Bu web sitesi Informa PLC'ye ait bir veya daha fazla işletme tarafından işletilmektedir ve tüm telif hakları onlara aittir. Informa PLC'nin kayıtlı adresi 5 Howick Place, London SW1P 1WG'dir. İngiltere ve Galler'de 8860726 numarasıyla kayıtlıdır.
Günümüzde, metallerin ve metal olmayan malzemelerin hassas lazer kesiminin neredeyse tamamı, fiber lazerler veya ultra kısa darbeli (USP) lazerler veya bazen her ikisiyle donatılmış aletler kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Bu makalede, iki lazerin farklı avantajlarını açıklayacak ve her iki üreticinin bu lazerleri nasıl kullandığını göreceğiz. NPX Medical (Plymouth, MN), fiber lazerleri içeren makineler kullanarak stentler, implantlar ve esnek tüpler gibi çeşitli cihazlar ve uygulama araçları üreten bir sözleşmeli özel işleme şirketidir. Motion Dynamics, öncelikle nörolojide kullanılan "çekme teli" tertibatları gibi alt montajlar üretmekte olup, maksimum esneklik ve çok yönlülük için USP femtosaniye lazer ve femtosaniye ve fiber lazerleri içeren en yeni hibrit sistemlerden birini içeren bir makine kullanmaktadır.
Uzun yıllar boyunca, lazer mikro işleme işlemlerinin çoğu, DPSS lazerler olarak adlandırılan katı hal nanosaniye lazerler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ancak, tamamen farklı ve dolayısıyla birbirini tamamlayan iki lazer türünün geliştirilmesi sayesinde bu durum tamamen değişmiştir. Başlangıçta telekomünikasyon için geliştirilen fiber lazerler, birçok endüstride, genellikle yakın kızılötesi dalga boylarında, temel malzeme işleme lazerleri haline gelmiştir. Başarısının nedenleri, basit mimarisi ve kolay güç ölçeklenebilirliğinde yatmaktadır. Bu, kompakt, son derece güvenilir ve özel makinelere entegre edilmesi kolay lazerler ortaya çıkarır ve genellikle eski lazer türlerine göre daha düşük işletme maliyeti sunar. Mikro işleme için önemli olan, çıkış ışınının yalnızca birkaç mikron çapında küçük, temiz bir noktaya odaklanabilmesidir, bu nedenle yüksek çözünürlüklü kesme, kaynak ve delme için idealdirler. Çıkışları da çok esnek ve kontrol edilebilir olup, darbe hızları tek atıştan 170 kHz'e kadar değişmektedir. Ölçeklenebilir güçle birlikte bu, hızlı kesme ve delmeyi destekler.
Ancak, mikro işlemede fiber lazerlerin potansiyel bir dezavantajı, küçük özelliklerin ve/veya ince, hassas parçaların işlenmesidir. Uzun (örneğin, 50 µs) darbe süreleri, yeniden erimiş malzeme ve küçük kenar pürüzlülüğü gibi az miktarda ısıdan etkilenen bölgeye (HAZ) neden olur ve bu da bazı işlem sonrası düzenlemeler gerektirebilir. Neyse ki, daha yeni lazerler - femtosaniye çıkış darbelerine sahip ultra kısa darbeli (USP) lazerler - HAZ sorununu ortadan kaldırır.
USP lazerlerde, kesme veya delme işlemiyle ilişkili ekstra ısının çoğu, çevredeki malzemeye yayılmadan önce dışarı atılan parçacıklarla birlikte uzaklaştırılır. Pikosan saniye çıkışlı USP lazerler, uzun zamandır plastikler, yarı iletkenler, seramikler ve bazı metalleri içeren mikro işleme uygulamalarında kullanılmaktadır (pikosananiye = 10-12 saniye). Ancak insan saçı büyüklüğünde sütunlara sahip metal cihazlar için, metalin yüksek termal iletkenliği ve küçük boyutu, pikosan saniye lazerlerin, önceki USP lazerlerin artan maliyetini haklı çıkaracak iyileştirilmiş sonuçları her zaman sağlamadığı anlamına gelir. Bu durum, endüstriyel sınıf femtosaniye lazerlerin (femtosaniye = 10-15 saniye) ortaya çıkmasıyla değişti. Buna örnek olarak Coherent Inc.'in Monaco serisi lazerleri verilebilir. Fiber lazerler gibi, çıkışları yakın kızılötesi ışıktır; bu da paslanmaz çelik, platin, altın, magnezyum, kobalt-krom, titanyum ve daha fazlası dahil olmak üzere tıbbi cihazlarda kullanılan tüm metalleri kesebilecekleri veya delebilecekleri anlamına gelir. Metal olmayan malzemeler olarak. Kısa darbe süresi ve düşük darbe enerjisinin birleşimi termal hasarı (HAZ) önlerken, yüksek (MHz) tekrarlama hızı birçok yüksek değerli tıbbi cihaz için uygun maliyetli veri aktarım hızları sağlar.
