يتم تشغيل هذا الموقع من قبل شركة واحدة أو أكثر مملوكة لشركة Informa PLC وجميع حقوق النشر مملوكة لها.8860726.
اليوم ، يتم تنفيذ جميع عمليات القطع بالليزر الدقيقة تقريبًا للمعادن وغير المعدنية باستخدام أدوات مجهزة بألياف الليزر أو ليزر النبضات فائقة القصر (USP) ، أو في بعض الأحيان كليهما. في هذه المقالة ، سنشرح المزايا المختلفة لليزرين ونرى كيف يستخدم كلا المصنّعين هذين الليزرين. تقوم شركة otion Dynamics بتصنيع التجميعات الفرعية ، مثل تجميعات "سحب الأسلاك" المستخدمة بشكل أساسي في علم الأعصاب ، باستخدام آلة تتضمن ليزر فيمتو ثانية USP وأحد أحدث الأنظمة الهجينة بما في ذلك الفيمتوثانية والليزر الليفي لتحقيق أقصى قدر من المرونة والتنوع.
لسنوات عديدة ، تم تنفيذ معظم ماكينات الليزر الدقيقة باستخدام ليزر نانوثاني ذو الحالة الصلبة يسمى ليزر DPSS ، ومع ذلك ، فقد تغير هذا تمامًا الآن بفضل تطوير نوعين مختلفين تمامًا ، وبالتالي مكملان ، من الليزر ، وقد تم تطوير ليزر الألياف في الأصل للاتصالات السلكية واللاسلكية ، وقد نضجت هذه الليزرات إلى مادة العمود الفقري لمعالجة الليزر في العديد من الصناعات ، وغالبًا ما تكون نتائجه في مجال الأشعة تحت الحمراء البسيطة. هي مدمجة وموثوقة للغاية وسهلة الاندماج في الآلات المتخصصة ، وتوفر عمومًا تكلفة ملكية أقل من أنواع الليزر القديمة ، والأهم من ذلك بالنسبة إلى الآلات الدقيقة ، يمكن تركيز شعاع الإخراج في بقعة صغيرة ونظيفة بقطر بضعة ميكرونات فقط ، لذا فهي مثالية للقطع واللحام والحفر بدقة عالية ، كما أن نواتجها مرنة جدًا ويمكن التحكم فيها ، مع معدلات نبض تتراوح من طلقة واحدة إلى 170 كيلو هرتز.
ومع ذلك ، فإن العيب المحتمل لليزر الليفي في التصنيع الميكروي هو تصنيع ميزات صغيرة و / أو أجزاء رقيقة وحساسة. تؤدي فترات النبض الطويلة (على سبيل المثال ، 50 ميكرو ثانية) إلى كمية صغيرة من المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) مثل المواد المعاد تشكيلها وخشونة الحافة الصغيرة ، والتي قد تتطلب بعض المعالجة اللاحقة.
مع ليزر USP ، يتم نقل معظم الحرارة الزائدة المرتبطة بعملية القطع أو الحفر بعيدًا في الحطام المقذوف قبل أن يتاح لها الوقت للانتشار في المواد المحيطة. لطالما استخدمت ليزر USP مع خرج بيكو ثانية في تطبيقات المعالجة الدقيقة التي تشمل البلاستيك وأشباه الموصلات والسيراميك ومعادن معينة (البيكو ثانية = 10-12 ثانية للأجهزة المعدنية ذات الحجم العالي من الشعر البشري). لا تقدم ليزر أوسيكوند دائمًا النتائج المحسنة التي تبرر زيادة تكلفة ليزرات USP السابقة ، وقد تغير هذا الآن مع ظهور ليزر الفيمتو ثانية من الدرجة الصناعية (فيمتو ثانية = 10-15 ثانية) ، ومن الأمثلة على ذلك سلسلة موناكو من Coherent Inc. ، والتيتانيوم ، وأكثر من ذلك ، بالإضافة إلى المواد غير المعدنية. في حين أن الجمع بين مدة النبضة القصيرة والطاقة النبضية المنخفضة يمنع الضرر الحراري (HAZ) ، فإن معدل التكرار العالي (MHz) يضمن سرعات إنتاجية فعالة من حيث التكلفة للعديد من الأجهزة الطبية عالية القيمة.
