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आज, धातुओं और गैर-धातुओं की लगभग सभी सटीक लेजर कटिंग फाइबर लेजर या अल्ट्राशॉर्ट पल्स (यूएसपी) लेजर, या कभी-कभी दोनों से सुसज्जित उपकरणों का उपयोग करके की जाती है। इस लेख में, हम दो लेजर के विभिन्न फायदों के बारे में बताएंगे और देखेंगे कि दोनों निर्माता इन लेजर का उपयोग कैसे करते हैं। एनपीएक्स मेडिकल (प्लायमाउथ, एमएन) एक अनुबंध विशेष प्रसंस्करण कंपनी है जो फाइबर लेजर को शामिल करने वाली मशीनों का उपयोग करके विभिन्न प्रकार के उपकरणों और परिनियोजन उपकरण, जैसे स्टेंट, प्रत्यारोपण और लचीली टयूबिंग का निर्माण करती है। मोशन डायनेमिक्स मुख्य रूप से न्यूरोलॉजी में उपयोग की जाने वाली "पुल वायर" असेंबलियों जैसी उप-असेंबली बनाती है, जिसमें एक मशीन का उपयोग किया जाता है जिसमें यूएसपी फेमटोसेकंड लेजर और अधिकतम लचीलेपन और बहुमुखी प्रतिभा के लिए फेमटोसेकंड और फाइबर लेजर सहित नवीनतम हाइब्रिड सिस्टम में से एक शामिल होता है।
कई वर्षों से, अधिकांश लेजर माइक्रोमशीनिंग को डीपीएसएस लेजर नामक ठोस-अवस्था नैनोसेकेंड लेजर का उपयोग करके किया जाता है। हालांकि, यह अब पूरी तरह से दो अलग-अलग, और इसलिए पूरक, लेजर प्रकारों के विकास के कारण पूरी तरह से बदल गया है। मूल रूप से दूरसंचार के लिए विकसित, फाइबर लेजर कई उद्योगों में वर्कहॉर्स सामग्री प्रसंस्करण लेजर में परिपक्व हो गए हैं, अक्सर निकट-अवरक्त तरंग दैर्ध्य पर। इसकी सफलता के कारण इसकी सरल वास्तुकला और सीधी शक्ति स्केलेबिलिटी में निहित हैं। इसके परिणामस्वरूप ऐसे लेजर होते हैं जो कॉम्पैक्ट, अत्यधिक विश्वसनीय होते हैं, और विशेष मशीनों में एकीकृत करना आसान है, और आम तौर पर पुराने लेजर प्रकारों की तुलना में स्वामित्व की कम लागत की पेशकश करते हैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि माइक्रोमशीनिंग के लिए, आउटपुट बीम को केवल कुछ माइक्रोन व्यास के एक छोटे, साफ स्थान पर केंद्रित किया जा सकता है, इसलिए वे उच्च-रिज़ॉल्यूशन कटिंग, वेल्डिंग और ड्रिलिंग के लिए आदर्श हैं। उनके आउटपुट भी बहुत लचीले और नियंत्रणीय हैं, जिसमें सिंगल शॉट से लेकर 170 kHz तक की पल्स दर होती है। स्केलेबल पावर के साथ, यह तेजी से काटने और ड्रिलिंग का समर्थन करता है।
हालाँकि, माइक्रोमशीनिंग में फाइबर लेज़रों का एक संभावित नुकसान छोटी विशेषताओं और/या पतले, नाजुक भागों की मशीनिंग है। लंबी (उदाहरण के लिए, 50 μs) पल्स अवधि के परिणामस्वरूप गर्मी प्रभावित क्षेत्र (HAZ) की एक छोटी मात्रा होती है जैसे कि रीकास्ट सामग्री और छोटे किनारे का खुरदरापन, जिसके लिए कुछ पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता हो सकती है। सौभाग्य से, नए लेज़र - फेमटोसेकंड आउटपुट पल्स के साथ अल्ट्राशॉर्ट पल्स (यूएसपी) लेज़र - HAZ समस्या को खत्म कर देते हैं।
