpërçues, qeramikë dhe metale të caktuara (pikosekonda = 10-12 sekonda). Por për pajisjet metalike me shtylla sa madhësia e një floku njeriu, përçueshmëria e lartë termike e metalit dhe madhësia e vogël do të thotë që lazerët pikosekondash nuk ofrojnë gjithmonë rezultate të përmirësuara që do të justifikonin koston e rritur të lazerëve të mëparshëm USP. Kjo tani ka ndryshuar me ardhjen e lazerëve femtosekonda të gradës industriale (femtosekonda = 10-15 sekonda). Një shembull është seria e lazerëve Monaco e Coherent Inc. Ashtu si lazerët me fibra, prodhimi i tyre është dritë afër infra të kuqe, që do të thotë se ata mund të presin ose shpojnë të gjitha metalet e përdorura në pajisjet mjekësore, duke përfshirë çelikun inox, platinin, arin, magnezin, kobalt-kromin, titanin dhe më shumë, si dhe jometalet. Ndërsa kombinimi i kohëzgjatjes së shkurtër të pulsit dhe Energjia e ulët e pulsit parandalon dëmtimin termik (HAZ), shkalla e lartë e përsëritjes (MHz) siguron shpejtësi të përpunimit me kosto efektive për shumë pajisje mjekësore me vlerë të lartë.
Sigurisht, pothuajse askush në industrinë tonë nuk ka nevojë vetëm për një lazer. Në vend të kësaj, ata kanë nevojë për një makinë të bazuar në lazer, dhe tani ka shumë makina të specializuara të optimizuara për prerjen dhe shpimin e pajisjeve mjekësore. Një shembull është seria StarCut Tube e Coherent, e cila mund të përdoret me lazerë me fibra, lazerë femtosekondë ose si një version hibrid që përfshin të dy llojet e lazerëve.
Çfarë do të thotë specializimi i pajisjeve mjekësore? Shumica e këtyre pajisjeve prodhohen në grupe të kufizuara bazuar në dizajne të personalizuara. Prandaj, fleksibiliteti dhe lehtësia e përdorimit janë konsiderata kyçe. Ndërsa shumë pajisje prodhohen nga pjesë të prera, disa komponentë duhet të përpunohen me precizion nga pjesë të sheshta; e njëjta makinë duhet t'i trajtojë të dyja për të maksimizuar vlerën e saj. Këto nevoja zakonisht plotësohen duke siguruar lëvizje shumë-aksore të kontrolluar nga CNC (xyz dhe rrotulluese) dhe një HMI miqësor për përdoruesit për programim dhe kontroll të thjeshtë. Në rastin e StarCut Tube, një opsion i ri i modulit të ngarkimit të tubave vjen me një karikator ngarkimi anësor (i quajtur StarFeed) për tuba deri në 3 m në gjatësi dhe një ndarës për produktet e prera, duke lejuar prodhim plotësisht të automatizuar.
Fleksibiliteti i procesit të këtyre makinave përmirësohet më tej nga mbështetja për prerjen e lagësht dhe të thatë dhe grykat e shpërndarjes lehtësisht të rregullueshme për proceset që kërkojnë gaz ndihmës. Rezolucioni hapësinor është gjithashtu veçanërisht i rëndësishëm për përpunimin e pjesëve shumë të vogla, që do të thotë se stabiliteti termomekanik eliminon efektet e dridhjeve që hasen shpesh në punishtet e makinerive. Gama StarCut Tube plotëson këtë nevojë duke ndërtuar të gjithë platformën e prerjes me një numër të madh elementësh graniti.
NPX Medical është një prodhues relativisht i ri me kontratë që ofron shërbime projektimi, inxhinierie dhe prerjeje me lazer precize për prodhuesit e pajisjeve mjekësore. E themeluar në vitin 2019, kompania ka ndërtuar një reputacion në industri për produkte cilësore dhe reagim, duke mbështetur një gamë të gjerë pajisjesh, duke përfshirë stenta, implante, stenta valvulash dhe tuba fleksibël për ndërhyrje kirurgjikale në mënyrë të ngjashme, duke përfshirë kirurgji neurovaskulare, kardiake, renale, të shtyllës kurrizore, ortopedike, gjinekologjike dhe gastrointestinale. Prerësi i saj kryesor me lazer është StarCut Tube 2+2Â me një StarFiber 320FC me një fuqi mesatare prej 200 vat. Mike Brenzel, një nga themeluesit e NPX, shpjegoi se "themeluesit sjellin vite përvojë në projektimin dhe prodhimin e pajisjeve mjekësore - më shumë se 90 vjet në total", me përvojë të mëparshme me makina të ngjashme me StarCut që përdorin lazerë me fibra. Shumë nga puna jonë përfshin prerjen e Nitinol dhe ne tashmë e dimë se lazerët me fibra mund të ofrojnë shpejtësinë dhe cilësinë që na nevojitet. Për pajisje si tubat me mure të trasha dhe valvulat e zemrës, ne kemi nevojë për shpejtësi, dhe lazeri USP mund të jetë shumë i ngadaltë për nevojat tona. Përveç kësaj. për porosi prodhimi me volum të lartë - ne specializohemi në grupe të vogla pjesësh - vetëm midis 5 dhe 150 copë - qëllimi ynë është t'i përfundojmë këto punime në grupe të vogla vetëm në pak ditë, duke përfshirë projektimin, programimin, prerjen, formimin, përpunimin pasues dhe inspektimin, krahasuar me javët pas vendosjes së një porosie për kompanitë më të mëdha.” Përveç përmendjes së shpejtësisë, Brenzel përmendi besueshmërinë e makinës si një avantazh të madh, duke mos kërkuar asnjë telefonatë të vetme shërbimi gjatë 18 muajve të fundit të funksionimit pothuajse të vazhdueshëm.