Elbette, sektörümüzde neredeyse hiç kimsenin sadece bir lazere ihtiyacı yok. Bunun yerine, lazer tabanlı bir makineye ihtiyaç duyuyorlar ve şu anda tıbbi cihazların kesilmesi ve delinmesi için optimize edilmiş birçok özel makine mevcut. Buna örnek olarak, fiber lazerler, femtosaniye lazerler veya her iki lazer türünü de içeren hibrit bir versiyon olarak kullanılabilen Coherent'in StarCut Tube serisi verilebilir.
Tıbbi cihaz uzmanlaşması ne anlama geliyor? Bu cihazların çoğu, özel tasarımlara dayalı olarak sınırlı partiler halinde üretiliyor. Bu nedenle, esneklik ve kullanım kolaylığı önemli hususlardır. Birçok cihaz kütüklerden üretilirken, bazı bileşenlerin düz kütüklerden hassas bir şekilde işlenmesi gerekir; değerini en üst düzeye çıkarmak için aynı makinenin her ikisini de işlemesi gerekir. Bu ihtiyaçlar genellikle çok eksenli CNC kontrollü (xyz ve döner) hareket ve basit programlama ve kontrol için kullanıcı dostu bir HMI sağlanarak karşılanır. StarCut Tube örneğinde, 3 metreye kadar uzunluktaki tüpler için yandan yüklemeli bir magazin (StarFeed olarak adlandırılır) ve kesilmiş ürünler için bir ayırıcı içeren yeni bir tüp yükleme modülü seçeneği, tamamen otomatik üretime olanak tanır.
Bu makinelerin işlem esnekliği, ıslak ve kuru kesim desteği ve yardımcı gaz gerektiren işlemler için kolayca ayarlanabilen dağıtım nozulları ile daha da artırılmıştır. Mekansal çözünürlük, özellikle çok küçük parçaların işlenmesi için önemlidir; bu da termomekanik stabilitenin, makine atölyelerinde sıklıkla karşılaşılan titreşim etkilerini ortadan kaldırdığı anlamına gelir. StarCut Tube serisi, tüm kesme tablasını çok sayıda granit elemanla inşa ederek bu ihtiyacı karşılamaktadır.
NPX Medical, tıbbi cihaz üreticilerine tasarım, mühendislik ve hassas lazer kesim hizmetleri sunan nispeten yeni bir fason üretim şirketidir. 2019 yılında kurulan şirket, stentler, implantlar, kapak stentleri ve esnek uygulama tüpleri de dahil olmak üzere çok çeşitli cerrahi işlemler için geniş bir yelpazede cihazı destekleyen, kaliteli ürünleri ve hızlı yanıt verme yeteneğiyle sektörde bir itibar kazanmıştır. Bu müdahaleler arasında nörovasküler, kardiyak, renal, omurga, ortopedik, jinekolojik ve gastrointestinal cerrahi yer almaktadır. Şirketin ana lazer kesicisi, ortalama 200 watt gücünde StarFiber 320FC ile birlikte StarCut Tube 2+2'dir. NPX'in kurucularından Mike Brenzel, "kurucuların tıbbi cihaz tasarımı ve üretiminde 90 yılı aşkın deneyime sahip olduklarını" ve daha önce fiber lazer kullanan StarCut benzeri makinelerle çalıştıklarını açıkladı. Çalışmalarımızın çoğu Nitinol kesimi içeriyor ve fiber lazerlerin ihtiyacımız olan hızı ve kaliteyi sağlayabileceğini zaten biliyoruz. Kalın duvarlı tüpler ve kalp kapakları gibi cihazlar için hıza ihtiyacımız var ve USP lazer, ihtiyaçlarımız için çok yavaş olabilir. Yüksek hacimli üretim siparişlerine ek olarak – özellikle 5 ila 150 adet arasında değişen küçük partiler halinde parça üretimi konusunda uzmanlaşmış durumdayız – amacımız, daha büyük şirketler için sipariş verildikten sonra haftalar süren işlemlere kıyasla, tasarım, programlama, kesme, şekillendirme, son işlem ve denetim dahil olmak üzere bu küçük partilerin teslimatını sadece birkaç gün içinde tamamlamaktır.” Brenzel, hızın yanı sıra makinenin güvenilirliğinin de önemli bir avantaj olduğunu ve son 18 ay boyunca neredeyse kesintisiz çalışmasında tek bir servis çağrısına bile ihtiyaç duymadığını belirtti.
