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Aujourd'hui, presque toutes les découpes laser de précision des métaux et des non-métaux sont effectuées à l'aide d'outils équipés de lasers à fibre ou de lasers à impulsions ultracourtes (USP), ou parfois des deux. Dans cet article, nous expliquerons les différents avantages des deux lasers et verrons comment les deux fabricants utilisent ces lasers. assemblages, tels que les assemblages « à fil de traction » principalement utilisés en neurologie, utilisant une machine qui comprend un laser femtoseconde USP et l'un des derniers systèmes hybrides comprenant des lasers femtoseconde et à fibre pour une flexibilité et une polyvalence maximales.
Pendant de nombreuses années, la plupart des micro-usinages laser ont été réalisés à l'aide de lasers nanosecondes à semi-conducteurs appelés lasers DPSS.Cependant, cela a complètement changé grâce au développement de deux types de laser complètement différents, et donc complémentaires.Développés à l'origine pour les télécommunications, les lasers à fibre sont devenus des lasers de traitement de matériaux dans de nombreuses industries, souvent à des longueurs d'onde proches de l'infrarouge.Les raisons de son succès résident dans sa simplicité d'architecture et sa simple évolutivité de puissance. dans des machines spécialisées et offrent généralement un coût de possession inférieur à celui des anciens types de laser. Il est important pour le micro-usinage que le faisceau de sortie puisse être focalisé dans un petit point propre de seulement quelques microns de diamètre, ils sont donc idéaux pour la découpe, le soudage et le perçage à haute résolution. Leurs sorties sont également très flexibles et contrôlables, avec des fréquences d'impulsion allant d'un seul coup à 170 kHz.
Cependant, un inconvénient potentiel des lasers à fibre dans le micro-usinage est l'usinage de petites caractéristiques et/ou de pièces fines et délicates. De longues durées d'impulsion (par exemple, 50 µs) entraînent une petite quantité de zone affectée par la chaleur (HAZ) telle que le matériau refondu et une petite rugosité des bords, ce qui peut nécessiter un post-traitement.
Avec les lasers USP, la majeure partie de la chaleur supplémentaire associée au processus de découpe ou de perçage est emportée dans les débris éjectés avant qu'elle n'ait le temps de se diffuser dans le matériau environnant. Cela a maintenant changé avec l'avènement des lasers femtoseconde de qualité industrielle (femtoseconde = 10-15 secondes). Un exemple est la série de lasers Monaco de Coherent Inc. Alors que la combinaison d'une courte durée d'impulsion et d'une faible énergie d'impulsion empêche les dommages thermiques (HAZ), le taux de répétition élevé (MHz) garantit des vitesses de débit rentables pour de nombreux dispositifs médicaux de grande valeur.
Bien sûr, presque personne dans notre industrie n'a besoin d'un seul laser. Au lieu de cela, ils ont besoin d'une machine à base de laser, et il existe maintenant de nombreuses machines spécialisées optimisées pour couper et percer des dispositifs médicaux. Un exemple est la série StarCut Tube de Coherent, qui peut être utilisée avec des lasers à fibre, des lasers femtoseconde ou en tant que version hybride incorporant les deux types de laser.
Que signifie la spécialisation des dispositifs médicaux ? La plupart de ces dispositifs sont produits en lots limités sur la base de conceptions personnalisées. Par conséquent, la flexibilité et la facilité d'utilisation sont des considérations essentielles. Alors que de nombreux dispositifs sont fabriqués à partir de billettes, certains composants doivent être usinés avec précision à partir de billettes plates ;la même machine doit gérer les deux pour maximiser sa valeur. Ces besoins sont généralement satisfaits en fournissant un mouvement CNC multi-axes (xyz et rotatif) et une IHM conviviale pour une programmation et un contrôle simples. Dans le cas de StarCut Tube, une nouvelle option de module de chargement de tubes est livrée avec un magasin de chargement latéral (appelé StarFeed) pour les tubes jusqu'à 3 m de longueur et un trieur pour les produits coupés, permettant une production entièrement automatisée.