بالطبع ، لا يحتاج أي شخص في صناعتنا تقريبًا سوى ليزر واحد ، وبدلاً من ذلك يحتاجون إلى آلة تعتمد على الليزر ، وهناك الآن العديد من الآلات المتخصصة المحسنة لقطع وحفر الأجهزة الطبية ، ومن الأمثلة على ذلك سلسلة Coherent's StarCut Tube ، والتي يمكن استخدامها مع ليزر الألياف أو ليزر الفيمتوثانية أو كنسخة هجينة تتضمن كلا النوعين من الليزر.
ماذا يعني تخصص الأجهزة الطبية: يتم إنتاج معظم هذه الأجهزة على دفعات محدودة بناءً على تصميمات مخصصة ، لذلك تعتبر المرونة وسهولة الاستخدام من الاعتبارات الرئيسية ، فبينما يتم تصنيع العديد من الأجهزة من قضبان معدنية ، يجب تشكيل بعض المكونات بدقة من قضبان مسطحة.يجب أن يتعامل الجهاز نفسه مع كليهما لزيادة قيمته ، وعادة ما يتم تلبية هذه الاحتياجات من خلال توفير حركة متعددة المحاور يتم التحكم فيها بواسطة CNC (xyz و Rotary) و HMI سهل الاستخدام للبرمجة والتحكم البسيط. في حالة StarCut Tube ، يأتي خيار وحدة تحميل الأنبوب الجديد مع مجلة تحميل جانبية (تسمى StarFeed) للأنابيب التي يصل طولها إلى 3 أمتار وفرز للمنتجات المقطوعة ، مما يسمح بالإنتاج الآلي بالكامل.
يتم تعزيز مرونة العملية لهذه الآلات بشكل أكبر من خلال دعم القطع الرطب والجاف وفوهات التوصيل القابلة للتعديل بسهولة للعمليات التي تتطلب غازًا مساعدًا ، كما أن الدقة المكانية مهمة بشكل خاص لتصنيع الأجزاء الصغيرة جدًا ، مما يعني أن الاستقرار الحراري الميكانيكي يزيل آثار الاهتزاز التي غالبًا ما تواجهها متاجر الماكينات. تلبي مجموعة StarCut Tube هذه الحاجة من خلال بناء سطح القطع بالكامل مع عدد كبير من عناصر الجرانيت.
NPX Medical هي شركة تصنيع جديدة إلى حد ما تقدم خدمات التصميم والهندسة والقطع بالليزر الدقيقة لمصنعي الأجهزة الطبية ، وقد تأسست في عام 2019 ، وقد اكتسبت سمعة طيبة في الصناعة من حيث المنتجات عالية الجودة والاستجابة ، ودعم مجموعة واسعة من الأجهزة بما في ذلك الدعامات ، والغرسات ، ودعامات الصمامات ، وأنابيب التوصيل المرنة للتدخلات الجراحية المتنوعة المماثلة ، بما في ذلك جراحة القلب والأوعية الدموية ، وجراحة الليزر ، والعمود الفقري ، والجراحة الأنبوبية والجهاز الهضمي. Â مع StarFiber 320FC بمتوسط ​​طاقة 200 واط. أوضح مايك برينزل ، أحد مؤسسي NPX ، أن "المؤسسين يجلبون سنوات من الخبرة في تصميم الأجهزة الطبية وتصنيعها - أكثر من 90 عامًا في المجموع" ، مع خبرة سابقة في آلات تشبه StarCut تستخدم ليزر الألياف. يتضمن الكثير من عملنا قطع أنابيب Nitinol ، ونحن نعلم بالفعل أن أجهزة الليزر ذات السرعة العالية والجودة بحاجة إلى توفير أجهزة ليزر عالية الجودة. قد يكون ليزر USP بطيئًا للغاية بالنسبة لاحتياجاتنا. بالإضافة إلى طلبات الإنتاج ذات الحجم الكبير - نحن متخصصون في دفعات صغيرة من الأجزاء - فقط بين 5 و 150 قطعة - هدفنا هو إكمال هذه التحولات الصغيرة في غضون أيام قليلة فقط ، بما في ذلك التصميم والبرمجة والقطع والتشكيل والمعالجة اللاحقة والفحص ، مقارنة بالأسابيع التي تلي تقديم طلب للشركات الكبيرة.