यूएसपी लेजर के साथ, काटने या ड्रिलिंग प्रक्रिया से जुड़ी अधिकांश अतिरिक्त गर्मी आसपास की सामग्री में फैलने से पहले निकाले गए मलबे में चली जाती है। पिकोसेकंड आउटपुट वाले यूएसपी लेजर का उपयोग प्लास्टिक, अर्धचालक, सिरेमिक और कुछ धातुओं (पिकोसेकंड = 10-12 सेकंड) से जुड़े माइक्रोमशीनिंग अनुप्रयोगों में लंबे समय से किया जाता है। लेकिन मानव बाल के आकार के खंभे वाले धातु उपकरणों के लिए, धातु की उच्च तापीय चालकता और छोटे आकार का मतलब है कि पिकोसेकंड लेजर हमेशा बेहतर परिणाम प्रदान न करें जो पहले के यूएसपी लेजर की बढ़ी हुई लागत को उचित ठहराते हों। यह अब औद्योगिक ग्रेड फेमटोसेकंड लेजर (फेमटोसेकंड = 10-15 सेकंड) के आगमन के साथ बदल गया है। एक उदाहरण सुसंगत इंक के लेजर की मोनाको श्रृंखला है। फाइबर लेजर की तरह, उनका आउटपुट निकट-अवरक्त प्रकाश है, जिसका अर्थ है कि वे स्टेनलेस स्टील, प्लैटिनम, सोना, मैग्नीशियम, कोबाल्ट-क्रोमियम, टाइटन सहित चिकित्सा उपकरणों में उपयोग की जाने वाली सभी धातुओं को काट या ड्रिल कर सकते हैं ium, और अधिक, साथ ही गैर-धातुएं। जबकि छोटी पल्स अवधि और कम पल्स ऊर्जा का संयोजन थर्मल क्षति (HAZ) को रोकता है, उच्च (मेगाहर्ट्ज) पुनरावृत्ति दर कई उच्च-मूल्य वाले चिकित्सा उपकरणों के लिए लागत प्रभावी थ्रूपुट गति सुनिश्चित करती है।
बेशक, हमारे उद्योग में लगभग किसी को भी केवल एक लेजर की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, उन्हें एक लेजर-आधारित मशीन की आवश्यकता है, और अब चिकित्सा उपकरणों को काटने और ड्रिलिंग के लिए अनुकूलित कई विशेष मशीनें हैं। एक उदाहरण कोहेरेंट की स्टारकट ट्यूब श्रृंखला है, जिसका उपयोग फाइबर लेजर, फेमटोसेकंड लेजर, या दोनों लेजर प्रकारों को शामिल करते हुए एक हाइब्रिड संस्करण के रूप में किया जा सकता है।
चिकित्सा उपकरण विशेषज्ञता का क्या मतलब है? इनमें से अधिकांश उपकरण कस्टम डिज़ाइन के आधार पर सीमित बैचों में उत्पादित किए जाते हैं। इसलिए, लचीलापन और उपयोग में आसानी प्रमुख विचार हैं। जबकि कई उपकरण बिलेट्स से निर्मित होते हैं, कुछ घटकों को फ्लैट बिलेट्स से सटीक रूप से मशीनीकृत किया जाना चाहिए;एक ही मशीन को अपने मूल्य को अधिकतम करने के लिए दोनों को संभालना होगा। इन जरूरतों को आम तौर पर सरल प्रोग्रामिंग और नियंत्रण के लिए मल्टी-एक्सिस सीएनसी नियंत्रित (xyz और रोटरी) गति और उपयोगकर्ता के अनुकूल एचएमआई प्रदान करके पूरा किया जाता है। स्टारकट ट्यूब के मामले में, एक नया ट्यूब लोडिंग मॉड्यूल विकल्प 3 मीटर लंबाई तक ट्यूबों के लिए एक साइड लोडिंग पत्रिका (स्टारफीड कहा जाता है) और कट उत्पादों के लिए एक सॉर्टर के साथ आता है, जो पूरी तरह से स्वचालित उत्पादन की अनुमति देता है।
