Този уебсайт се управлява от един или повече фирми, притежавани от Informa PLC и всички авторски права са собственост на тях. Седалището на Informa PLC е 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Регистрирано в Англия и Уелс.8860726.
Днес почти цялото прецизно лазерно рязане на метали и неметали се извършва с помощта на инструменти, оборудвани с лазери с влакна или лазери с ултракъси импулси (USP), или понякога и двете. В тази статия ще обясним различните предимства на двата лазера и ще видим как и двамата производители използват тези лазери. NPX Medical (Plymouth, MN) е компания за специализирана обработка по договор, която произвежда различни устройства и инструменти за внедряване, като стентове, импланти и гъвкави тръби, използване на машини, които включват влакнести лазери. Motion Dynamics произвежда подустройства, като сглобки с "дърпаща жица", използвани предимно в неврологията, използвайки машина, която включва USP фемтосекунден лазер и една от най-новите хибридни системи, включително фемтосекундни и влакнести лазери за максимална гъвкавост и многофункционалност.
В продължение на много години повечето лазерни микрообработки се извършват с помощта на твърдотелни наносекундни лазери, наречени DPSS лазери. Сега обаче това се промени напълно благодарение на разработването на два напълно различни и следователно допълващи се типа лазери. Първоначално разработени за телекомуникациите, фибровлакнестите лазери се развиха в лазери за обработка на материали в много индустрии, често при дължини на вълните, близки до инфрачервените лъчи. Причините за неговия успех се крият в простата му архитектура и директна мащабируемост на мощността. Това води до лазери, които са компактни, много надеждни и лесни за интегриране в специализирани машини и като цяло предлагат по-ниска цена на притежание от по-старите типове лазери. Важно за микрообработката е, че изходният лъч може да бъде фокусиран в малко, чисто място с диаметър само няколко микрона, така че те са идеални за рязане, заваряване и пробиване с висока разделителна способност. Техните резултати също са много гъвкави и контролируеми, с честота на импулса вариращи от единичен изстрел до 170 kHz. Заедно с мащабируема мощност, това поддържа бързо рязане и пробиване.
Потенциален недостатък на влакнестите лазери при микрообработката обаче е обработката на малки детайли и/или тънки, деликатни части. Дългата (напр. 50 µs) продължителност на импулса води до малко количество засегната от топлината зона (HAZ), като преработен материал и малка грапавост на ръба, което може да изисква известна последваща обработка. За щастие, по-новите лазери — ултракъси импулсни (USP) лазери с фемтосекундна мощност импулси—елиминирайте проблема със ЗТВ.
При USP лазерите по-голямата част от допълнителната топлина, свързана с процеса на рязане или пробиване, се отвежда в изхвърлените отломки, преди да има време да дифундира в околния материал. USP лазерите с пикосекунден изход отдавна се използват в приложения за микрообработка, включващи пластмаси, полупроводници, керамика и определени метали (пикосекунди = 10-12 секунди). Но за метални устройства със стълбове с размер на човешка коса, металът" Високата топлопроводимост и малкият размер означават, че пикосекундните лазери не винаги осигуряват подобрените резултати, които биха оправдали увеличената цена на по-ранните USP лазери. Това сега се промени с появата на фемтосекундни лазери от промишлен клас (фемтосекунда = 10-15 секунди). Пример за това е серията лазери Monaco на Coherent Inc. метали, използвани в медицински устройства, включително неръждаема стомана, платина, злато, магнезий, кобалт-хром, титан и други, както и неметали. Докато комбинацията от къса продължителност на импулса и ниска импулсна енергия предотвратява термично увреждане (HAZ), високата (MHz) честота на повторение осигурява рентабилни скорости на пропускане за много медицински устройства с висока стойност.
Разбира се, почти никой в ​​нашата индустрия не се нуждае само от един лазер. Вместо това те се нуждаят от лазерно-базирана машина и сега има много специализирани машини, оптимизирани за рязане и пробиване на медицински устройства. Пример е серията StarCut Tube на Coherent, която може да се използва с фибролазери, фемтосекундни лазери или като хибридна версия, включваща и двата вида лазери.
Какво означава специализация на медицински изделия? Повечето от тези устройства се произвеждат в ограничени партиди въз основа на дизайн по поръчка. Следователно гъвкавостта и лекотата на използване са ключови съображения. Въпреки че много устройства се произвеждат от заготовки, някои компоненти трябва да бъдат прецизно обработени от плоски заготовки;една и съща машина трябва да се справя и с двете, за да увеличи максимално стойността си. Тези нужди обикновено се посрещат чрез осигуряване на многоосно CNC контролирано (xyz и въртеливо) движение и удобен за потребителя HMI за лесно програмиране и управление. В случая на StarCut Tube, нова опция за модул за зареждане на тръби идва със страничен магазин за зареждане (наречен StarFeed) за тръби с дължина до 3 m и сортировач за нарязани продукти, позволяващ напълно автоматизирано производство.