Figura 2. NPX ofron një sërë opsionesh përpunimi pas përpunimit. Materiali i paraqitur këtu është çelik inox T316 me një diametër jashtësor 5 mm dhe trashësi muri 0.254 mm. Pjesa e majtë është prerë/mikroblastuar dhe pjesa e djathtë është elektro-lëmuar.
Përveç pjesëve të nitinolit, kompania përdor gjerësisht edhe lidhjet kobalt-krom, lidhjet tantal, lidhjet e titaniumit dhe shumë lloje të çelikëve inox mjekësorë. Jeff Hansen, Menaxher i Përpunimit të Lazerit, shpjegon: "Fleksibiliteti i makinës është një tjetër aset i rëndësishëm, që na lejon të mbështesim prerjen e një game shumë të larmishme materialesh, duke përfshirë tuba dhe të sheshta. Ne mund ta përqendrojmë rrezen poshtë në një pikë prej 20 mikronësh, e cila është e dobishme për më shumë... Tubat e hollë janë shumë të dobishëm. Disa nga këto tuba janë vetëm 0.012″ ID, dhe raporti i lartë i fuqisë maksimale me fuqinë mesatare të lazerëve më të fundit me fibra maksimizon shpejtësinë tonë të prerjes, duke siguruar ende cilësinë e dëshiruar të skajit. Ne absolutisht kemi nevojë për shpejtësinë e produkteve më të mëdha me një diametër të jashtëm deri në 1 inç."
Përveç prerjes precize dhe reagimit të shpejtë, NPX ofron gjithashtu një gamë të plotë të teknologjive të përpunimit pas përpunimit, si dhe shërbime gjithëpërfshirëse të projektimit që shfrytëzojnë përvojën e saj të gjerë në industri. Këto teknika përfshijnë elektro-lëmimin, pastrimin me rërë, turshimin, saldimin me lazer, vendosjen me nxehtësi, formimin, pasivizimin, testimin e temperaturës Af dhe testimin e lodhjes, të cilat janë të gjitha çelësi për prodhimin e pajisjeve Nitinol. Përdorimi i përpunimit pas përpunimit për të kontrolluar përfundimin e skajit, tha Brenzel, "zakonisht varet nëse po flasim për një aplikim me lodhje të lartë apo të ulët. Për shembull, një pjesë me lodhje të lartë si një valvul zemre mund të përkulet një miliard herë gjatë jetëgjatësisë së saj si një përpunim pas përpunimit. Si hap, është e rëndësishme të përdoret pastrimi me rërë për të rritur rrezen e të gjitha skajeve. Por komponentët me lodhje të ulët si sistemet e shpërndarjes ose telat udhëzues shpesh nuk kërkojnë përpunim të gjerë pas përpunimit." Sa i përket ekspertizës në dizajn, shpjegon Brenzel, tani ka deri në tre të katërtat e klientëve që përdorin gjithashtu shërbimet e tyre të dizajnit për të përfituar nga ndihma dhe aftësitë e NPX në marrjen e miratimit nga FDA. Kompania është shumë e mirë në shndërrimin e konceptit të "skicës së pecetës" në një produkt në formën e tij përfundimtare brenda një periudhe të shkurtër kohore.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) është një prodhues i sustave miniaturë, spiraleve mjekësore dhe montimeve të telave me porosi, misioni i të cilit është të zgjidhë problemet e klientëve, pavarësisht se sa komplekse ose në dukje të pamundura janë, në kohën më të shkurtër të mundshme. Në pajisjet mjekësore, ajo thekson kryesisht montimet komplekse për kirurgjinë neurovaskulare, duke përfshirë projektimin, prodhimin dhe montimin e montimeve të telave me cilësi të lartë për aplikime të tilla si pajisjet e kateterit të drejtuar, duke përfshirë montimet "tërheqëse të telave".