इन मशीनों की प्रक्रिया लचीलेपन को गीली और सूखी कटिंग के लिए समर्थन और सहायक गैस की आवश्यकता वाली प्रक्रियाओं के लिए आसानी से समायोज्य डिलीवरी नोजल द्वारा बढ़ाया जाता है। बहुत छोटे भागों की मशीनिंग के लिए स्थानिक रिज़ॉल्यूशन भी विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जिसका अर्थ है कि थर्मोमैकेनिकल स्थिरता मशीन की दुकानों में अक्सर आने वाले कंपन के प्रभाव को समाप्त कर देती है। स्टारकट ट्यूब रेंज बड़ी संख्या में ग्रेनाइट तत्वों के साथ पूरे कटिंग डेक का निर्माण करके इस आवश्यकता को पूरा करती है।
एनपीएक्स मेडिकल एक बिल्कुल नया अनुबंध निर्माता है जो चिकित्सा उपकरण निर्माताओं को डिजाइन, इंजीनियरिंग और सटीक लेजर कटिंग सेवाएं प्रदान करता है। 2019 में स्थापित, कंपनी ने गुणवत्ता वाले उत्पादों और प्रतिक्रिया के लिए उद्योग में प्रतिष्ठा बनाई है, जो समान रूप से विविध सर्जिकल प्रक्रियाओं के लिए स्टेंट, प्रत्यारोपण, वाल्व स्टेंट और लचीली डिलीवरी ट्यूब सहित उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला का समर्थन करती है, जिसमें न्यूरोवास्कुलर, कार्डियक, रीनल, स्पाइन, ऑर्थोपेडिक, स्त्री रोग और गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल सर्जरी शामिल हैं। इसका मुख्य लेजर कटर स्टारकट ट्यूब है 200 वाट की औसत शक्ति वाले स्टारफाइबर 320एफसी के साथ 2+2। एनपीएक्स के संस्थापकों में से एक, माइक ब्रेनज़ेल ने बताया कि "संस्थापक चिकित्सा उपकरण डिजाइन और विनिर्माण अनुभव के वर्षों - कुल मिलाकर 90 वर्षों से अधिक" लाते हैं, फाइबर लेजर का उपयोग करके स्टारकट जैसी मशीनों के साथ पिछले अनुभव के साथ। हमारे बहुत से काम में नितिनोल कटिंग शामिल है और हम पहले से ही जानते हैं कि फाइबर लेजर हमें आवश्यक गति और गुणवत्ता प्रदान कर सकते हैं। मोटी दीवार वाली ट्यूब और हृदय वाल्व जैसे उपकरणों के लिए , हमें गति की आवश्यकता है, और यूएसपी लेजर हमारी आवश्यकताओं के लिए बहुत धीमा हो सकता है। उच्च मात्रा में उत्पादन ऑर्डर के अलावा - हम भागों के छोटे बैचों में विशेषज्ञ हैं - केवल 5 और 150 टुकड़ों के बीच - हमारा लक्ष्य बड़ी कंपनियों के लिए ऑर्डर देने के बाद के हफ्तों की तुलना में डिजाइन, प्रोग्रामिंग, कटिंग, फॉर्मिंग, पोस्ट-प्रोसेसिंग और निरीक्षण सहित कुछ ही दिनों में इन छोटे बैच टर्नअराउंड को पूरा करना है। "गति का उल्लेख करने के अलावा, ब्रेनज़ेल ने मशीन की विश्वसनीयता को एक प्रमुख लाभ के रूप में उल्लेख किया, जिसमें अतीत में एक भी सेवा कॉल की आवश्यकता नहीं थी। लगभग 18 महीने तक निरंतर संचालन।