La flexibilité du processus de ces machines est encore améliorée par la prise en charge de la coupe humide et sèche et des buses de distribution facilement réglables pour les processus nécessitant un gaz d'assistance. La résolution spatiale est également particulièrement importante pour l'usinage de très petites pièces, ce qui signifie que la stabilité thermomécanique élimine les effets des vibrations souvent rencontrés dans les ateliers d'usinage. La gamme StarCut Tube répond à ce besoin en construisant l'ensemble du plateau de coupe avec un grand nombre d'éléments en granit.
Fondée en 2019, la société s'est bâtie une réputation dans l'industrie pour ses produits de qualité et sa réactivité, prenant en charge une large gamme d'appareils, notamment des stents, des implants, des stents valvulaires et des tubes de distribution flexibles pour des interventions chirurgicales aussi diverses Interventions, notamment neurovasculaires, cardiaques, rénales, vertébrales, orthopédiques, gynécologiques et gastro-intestinales. +2 avec un StarFiber 320FC d'une puissance moyenne de 200 watts. Mike Brenzel, l'un des fondateurs de NPX, a expliqué que "les fondateurs apportent des années d'expérience dans la conception et la fabrication de dispositifs médicaux - plus de 90 ans au total", avec une expérience antérieure avec des machines de type StarCut utilisant des lasers à fibre. le laser USP peut être trop lent pour nos besoins. En plus des commandes de production à volume élevé - nous nous spécialisons dans les petits lots de pièces - seulement entre 5 et 150 pièces - notre objectif est de terminer ces délais d'exécution de petits lots en quelques jours seulement, y compris la conception, la programmation, la découpe, le formage, le post-traitement et l'inspection, par rapport aux semaines suivant la passation d'une commande pour les grandes entreprises. fonctionnement quasi continu.
Figure 2. NPX offre une variété d'options de post-traitement. Le matériau illustré ici est de l'acier inoxydable T316 avec un diamètre extérieur de 5 mm et une épaisseur de paroi de 0,254 mm. La partie gauche est coupée/microbillée et la partie droite est électropolie.
En plus des pièces en nitinol, l'entreprise fait également un usage intensif d'alliages cobalt-chrome, d'alliages de tantale, d'alliages de titane et de nombreux types d'aciers inoxydables médicaux. Jeff Hansen, responsable du traitement laser, explique : « La flexibilité de la machine est un autre atout important, nous permettant de prendre en charge la découpe d'une gamme très variée de matériaux, y compris les tubes et les plats.Nous pouvons focaliser le faisceau jusqu'à un point de 20 microns, ce qui est utile pour plus de tubes fins sont très utiles.Certains de ces tubes n'ont qu'un diamètre intérieur de 0,012″, et le rapport élevé entre la puissance de crête et la puissance moyenne des derniers lasers à fibre maximise notre vitesse de coupe tout en offrant la qualité de bord souhaitée.Nous avons absolument besoin de la vitesse des produits plus gros avec un diamètre extérieur allant jusqu'à 1 pouce.
En plus de la découpe de précision et de la réponse rapide, NPX propose également une gamme complète de technologies de post-traitement, ainsi que des services de conception complets qui s'appuient sur sa vaste expérience dans l'industrie. - application en fatigue.Par exemple, une pièce très fatiguée comme une valve cardiaque peut se plier un milliard de fois au cours de sa durée de vie en tant que post-traitement. Comme étape, il est important d'utiliser le sablage pour augmenter le rayon de tous les bords.Mais les composants à faible fatigue tels que les systèmes de mise en place ou les fils de guidage ne nécessitent souvent pas de post-traitement approfondi. »En termes d'expertise en conception, explique Brenzel, il y a maintenant jusqu'à trois quarts des clients qui utilisent également leurs services de conception pour profiter de l'aide et des compétences de NPX pour obtenir l'approbation de la FDA.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) est un fabricant de ressorts miniatures personnalisés, de bobines médicales et d'assemblages de fils dont la mission est de résoudre les problèmes des clients, aussi complexes ou apparemment impossibles, dans les plus brefs délais. Dans les dispositifs médicaux, il met principalement l'accent sur les assemblages complexes pour la chirurgie neurovasculaire, y compris la conception, la production et l'assemblage d'assemblages de fils de haute qualité pour des applications telles que les dispositifs de cathéter orientables, y compris les assemblages de « fils de traction ».