الشكل 2. يقدم NPX مجموعة متنوعة من خيارات المعالجة اللاحقة. المواد المعروضة هنا هي الفولاذ المقاوم للصدأ T316 بسماكة 5 مم للجدار OD و 0.254 مم ، ويتم قطع الجزء الأيسر / صقل دقيق والجزء الأيمن مصقول كهربائياً.
بالإضافة إلى أجزاء النيتينول ، تستخدم الشركة أيضًا على نطاق واسع سبائك الكوبالت والكروم وسبائك التنتالوم وسبائك التيتانيوم والعديد من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الطبي. يوضح جيف هانسن ، مدير المعالجة بالليزر: "مرونة الماكينة من الأصول المهمة الأخرى ، مما يسمح لنا بدعم قطع مجموعة متنوعة جدًا من المواد ، بما في ذلك الأنبوب والمسطحة.يمكننا تركيز الشعاع وصولا إلى بقعة 20 ميكرون ، وهو أمر مفيد لمزيد من الأنابيب الرفيعة وهي مفيدة جدا.بعض هذه الأنابيب لا يتجاوز حجمها 0.012 ″ ID ، وتزيد النسبة العالية لقوة الذروة إلى متوسط ​​الطاقة لأحدث ليزر الألياف من سرعة القطع لدينا مع توفير جودة الحافة المطلوبة.نحن بحاجة ماسة إلى سرعة المنتجات الأكبر حجمًا التي يصل قطرها الخارجي إلى بوصة واحدة ".
بالإضافة إلى القطع الدقيق والاستجابة السريعة ، تقدم NPX أيضًا مجموعة كاملة من تقنيات ما بعد المعالجة ، بالإضافة إلى خدمات التصميم الشاملة التي تستفيد من خبرتها الواسعة في الصناعة. تشمل هذه التقنيات التلميع الكهربائي ، السفع الرملي ، التخليل ، اللحام بالليزر ، ضبط الحرارة ، التشكيل ، التخميل ، اختبار درجة حرارة Af ، واختبار التعب ، وكلها أساسية في تصنيع جهاز Nitinol. تطبيق التعب.على سبيل المثال ، قد ينحني جزء شديد التعب مثل صمام القلب مليار مرة على مدار حياته كعملية معالجة لاحقة. كخطوة ، من المهم استخدام السفع الرملي لزيادة نصف قطر جميع الحواف.لكن المكونات منخفضة التعب مثل أنظمة التوصيل أو الأسلاك الإرشادية غالبًا لا تتطلب معالجة مكثفة بعد ذلك ".فيما يتعلق بخبرة التصميم ، يشرح برينزل ، هناك الآن ما يصل إلى ثلاثة أرباع العملاء يستخدمون أيضًا خدمات التصميم الخاصة بهم للاستفادة من مساعدة NPX ومهاراتها في الحصول على موافقة إدارة الغذاء والدواء ، فالشركة جيدة جدًا في تحويل مفهوم "رسم المنديل" إلى منتج في شكله النهائي في فترة زمنية قصيرة.
Motion Dynamics (Fruitport، MI) هي شركة مصنعة للزنبركات المصغرة المخصصة والملفات الطبية ومجموعات الأسلاك التي تتمثل مهمتها في حل مشكلات العملاء ، بغض النظر عن مدى تعقيدها أو مستحيلها ظاهريًا ، في أقصر وقت ممكن. في الأجهزة الطبية ، تركز بشكل أساسي على التجميعات المعقدة لجراحة الأوعية الدموية العصبية ، بما في ذلك تصميم وإنتاج وتجميع مجموعات الأسلاك عالية الجودة لتطبيقات مثل أجهزة القسطرة السلكية القابلة للتوجيه.