चित्र 2. एनपीएक्स विभिन्न प्रकार के पोस्ट-प्रोसेसिंग विकल्प प्रदान करता है। यहां दिखाई गई सामग्री 5 मिमी ओडी और 0.254 मिमी दीवार मोटाई के साथ टी 316 स्टेनलेस स्टील है। बायां हिस्सा कट/माइक्रोब्लास्टेड है और दायां हिस्सा इलेक्ट्रोपॉलिश है।
नाइटिनोल भागों के अलावा, कंपनी कोबाल्ट-क्रोमियम मिश्र धातु, टैंटलम मिश्र धातु, टाइटेनियम मिश्र धातु और कई प्रकार के मेडिकल स्टेनलेस स्टील्स का भी व्यापक उपयोग करती है। लेजर प्रोसेसिंग मैनेजर जेफ हैनसेन बताते हैं: “मशीन लचीलापन एक और महत्वपूर्ण संपत्ति है, जो हमें ट्यूब और फ्लैट सहित सामग्रियों की एक बहुत ही विविध श्रेणी को काटने में सहायता करने की अनुमति देती है।हम बीम को 20-माइक्रोन स्पॉट तक फोकस कर सकते हैं, जो अधिक पतली ट्यूबों के लिए उपयोगी है।इनमें से कुछ ट्यूब केवल 0.012″ आईडी हैं, और नवीनतम फ़ाइबर लेज़रों की पीक पावर और औसत पावर का उच्च अनुपात वांछित किनारे की गुणवत्ता प्रदान करते हुए हमारी कटिंग गति को अधिकतम करता है।हमें 1 इंच तक के बाहरी व्यास वाले बड़े उत्पादों की गति की बिल्कुल आवश्यकता है।''
सटीक कटिंग और त्वरित प्रतिक्रिया के अलावा, एनपीएक्स पोस्ट-प्रोसेसिंग प्रौद्योगिकियों की एक पूरी श्रृंखला के साथ-साथ व्यापक डिजाइन सेवाएं भी प्रदान करता है जो उद्योग में अपने व्यापक अनुभव का लाभ उठाता है। इन तकनीकों में इलेक्ट्रोपॉलिशिंग, सैंडब्लास्टिंग, पिकलिंग, लेजर वेल्डिंग, हीट सेटिंग, फॉर्मिंग, पैसिवेशन, एएफ तापमान परीक्षण और थकान परीक्षण शामिल हैं, जो सभी नितिनोल डिवाइस निर्माण के लिए महत्वपूर्ण हैं। एज फिनिश को नियंत्रित करने के लिए पोस्ट-प्रोसेसिंग का उपयोग करना, ब्रेनज़ेल ने कहा, "आमतौर पर यह इस पर निर्भर करता है कि हम हाई-एफए के बारे में बात कर रहे हैं या नहीं थकान या कम थकान वाला अनुप्रयोग।उदाहरण के लिए, हृदय वाल्व जैसा उच्च-थकावट वाला हिस्सा प्रसंस्करण के बाद अपने जीवनकाल में एक अरब बार झुक सकता है। एक कदम के रूप में, सभी किनारों की त्रिज्या को बढ़ाने के लिए सैंडब्लास्टिंग का उपयोग करना महत्वपूर्ण है।लेकिन डिलीवरी सिस्टम या गाइडवायर जैसे कम थकान वाले घटकों को अक्सर व्यापक पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता नहीं होती है।डिज़ाइन विशेषज्ञता के संदर्भ में, ब्रेनज़ेल बताते हैं, अब लगभग तीन-चौथाई ग्राहक एफडीए अनुमोदन प्राप्त करने में एनपीएक्स की सहायता और कौशल का लाभ उठाने के लिए अपनी डिज़ाइन सेवाओं का उपयोग करते हैं। कंपनी "नैपकिन स्केच" अवधारणा को कम समय में अपने अंतिम रूप में उत्पाद में बदलने में बहुत अच्छी है।