Şekil 2. NPX çeşitli son işlem seçenekleri sunmaktadır. Burada gösterilen malzeme, 5 mm dış çap ve 0,254 mm duvar kalınlığına sahip T316 paslanmaz çeliktir. Sol kısım kesilmiş/mikro püskürtme işlemine tabi tutulmuş, sağ kısım ise elektroparlatma işlemine tabi tutulmuştur.
Nitinol parçalarına ek olarak, şirket ayrıca kobalt-krom alaşımları, tantal alaşımları, titanyum alaşımları ve birçok tıbbi paslanmaz çelik türünü de yaygın olarak kullanmaktadır. Lazer İşleme Müdürü Jeff Hansen şöyle açıklıyor: “Makine esnekliği, boru ve düz levhalar da dahil olmak üzere çok çeşitli malzemelerin kesimini desteklememizi sağlayan bir diğer önemli avantajdır. Işını 20 mikronluk bir noktaya kadar odaklayabiliyoruz, bu da daha ince borular için çok kullanışlıdır. Bu boruların bazılarının iç çapı sadece 0,012 inçtir ve en yeni fiber lazerlerin tepe gücünün ortalama güce oranının yüksek olması, istenen kenar kalitesini sağlarken kesim hızımızı en üst düzeye çıkarır. Dış çapı 1 inç'e kadar olan daha büyük ürünlerin hızına kesinlikle ihtiyacımız var.”
Hassas kesim ve hızlı yanıtın yanı sıra, NPX, sektördeki geniş deneyiminden yararlanan kapsamlı tasarım hizmetlerinin yanı sıra, eksiksiz bir dizi son işlem teknolojisi de sunmaktadır. Bu teknikler arasında elektroparlatma, kumlama, asitleme, lazer kaynağı, ısıl işlem, şekillendirme, pasivasyon, Af sıcaklık testi ve yorulma testi yer almaktadır ve bunların tümü Nitinol cihaz üretiminde kilit öneme sahiptir. Kenar yüzeyini kontrol etmek için son işlem kullanmanın, Brenzel'in belirttiği gibi, "genellikle yüksek yorulma veya düşük yorulma uygulaması olup olmadığına bağlıdır. Örneğin, kalp kapağı gibi yüksek yorulma gösteren bir parça, ömrü boyunca bir milyar kez bükülebilir. Son işlem olarak, tüm kenarların yarıçapını artırmak için kumlama kullanmak önemlidir. Ancak dağıtım sistemleri veya kılavuz teller gibi düşük yorulma gösteren bileşenler genellikle kapsamlı son işleme ihtiyaç duymaz." Brenzel, tasarım uzmanlığı açısından, müşterilerin dörtte üçünün FDA onayı almak için NPX'in yardım ve becerilerinden yararlanmak amacıyla tasarım hizmetlerinden faydalandığını açıklıyor. Şirket, "kağıt mendil üzerinde taslak" konseptini kısa sürede nihai ürün haline getirme konusunda çok başarılı.
Motion Dynamics (Fruitport, MI), müşterilerinin sorunlarını, ne kadar karmaşık veya imkansız görünürse görünsün, mümkün olan en kısa sürede çözmeyi misyon edinmiş, özel minyatür yaylar, tıbbi bobinler ve tel tertibatları üreten bir firmadır. Tıbbi cihazlar alanında, özellikle nörovasküler cerrahi için karmaşık tertibatlara odaklanmaktadır; bu kapsamda, yönlendirilebilir kateter cihazları da dahil olmak üzere, "çekme teli" tertibatları gibi uygulamalar için yüksek kaliteli tel tertibatlarının tasarımı, üretimi ve montajı yer almaktadır.
