Este sitio web es operado por una o más empresas propiedad de Informa PLC y todos los derechos de autor pertenecen a ellas. El domicilio social de Informa PLC es 5 Howick Place, Londres SW1P 1WG. Registrado en Inglaterra y Gales.8860726.
Hoy en día, casi todo el corte láser de precisión de metales y no metales se realiza con herramientas equipadas con láseres de fibra o láseres de pulso ultracorto (USP), o a veces ambos. En este artículo, explicaremos las diferentes ventajas de los dos láseres y veremos cómo ambos fabricantes usan estos láseres. ensamblajes, como los ensamblajes de "cable de tracción" que se utilizan principalmente en neurología, utilizando una máquina que incluye un láser de femtosegundo USP y uno de los últimos sistemas híbridos que incluye láseres de femtosegundo y de fibra para una flexibilidad y versatilidad máximas.
Durante muchos años, la mayor parte del micromecanizado láser se ha realizado utilizando láseres de nanosegundos de estado sólido llamados láseres DPSS. Sin embargo, ahora esto ha cambiado por completo gracias al desarrollo de dos tipos de láser completamente diferentes y, por lo tanto, complementarios. Originalmente desarrollados para telecomunicaciones, los láseres de fibra han madurado hasta convertirse en láseres de procesamiento de materiales en muchas industrias, a menudo en longitudes de onda del infrarrojo cercano. Las razones de su éxito radican en su arquitectura simple y escalabilidad de potencia directa. en máquinas especializadas y, por lo general, ofrecen un costo de propiedad más bajo que los tipos de láser más antiguos. Lo que es más importante para el micromecanizado, el haz de salida se puede enfocar en un punto pequeño y limpio de solo unas pocas micras de diámetro, por lo que son ideales para corte, soldadura y perforación de alta resolución. Sus salidas también son muy flexibles y controlables, con frecuencias de pulso que van desde un solo disparo hasta 170 kHz. Junto con la potencia escalable, esto admite un corte y perforación rápidos.
Sin embargo, una desventaja potencial de los láseres de fibra en el micromecanizado es el mecanizado de características pequeñas y/o piezas delgadas y delicadas. Las duraciones de pulso largas (por ejemplo, 50 µs) dan como resultado una pequeña cantidad de zona afectada por el calor (HAZ), como material refundido y una pequeña aspereza en los bordes, lo que puede requerir algún procesamiento posterior. Afortunadamente, los láseres más nuevos (láseres de pulso ultracorto (USP) con pulsos de salida de femtosegundos) eliminan el problema de la HAZ.
Con los láseres USP, la mayor parte del calor adicional asociado con el proceso de corte o perforación se elimina en los desechos expulsados ​​antes de que tenga tiempo de difundirse en el material circundante. Los láseres USP con salida de picosegundos se han utilizado durante mucho tiempo en aplicaciones de micromaquinado que involucran plásticos, semiconductores, cerámicas y ciertos metales (picosegundos = 10-12 segundos). justificaría el aumento del costo de los láseres USP anteriores. Esto ahora ha cambiado con la llegada de los láseres de femtosegundo de grado industrial (femtosegundo = 10-15 segundos). Un ejemplo es la serie de láseres Monaco de Coherent Inc. Si bien la combinación de duración de pulso corta y energía de pulso baja previene el daño térmico (HAZ), la alta tasa de repetición (MHz) asegura velocidades de rendimiento rentables para muchos dispositivos médicos de alto valor.
Por supuesto, casi nadie en nuestra industria necesita un solo láser. En su lugar, necesitan una máquina basada en láser, y ahora hay muchas máquinas especializadas optimizadas para cortar y perforar dispositivos médicos. Un ejemplo es la serie StarCut Tube de Coherent, que se puede usar con láseres de fibra, láseres de femtosegundo o como una versión híbrida que incorpora ambos tipos de láser.
¿Qué significa especialización en dispositivos médicos? La mayoría de estos dispositivos se producen en lotes limitados basados ​​en diseños personalizados. Por lo tanto, la flexibilidad y la facilidad de uso son consideraciones clave. Si bien muchos dispositivos se fabrican a partir de palanquillas, algunos componentes deben mecanizarse con precisión a partir de palanquillas planas;la misma máquina debe manejar ambos para maximizar su valor. Estas necesidades generalmente se satisfacen al proporcionar un movimiento controlado por CNC multieje (xyz y giratorio) y una HMI fácil de usar para una programación y un control simples. En el caso de StarCut Tube, una nueva opción de módulo de carga de tubos viene con un cargador de carga lateral (llamado StarFeed) para tubos de hasta 3 m de longitud y un clasificador para productos cortados, lo que permite una producción completamente automatizada.