Гъвкавостта на процеса на тези машини е допълнително подобрена чрез поддръжка за мокро и сухо рязане и лесно регулируеми подаващи дюзи за процеси, изискващи помощен газ. Пространствената разделителна способност също е особено важна за обработка на много малки части, което означава, че термомеханичната стабилност елиминира ефектите от вибрациите, които често се срещат в машинните цехове. Гамата StarCut Tube отговаря на тази нужда, като изгражда цялата режеща платформа с голям брой гранитни елементи.
NPX Medical е сравнително нов договорен производител, предоставящ услуги за проектиране, инженеринг и прецизно лазерно рязане на производители на медицински изделия. Основана през 2019 г., компанията е изградила репутация в индустрията за качествени продукти и отзивчивост, поддържайки широка гама от устройства, включително стентове, импланти, клапни стентове и гъвкави тръби за доставка за подобни разнообразни хирургични процедури Интервенции, включително невроваскуларни, сърдечни, бъбречни, гръбначни и ортопедични , гинекологична и стомашно-чревна хирургия. Неговият основен лазерен нож е StarCut Tube 2+2Â със StarFiber 320FC със средна мощност от 200 вата. Майк Брензел, един от основателите на NPX, обясни, че „основателите носят години опит в дизайна и производството на медицински устройства – повече от 90 години общо“, с предишен опит с подобни на StarCut машини, използващи фибровлакнести лазери. Голяма част от нашата работа включва Ni рязане с тинол и ние вече знаем, че фибролазерите могат да осигурят скоростта и качеството, от които се нуждаем. За устройства като дебелостенни тръби и сърдечни клапи се нуждаем от скорост, а USP лазерът може да е твърде бавен за нашите нужди. В допълнение към поръчките за голям обем на производство – ние сме специализирани в малки партиди части – само между 5 и 150 броя – нашата цел е да завършим тези малки партиди обороти само за няколко дни, включително проектиране, програмиране, рязане, формоване, последваща обработка и проверка , в сравнение със седмиците след направена поръчка за по-големи компании.“ В допълнение към споменаването на бързината, Брензел спомена надеждността на машината като основно предимство, което не изисква нито едно обаждане до сервиз през последните 18 месеца почти непрекъсната работа.
Фигура 2. NPX предлага разнообразие от опции за последваща обработка. Материалът, показан тук, е неръждаема стомана T316 с 5 mm OD и 0,254 mm дебелина на стената. Лявата част е изрязана/микробластирана, а дясната част е електрополирана.
В допълнение към нитиноловите части, компанията също използва широко кобалтово-хромови сплави, танталови сплави, титанови сплави и много видове медицински неръждаеми стомани. Джеф Хансен, мениджър лазерна обработка, обяснява: „Гъвкавостта на машината е друг важен актив, който ни позволява да поддържаме рязане на много разнообразна гама от материали, включително тръби и плоски.Можем да фокусираме лъча до петно ​​от 20 микрона, което е полезно за повече Тънките тръби са много полезни.Някои от тези тръби са с ID само 0,012″ и високото съотношение на пиковата мощност към средната мощност на най-новите лазери с влакна увеличава скоростта ни на рязане, като същевременно осигурява желаното качество на ръба.Абсолютно се нуждаем от скоростта на по-големите продукти с външен диаметър до 1 инч.“
В допълнение към прецизното рязане и бързата реакция, NPX също така предлага пълна гама от технологии за последваща обработка, както и цялостни дизайнерски услуги, които се възползват от неговия богат опит в индустрията. Тези техники включват електрополиране, пясъкоструене, ецване, лазерно заваряване, настройка на топлината, формоване, пасивиране, тестване на Af температура и тестване на умора, всички от които са ключови за производството на Nitinol устройство. Използване на последваща обработка за контрол на завършването на ръбовете, каза Брензел , „обикновено зависи от това дали говорим за приложение с висока или ниска умора.Например, част с висока степен на умора, като сърдечна клапа, може да се огъне милиард пъти през живота си като последваща обработка Като стъпка е важно да използвате пясъкоструене, за да увеличите радиуса на всички ръбове.Но компоненти с ниска умора, като системи за доставяне или направляващи проводници, често не изискват обширна последваща обработка.“По отношение на експертния опит в дизайна, обяснява Брензел, сега има толкова, колкото три четвърти от клиентите също използват техните дизайнерски услуги, за да се възползват от помощта и уменията на NPX за получаване на одобрение от FDA. Компанията е много добра в превръщането на концепцията за „скица на салфетка“ в продукт в окончателната му форма за кратък период от време.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) е производител на персонализирани миниатюрни пружини, медицински намотки и телени комплекти, чиято мисия е да решава проблемите на клиентите, без значение колко сложни или изглеждащи невъзможни, за възможно най-кратко време. В медицинските устройства основно се набляга на сложни модули за невроваскуларна хирургия, включително проектиране, производство и монтаж на висококачествени телени комплекти за приложения като управляеми катетърни устройства, включително модули с „дърпаща жица“.