Siç u përmend më parë, zgjedhja e lazerit me fibra ose USP është çështje preference inxhinierike, si dhe e llojit të pajisjeve dhe proceseve të mbështetura. Chris Witham, President i Motion Dynamics, shpjegoi: "Bazuar në një model biznesi që është shumë i fokusuar në produktet neurovaskulare, ne mund të ofrojmë rezultate të diferencuara në projektim, ekzekutim dhe shërbim. Ne përdorim prerjen me lazer vetëm për të prodhuar komponentët që përdorim brenda kompanisë, për të prodhuar komponentët me vlerë të lartë, "të vështirë" që janë bërë specialiteti dhe reputacioni ynë; ne nuk ofrojmë prerje me lazer si shërbim me kontratë. Ne kemi zbuluar se shumica e prerjeve me lazer që kryejmë bëhen më mirë me lazerët USP, dhe për shumë vite kam përdorur një StarCut Tube me një nga këto lazerë. Për shkak të kërkesës së fortë për produktet tona, ne kemi dy ndërrime 8-orëshe në ditë, ndonjëherë edhe tre ndërrime, dhe në vitin 2019 na duhet të blejmë një tjetër StarCut Tube për të mbështetur këtë rritje. Por këtë herë, vendosëm të zgjidhnim një nga modelet e reja hibride të lazerëve femtosekondë USP dhe lazerëve me fibra. Ne gjithashtu e çiftëzuam atë me një ngarkues/shkarkues StarFeed." në mënyrë që të mund ta automatizojmë plotësisht prerjen - operatori thjesht vendos boshllëkun. Tubi ngarkohet në ushqyes dhe programi operativ i softuerit për produktin fillon.
Figura 3. Ky tub fleksibël prej çeliku inox (i paraqitur pranë një gome lapsi) është prerë me një lazer femtosekondë Monako.
Witham shton se, ndërsa ata herë pas here e përdorin makinën për prerje të sheshtë, më shumë se 95 përqind e kohës së tyre shpenzohet duke krijuar ose modifikuar produkte cilindrike për montimet e tyre të kateterit të drejtuar, përkatësisht hipotuba, spirale dhe spirale, duke përfshirë prerjen e majave të profilizuara dhe vrimave të prera. Këta komponentë përdoren në fund të fundit në procedura të tilla si riparimi i aneurizmës dhe heqja e trombit. Kjo kërkon përdorimin e prerësve me lazer në një sërë metalesh, duke përfshirë çelik inox, ar të pastër, platin dhe nitinol.
Figura 4. Dinamika e Lëvizjes përdor gjithashtu gjerësisht saldimin me lazer. Më sipër, spiralja është salduar në tubin e prerë me lazer.
Cilat janë opsionet e lazerit? Witham shpjegoi se cilësia e shkëlqyer e skajeve dhe prerjet minimale janë kritike për shumicën e komponentëve të tyre, kështu që ata fillimisht preferuan lazerët USP. Përveç kësaj, asnjë nga materialet që përdor kompania nuk mund të pritet nga një prej këtyre lazerëve, duke përfshirë komponentët e vegjël të arit të përdorur si shënjues radiopak në disa nga produktet e saj. Por ai shtoi se opsionet e reja hibride, duke përfshirë lazerët me fibra dhe USP-të, u japin atyre më shumë fleksibilitet në optimizimin e çështjeve të shpejtësisë/cilësisë së skajit. "Nuk ka dyshim se fibrat optike mund të ofrojnë shpejtësi më të larta," tha ai. "Por për shkak të fokusit tonë të veçantë në aplikim, kjo zakonisht do të thotë një lloj përpunimi pasues, siç është pastrimi kimik dhe tejzanor ose elektro-lëmimi. Pra, të kesh një makinë hibride na lejon të zgjedhim se cili proces i përgjithshëm - vetëm USP ose fibra dhe trajtimi pasues - është optimal për secilin komponent. Na lejon të shqyrtojmë mundësinë e përpunimit hibrid të të njëjtit komponent, veçanërisht aty ku përfshihen diametra dhe trashësi muri më të mëdha: madje edhe prerja e shpejtë me lazerë me fibra, pastaj përdorni një lazer femtosekondë për prerje të imët." Ai pret që lazeri USP do të mbetet zgjedhja e tyre e parë, sepse shumica e prerjeve të tyre me lazer përfshijnë trashësi muri midis 4 dhe 6 mijë, megjithëse ata hasin trashësi muri që variojnë nga 1-20 mijë. Tuba çeliku inox midis mijëra.
Si përfundim, prerja dhe shpimi me lazer janë procese kyçe në prodhimin e pajisjeve të ndryshme mjekësore. Sot, falë përparimeve në teknologjinë thelbësore të lazerit dhe makinerive shumë të optimizuara të konfiguruara për nevojat specifike të industrisë, këto procese janë më të lehta për t'u përdorur dhe japin rezultate më të mira se kurrë më parë.