La flexibilidad del proceso de estas máquinas se ve reforzada por la compatibilidad con el corte húmedo y seco y las boquillas de suministro fácilmente ajustables para procesos que requieren gas auxiliar. La resolución espacial también es especialmente importante para el mecanizado de piezas muy pequeñas, lo que significa que la estabilidad termomecánica elimina los efectos de la vibración que se encuentran a menudo en los talleres de mecanizado. La gama StarCut Tube satisface esta necesidad al construir toda la plataforma de corte con una gran cantidad de elementos de granito.
NPX Medical es un fabricante por contrato bastante nuevo que brinda servicios de diseño, ingeniería y corte por láser de precisión a los fabricantes de dispositivos médicos. Fundada en 2019, la compañía se ha forjado una reputación en la industria por sus productos de calidad y capacidad de respuesta, y es compatible con una amplia gama de dispositivos, incluidos stents, implantes, stents con válvulas y tubos de administración flexibles para procedimientos quirúrgicos igualmente diversos, como cirugía neurovascular, cardíaca, renal, de columna, ortopédica, ginecológica y gastrointestinal. Su cortador láser principal es el tubo StarCut 2+2Â con un StarFiber 320FC con una potencia promedio de 200 vatios. Mike Brenzel, uno de los fundadores de NPX, explicó que "los fundadores aportan años de experiencia en diseño y fabricación de dispositivos médicos, más de 90 años en total", con experiencia previa con máquinas similares a StarCut que utilizan láseres de fibra. Gran parte de nuestro trabajo implica el corte con Nitinol y ya sabemos que los láseres de fibra pueden proporcionar la velocidad y la calidad que necesitamos. Para dispositivos como tubos de paredes gruesas y válvulas cardíacas, necesitamos velocidad, y el láser USP puede ser demasiado lento para nuestras necesidades. Además de los pedidos de producción de gran volumen, nos especializamos en lotes pequeños de piezas, solo entre 5 y 150 piezas, nuestro objetivo es completar estos tiempos de entrega de lotes pequeños en solo unos días, incluido el diseño, la programación, el corte, la formación, el posprocesamiento y la inspección, en comparación con las semanas posteriores a la realización de un pedido para empresas más grandes”. 18 meses de operación casi continua.
Figura 2. NPX ofrece una variedad de opciones de posprocesamiento. El material que se muestra aquí es acero inoxidable T316 con un diámetro exterior de 5 mm y un grosor de pared de 0,254 mm. La parte izquierda está cortada/pulida con chorro de arena y la parte derecha está electropulida.
Además de las piezas de nitinol, la empresa también hace un uso extensivo de aleaciones de cobalto-cromo, aleaciones de tantalio, aleaciones de titanio y muchos tipos de aceros inoxidables médicos. Jeff Hansen, gerente de procesamiento láser, explica: “La flexibilidad de la máquina es otro activo importante, que nos permite admitir el corte de una gama muy diversa de materiales, incluidos tubos y planos.Podemos enfocar el haz hasta un punto de 20 micras, lo cual es útil para más Los tubos delgados son muy útiles.Algunos de estos tubos tienen solo 0,012″ de DI, y la alta relación entre la potencia máxima y la potencia promedio de los láseres de fibra más recientes maximiza nuestra velocidad de corte sin dejar de brindar la calidad de borde deseada.Absolutamente necesitamos la velocidad de los productos más grandes con un diámetro exterior de hasta 1 pulgada”.
Además del corte de precisión y la respuesta rápida, NPX también ofrece una gama completa de tecnologías de posprocesamiento, así como servicios de diseño integrales que aprovechan su amplia experiencia en la industria. Estas técnicas incluyen electropulido, arenado, decapado, soldadura láser, termofijado, formación, pasivación, pruebas de temperatura Af y pruebas de fatiga, todas las cuales son clave para la fabricación de dispositivos de Nitinol. El uso del posprocesamiento para controlar el acabado de los bordes, dijo Brenzel, aplicación igue.Por ejemplo, una pieza de alta fatiga como una válvula cardíaca puede doblarse mil millones de veces durante su vida útil como un proceso posterior. Como paso, es importante usar chorro de arena para aumentar el radio de todos los bordes.Pero los componentes de baja fatiga, como los sistemas de entrega o los cables guía, a menudo no requieren un procesamiento posterior extenso”.En términos de experiencia en diseño, explica Brenzel, ahora hay hasta tres cuartas partes de los clientes que también utilizan sus servicios de diseño para aprovechar la ayuda y las habilidades de NPX para obtener la aprobación de la FDA.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) es un fabricante de ensamblajes de cables, bobinas médicas y resortes en miniatura personalizados cuya misión es resolver los problemas de los clientes, sin importar cuán complejos o aparentemente imposibles, en el menor tiempo posible. En dispositivos médicos, enfatiza principalmente ensamblajes complejos para cirugía neurovascular, incluido el diseño, la producción y el ensamblaje de ensamblajes de cables de alta calidad para aplicaciones como dispositivos de catéter dirigibles, incluidos los ensamblajes de "cable de tracción".