Comme mentionné précédemment, le choix d'un laser à fibre ou USP est une question de préférence d'ingénierie ainsi que du type d'équipement et de processus pris en charge.Nous n'utilisons que la découpe au laser pour produire les composants que nous utilisons en interne., pour fabriquer les composants « difficiles » à haute valeur ajoutée qui sont devenus notre spécialité et notre réputation ;nous n'offrons pas la découpe au laser en tant que service contractuel.Nous avons constaté que la plupart des découpes au laser que nous effectuons sont mieux réalisées avec des lasers USP, et depuis de nombreuses années, j'utilise un tube StarCut avec l'un de ces lasers.En raison de la forte demande pour nos produits, nous avons deux équipes de 8 heures par jour, parfois même trois équipes, et en 2019, nous devons acquérir un autre tube StarCut pour soutenir cette croissance.Mais cette fois, nous avons décidé d'opter pour l'un des nouveaux modèles hybrides de lasers femtoseconde USP et de lasers à fibre.Nous l'avons également associé à un chargeur/déchargeur StarFeed afin de pouvoir automatiser entièrement la coupe - l'opérateur place simplement le flan. Le tube est chargé dans le chargeur et le programme d'exploitation du logiciel pour le produit est lancé.
Figure 3. Ce tube de livraison flexible en acier inoxydable (illustré à côté d'une gomme à crayon) a été découpé avec un laser femtoseconde Monaco.
Witham ajoute que même s'ils utilisent occasionnellement la machine pour la coupe à plat, plus de 95 % de leur temps est consacré à la création ou à la modification de produits cylindriques pour leurs assemblages de cathéters orientables, à savoir des hypotubes, des bobines et des spirales, y compris la découpe de pointes profilées et de trous découpés. Ces composants sont finalement utilisés dans des procédures telles que la réparation d'anévrismes et l'élimination de thrombus. Cela nécessite l'utilisation de découpeuses laser sur une variété de métaux, notamment l'acier inoxydable, l'or pur, le platine et le nitinol.
Figure 4. Motion Dynamics utilise également largement le soudage au laser. Ci-dessus, la bobine a été soudée au tube découpé au laser.
Quelles sont les options laser ? Witham a expliqué qu'une excellente qualité des bords et des entailles minimales sont essentielles pour la plupart de leurs composants, ils ont donc initialement préféré les lasers USP. « Mais en raison de notre concentration particulière sur les applications, cela signifie généralement un certain type de post-traitement, comme le nettoyage chimique et par ultrasons ou l'électropolissage.Ainsi, avoir une machine hybride nous permet de choisir quel processus global – USP seul ou traitement de la fibre et du post-traitement – ​​optimal pour chaque composant.Cela nous permet d'explorer la possibilité d'un usinage hybride d'un même composant, en particulier lorsque des diamètres et des épaisseurs de paroi plus importants sont impliqués : même une découpe rapide avec des lasers à fibre, puis utilisez un laser femtoseconde pour une découpe fine.Il s'attend à ce que le laser USP reste leur premier choix car la plupart de leurs découpes au laser impliquent des épaisseurs de paroi comprises entre 4 et 6 mille, bien qu'elles rencontrent des épaisseurs de paroi allant de 1 à 20 mille.Tuyaux en acier inoxydable entre mille.
En conclusion, la découpe et le perçage au laser sont des processus clés dans la fabrication de divers dispositifs médicaux. Aujourd'hui, grâce aux progrès de la technologie laser de base et à des machines hautement optimisées configurées pour les besoins spécifiques de l'industrie, ces processus sont plus faciles à utiliser et offrent de meilleurs résultats que jamais.