Daha önce de belirtildiği gibi, fiber veya USP lazer seçimi, mühendislik tercihinin yanı sıra desteklenen ekipman ve süreç türüne de bağlıdır. Motion Dynamics Başkanı Chris Witham şunları açıkladı: “Nörovasküler ürünlere son derece odaklanmış bir iş modeline dayanarak, tasarım, uygulama ve hizmette farklılaştırılmış sonuçlar sunabiliyoruz. Lazer kesimi yalnızca kendi bünyemizde kullandığımız bileşenleri üretmek için kullanıyoruz. Yüksek değerli, uzmanlık alanımız ve itibarımız haline gelen “zor” bileşenlerin üretimi için lazer kesimi kullanıyoruz; lazer kesimi sözleşmeli bir hizmet olarak sunmuyoruz. Yaptığımız lazer kesimlerinin çoğunun USP lazerlerle en iyi şekilde yapıldığını gördük ve uzun yıllardır bu lazerlerden biriyle bir StarCut Tube kullanıyorum. Ürünlerimize olan yoğun talep nedeniyle, günde iki, bazen üç 8 saatlik vardiyamız var ve 2019'da bu büyümeyi desteklemek için başka bir StarCut Tube edinmemiz gerekiyor. Ancak bu sefer, femtosaniye USP lazerler ve fiber lazerlerin yeni hibrit modellerinden birini tercih etmeye karar verdik. Ayrıca bunu bir StarFeed yükleyici/boşaltıcı sayesinde kesim işlemini tamamen otomatikleştirebildik; operatör sadece ham boruyu besleyiciye yerleştiriyor ve ürün için işletim yazılımı başlatılıyor.
Şekil 3. Bu esnek paslanmaz çelik dağıtım tüpü (kurşun kalem silgisinin yanında gösterilmiştir) Monaco femtosaniye lazeriyle kesilmiştir.
Witham, makineyi zaman zaman düz kesim için kullandıklarını ancak zamanlarının %95'inden fazlasını yönlendirilebilir kateter düzenekleri için silindirik ürünler, yani hipotüpler, bobinler ve spiraller oluşturmak veya değiştirmekle geçirdiklerini, buna profilli uçların kesilmesi ve deliklerin açılmasının da dahil olduğunu ekliyor. Bu bileşenler nihayetinde anevrizma onarımı ve trombüs çıkarılması gibi prosedürlerde kullanılıyor. Bu, paslanmaz çelik, saf altın, platin ve nitinol dahil olmak üzere çeşitli metallerde lazer kesicilerin kullanılmasını gerektiriyor.
Şekil 4. Motion Dynamics ayrıca lazer kaynağını da yaygın olarak kullanmaktadır. Yukarıda, bobin lazerle kesilmiş boruya kaynaklanmıştır.
Lazer seçenekleri nelerdir? Witham, mükemmel kenar kalitesi ve minimum kesim aralıklarının bileşenlerinin çoğu için kritik önem taşıdığını, bu nedenle başlangıçta USP lazerleri tercih ettiklerini açıkladı. Ayrıca, şirketin kullandığı malzemelerin hiçbiri, bazı ürünlerinde radyoopak işaretleyici olarak kullanılan küçük altın bileşenler de dahil olmak üzere, bu lazerlerden biriyle kesilemiyor. Ancak, fiber lazerler ve USP'ler de dahil olmak üzere yeni hibrit seçeneklerin, hız/kenar kalitesi sorunlarını optimize etmede onlara daha fazla esneklik sağladığını ekledi. "Fiber optiklerin daha yüksek hızlar sağlayabileceğinden şüphe yok," dedi. "Ancak özel uygulama odağımız nedeniyle, bu genellikle kimyasal ve ultrasonik temizleme veya elektroparlatma gibi bir tür işlem sonrası anlamına geliyor. Bu nedenle, hibrit bir makineye sahip olmak, her bileşen için hangi genel işlemin -yalnızca USP veya fiber ve işlem sonrası işlem- en uygun olduğunu seçmemizi sağlıyor. Özellikle daha büyük çaplar ve duvar kalınlıkları söz konusu olduğunda, aynı bileşenin hibrit işlenmesi olasılığını keşfetmemizi sağlıyor: fiber lazerlerle hızlı kesim, ardından ince kesim için femtosaniye lazer kullanmak." Çoğu lazer kesim işleminde duvar kalınlıkları 4 ila 6 bin arasında değişse de, 1 ila 20 bin arasında değişen duvar kalınlıklarıyla da karşılaştıkları için USP lazerin ilk tercihleri ​​olmaya devam edeceğini düşünüyor. Paslanmaz çelik borularda ise duvar kalınlıkları bin arasında değişiyor.
Sonuç olarak, lazer kesim ve delme, çeşitli tıbbi cihazların üretiminde kilit süreçlerdir. Günümüzde, temel lazer teknolojisindeki gelişmeler ve sektörün özel ihtiyaçlarına göre yapılandırılmış yüksek düzeyde optimize edilmiş makineler sayesinde, bu süreçler her zamankinden daha kolay kullanılmakta ve daha iyi sonuçlar vermektedir.