Como se mencionó anteriormente, la elección del láser de fibra o USP es una cuestión de preferencia de ingeniería, así como del tipo de equipo y procesos admitidos. Chris Witham, presidente de Motion Dynamics, explicó: “Basándonos en un modelo comercial que está altamente enfocado en productos neurovasculares, podemos ofrecer resultados diferenciados en diseño, ejecución y servicio.Solo usamos corte por láser para producir los componentes que usamos internamente., para fabricar los componentes "difíciles" de alto valor que se han convertido en nuestra especialidad y reputación;no ofrecemos corte por láser como un servicio de contrato.Hemos descubierto que la mayoría de los cortes con láser que realizamos se realizan mejor con láseres USP, y durante muchos años he estado usando un tubo StarCut con uno de estos láseres.Debido a la fuerte demanda de nuestros productos, tenemos dos turnos de 8 horas al día, a veces incluso tres turnos, y en 2019 necesitamos adquirir otro tubo StarCut para respaldar este crecimiento.Pero esta vez, decidimos optar por uno de los nuevos modelos híbridos de láseres USP de femtosegundos y láseres de fibra.También lo emparejamos con un cargador/descargador StarFeed para que pudiéramos automatizar completamente el corte: el operador simplemente coloca la pieza en bruto. El tubo se carga en el alimentador y se inicia el programa operativo de software para el producto.
Figura 3. Este tubo flexible de acero inoxidable (que se muestra junto a un borrador de lápiz) se cortó con un láser de femtosegundo Monaco.
Witham agrega que, si bien ocasionalmente usan la máquina para cortes planos, más del 95 por ciento de su tiempo lo dedican a crear o modificar productos cilíndricos para sus ensamblajes de catéter orientable, a saber, hipotubos, bobinas y espirales, incluido el corte de puntas perfiladas y orificios cortados. Estos componentes finalmente se usan en procedimientos como la reparación de aneurismas y la extracción de trombos. Esto requiere el uso de cortadores láser en una variedad de metales, incluidos acero inoxidable, oro puro, platino y nitinol.
Figura 4. Motion Dynamics también utiliza mucho la soldadura láser. Arriba, la bobina se ha soldado al tubo cortado con láser.
¿Cuáles son las opciones de láser? Witham explicó que la excelente calidad de los bordes y los cortes mínimos son fundamentales para la mayoría de sus componentes, por lo que inicialmente prefirieron los láseres de USP. Además, ninguno de los materiales que usa la empresa puede cortarse con uno de estos láseres, incluidos los diminutos componentes de oro que se usan como marcadores radiopacos en algunos de sus productos. dijo. “Pero debido a nuestro enfoque de aplicación particular, esto generalmente significa algún tipo de procesamiento posterior, como limpieza química y ultrasónica o electropulido.Por lo tanto, tener una máquina híbrida nos permite elegir qué proceso general (USP solo o manipulación de fibra y posprocesamiento) es óptimo para cada componente.Nos permite explorar la posibilidad del mecanizado híbrido del mismo componente, especialmente cuando se trata de diámetros y espesores de pared más grandes: incluso cortes rápidos con láseres de fibra, luego use un láser de femtosegundos para cortes finos”.Espera que el láser USP siga siendo su primera opción porque la mayoría de sus cortes láser implican espesores de pared de entre 4 y 6 milésimas, aunque encuentran espesores de pared que oscilan entre 1 y 20 milésimas.Tuberías de acero inoxidable entre tú.
En conclusión, el corte y la perforación con láser son procesos clave en la fabricación de diversos dispositivos médicos. Hoy, gracias a los avances en la tecnología láser central y a las máquinas altamente optimizadas configuradas para las necesidades específicas de la industria, estos procesos son más fáciles de usar y brindan mejores resultados que nunca.