Както бе споменато по-рано, изборът на оптичен или USP лазер е въпрос на инженерни предпочитания, както и на вида на поддържаното оборудване и процеси. Крис Уитъм, президент на Motion Dynamics, обясни: „Въз основа на бизнес модел, който е силно фокусиран върху невроваскуларни продукти, ние можем да доставим диференцирани резултати в дизайна, изпълнението и обслужването.Ние използваме само лазерно рязане, за да произвеждаме компонентите, които използваме вътрешно., за производство на висококачествени, „трудни“ компоненти, които са се превърнали в наша специалност и репутация;ние не предлагаме лазерно рязане като услуга по договор.Установихме, че повечето лазерни изрязвания, които извършваме, се правят най-добре с USP лазери и от много години използвам StarCut Tube с един от тези лазери.Поради силното търсене на нашите продукти имаме две 8-часови смени на ден, понякога дори три смени и през 2019 г. трябва да придобием още една StarCut Tube, за да поддържаме този растеж.Но този път решихме да използваме един от новите хибридни модели на фемтосекундни USP лазери и лазери с влакна.Освен това го сдвоихме с устройство за зареждане/разтоварване StarFeed, за да можем напълно да автоматизираме рязането – операторът просто постави заготовката. Тръбата се зарежда в захранващото устройство и софтуерната операционна програма за продукта се стартира.
Фигура 3. Тази гъвкава доставяща тръба от неръждаема стомана (показана до гумичка за молив) е изрязана с фемтосекунден лазер на Monaco.
Witham добавя, че докато понякога използват машината за плоско рязане, повече от 95 процента от времето им се изразходва за създаване или модифициране на цилиндрични продукти за техните управляеми катетърни възли, а именно хипотръби, намотки и спирали, включително рязане на профилирани върхове и изрязани отвори. Тези компоненти в крайна сметка се използват в процедури като възстановяване на аневризми и отстраняване на тромби. Това изисква използването на лазерни ножове за различни метали, включително неръждаема стомана, чисто злато, платина и нитинол.
Фигура 4. Motion Dynamics също широко използва лазерно заваряване. По-горе намотката е заварена към лазерно изрязаната тръба.
Какви са лазерните опции? Уитъм обясни, че отличното качество на ръбовете и минималните ръбове са от решаващо значение за повечето от техните компоненти, така че те първоначално предпочетоха USP лазери. Освен това нито един от материалите, които компанията използва, не може да бъде изрязан от един от тези лазери, включително малките златни компоненти, използвани като рентгеноконтрастни маркери в някои от нейните продукти. Но той добави, че новите хибридни опции, включително фибролазери и USP, им дават по-голяма гъвкавост при оптимизиране на проблемите със скоростта/качеството на ръбовете.“ Няма съмнение, че оптичните влакна могат да осигурят по-високи скорости“, каза той. „Но поради нашия специфичен фокус върху приложението, това обикновено означава някакъв вид последваща обработка, като химическо и ултразвуково почистване или електрополиране.Така че наличието на хибридна машина ни позволява да изберем кой цялостен процес – само USP или боравене с влакна и последваща обработка – оптимален за всеки компонент.Това ни позволява да проучим възможността за хибридна обработка на един и същ компонент, особено когато са включени по-големи диаметри и дебелини на стените: дори бързо рязане с фибровлакнести лазери, след което използвайте фемтосекунден лазер за фино рязане.“Той очаква, че USP лазерът ще остане техният първи избор, тъй като повечето от техните лазерни разрези включват дебелини на стените между 4 и 6 хил., въпреки че се срещат дебелини на стените, вариращи от 1-20 хил.Тръби от неръждаема стомана между хиляди.
В заключение, лазерното рязане и пробиване са ключови процеси в производството на различни медицински устройства. Днес, благодарение на напредъка в основната лазерна технология и силно оптимизираните машини, конфигурирани за специфичните нужди на индустрията, тези процеси са по-лесни за използване и осигуряват по-добри резултати от всякога.