كما ذكرنا سابقًا ، فإن اختيار الألياف أو ليزر USP هو مسألة تفضيل هندسي بالإضافة إلى نوع المعدات والعمليات المدعومة. أوضح كريس ويثام ، رئيس Motion Dynamics: "استنادًا إلى نموذج عمل يركز بشكل كبير على منتجات الأوعية الدموية العصبية ، يمكننا تقديم نتائج متباينة في التصميم والتنفيذ والخدمة.نحن نستخدم القطع بالليزر فقط لإنتاج المكونات التي نستخدمها داخل الشركة.، لتصنيع المكونات "الصعبة" عالية القيمة التي أصبحت تخصصنا وسمعتنا ؛نحن لا نقدم القطع بالليزر كخدمة تعاقدية.لقد وجدنا أن معظم عمليات قطع الليزر التي نقوم بها تتم بشكل أفضل باستخدام ليزر USP ، ولسنوات عديدة كنت أستخدم أنبوب StarCut مع أحد هذه الليزرات.نظرًا للطلب القوي على منتجاتنا ، لدينا نوبتان لمدة 8 ساعات يوميًا ، وأحيانًا ثلاث نوبات ، وفي عام 2019 نحتاج إلى شراء StarCut Tube آخر لدعم هذا النمو.ولكن هذه المرة ، قررنا استخدام أحد النماذج الهجينة الجديدة من ليزر USP وليزر الألياف.قمنا أيضًا بإقرانه مع محمل / مفرغ StarFeed حتى نتمكن من أتمتة القطع بالكامل - يقوم المشغل ببساطة بوضع الفراغ. يتم تحميل الأنبوب في وحدة التغذية ويبدأ برنامج تشغيل البرنامج الخاص بالمنتج.
الشكل 3. تم قطع أنبوب التوصيل المرن المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ (الظاهر بجانب ممحاة القلم الرصاص) باستخدام ليزر موناكو فيمتو ثانية.
يضيف Witham أنه في حين أنهم يستخدمون الآلة من حين لآخر للقطع المسطح ، فإن أكثر من 95 في المائة من وقتهم يقضون في إنشاء أو تعديل المنتجات الأسطوانية لتجميعات القسطرة القابلة للتوجيه ، وهي الأنابيب السفلية والملفات واللوالب ، بما في ذلك قطع الرؤوس المموجة والثقوب المقطوعة. تستخدم هذه المكونات في نهاية المطاف في إجراءات مثل إصلاح تمدد الأوعية الدموية غير القابل للصدأ وإزالة الخثرة ، وهذا يتطلب استخدام قواطع من الفولاذ الخالص ، والقطع المعدنية بالليزر.
الشكل 4. تستخدم ديناميكيات الحركة أيضًا اللحام بالليزر على نطاق واسع. أعلاه ، تم لحام الملف في أنبوب القطع بالليزر.
ما هي خيارات الليزر؟ أوضح Witham أن جودة الحواف الممتازة والحد الأدنى من الشقوق أمر بالغ الأهمية لمعظم مكوناتها ، لذلك فضلوا في البداية ليزر USP. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن قطع أي من المواد التي تستخدمها الشركة بواسطة أحد هذه الليزر ، بما في ذلك مكونات الذهب الصغيرة المستخدمة كعلامات إشعاعية في بعض منتجاتها. يوفر سرعات أعلى. "ولكن نظرًا لتركيزنا الخاص على التطبيق ، فإن هذا يعني عادةً نوعًا من المعالجة اللاحقة ، مثل التنظيف الكيميائي والموجات فوق الصوتية أو التلميع الكهربائي.لذا فإن امتلاك آلة هجينة يسمح لنا باختيار العملية الشاملة - USP وحدها أو معالجة الألياف وما بعد المعالجة - الأمثل لكل مكون.يتيح لنا استكشاف إمكانية المعالجة الهجينة للمكون نفسه ، خاصةً عندما يتعلق الأمر بأقطار أكبر وسماكة جدار: حتى القطع السريع باستخدام ليزر الألياف ، ثم استخدم ليزر فيمتوثانية للقطع الدقيق. "إنه يتوقع أن يظل ليزر USP هو خيارهم الأول لأن معظم قطع الليزر تتضمن سماكة جدار بين 4 و 6 آلاف ، على الرغم من أنهم يواجهون سماكة جدار تتراوح من 1 إلى 20 ألفًا.بينك مواسير استانلس ستيل.
في الختام ، يعد القطع والحفر بالليزر عمليتين أساسيتين في تصنيع الأجهزة الطبية المختلفة ، واليوم ، بفضل التقدم في تقنية الليزر الأساسية والآلات المحسّنة للغاية التي تم تكوينها لتلبية الاحتياجات الخاصة للصناعة ، أصبحت هذه العمليات أسهل في الاستخدام وتقدم نتائج أفضل من أي وقت مضى.