मोशन डायनेमिक्स (फ्रूटपोर्ट, एमआई) कस्टम मिनिएचर स्प्रिंग्स, मेडिकल कॉइल्स और वायर असेंबली का निर्माता है जिसका मिशन ग्राहकों की समस्याओं को हल करना है, चाहे वह कितनी भी जटिल या असंभव क्यों न हो, कम से कम समय में। चिकित्सा उपकरणों में, यह मुख्य रूप से न्यूरोवास्कुलर सर्जरी के लिए जटिल असेंबली पर जोर देता है, जिसमें "पुल वायर" असेंबली सहित स्टीयरेबल कैथेटर डिवाइस जैसे अनुप्रयोगों के लिए उच्च गुणवत्ता वाले वायर असेंबली के डिजाइन, उत्पादन और असेंबली शामिल है।
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, फाइबर या यूएसपी लेजर का चुनाव इंजीनियरिंग प्राथमिकता के साथ-साथ समर्थित उपकरणों और प्रक्रियाओं के प्रकार का मामला है। मोशन डायनेमिक्स के अध्यक्ष क्रिस विथम ने समझाया: “एक व्यवसाय मॉडल के आधार पर जो न्यूरोवास्कुलर उत्पादों पर अत्यधिक केंद्रित है, हम डिजाइन, निष्पादन और सेवा में अलग-अलग परिणाम दे सकते हैं।हम केवल उन घटकों का उत्पादन करने के लिए लेजर कटिंग का उपयोग करते हैं जिनका हम घर में उपयोग करते हैं।, उच्च-मूल्य वाले, "कठिन" घटकों का निर्माण करना जो हमारी विशेषता और प्रतिष्ठा बन गए हैं;हम अनुबंध सेवा के रूप में लेजर कटिंग की पेशकश नहीं करते हैं।हमने पाया है कि हमारे द्वारा किए जाने वाले अधिकांश लेजर कट यूएसपी लेजर के साथ सबसे अच्छे होते हैं, और कई वर्षों से मैं इनमें से एक लेजर के साथ स्टारकट ट्यूब का उपयोग कर रहा हूं।हमारे उत्पादों की मजबूत मांग के कारण, हमारे पास दिन में 8 घंटे की दो शिफ्ट हैं, कभी-कभी तीन शिफ्ट भी होती हैं, और 2019 में हमें इस विकास का समर्थन करने के लिए एक और स्टारकट ट्यूब हासिल करने की आवश्यकता है।लेकिन इस बार, हमने फेमटोसेकंड यूएसपी लेजर और फाइबर लेजर के नए हाइब्रिड मॉडल में से एक के साथ जाने का फैसला किया।हमने इसे स्टारफीड लोडर/अनलोडर के साथ भी जोड़ा है ताकि हम कटिंग को पूरी तरह से स्वचालित कर सकें - ऑपरेटर बस खाली ट्यूब डाल देता है, ट्यूब को फीडर में लोड किया जाता है और उत्पाद के लिए सॉफ्टवेयर ऑपरेटिंग प्रोग्राम शुरू हो जाता है।
चित्र 3. यह लचीली स्टेनलेस स्टील डिलीवरी ट्यूब (पेंसिल इरेज़र के बगल में दिखाई गई है) को मोनाको फेमटोसेकंड लेजर से काटा गया है।
विथम कहते हैं कि जब वे कभी -कभी फ्लैट काटने के लिए मशीन का उपयोग करते हैं, तो उनके समय का 95 प्रतिशत से अधिक समय उनके स्टीयरेबल कैथेटर असेंबली, अर्थात् हाइपोट्यूब, कॉइल और सर्पिलों के लिए बेलनाकार उत्पादों को बनाने या संशोधित करने में खर्च किया जाता है, जिसमें प्रोफिल्ड युक्तियों को काटने की आवश्यकता होती है। कम स्टील, शुद्ध सोना, प्लैटिनम और निटिनोल।
चित्र 4. मोशन डायनेमिक्स भी बड़े पैमाने पर लेजर वेल्डिंग का उपयोग करता है। ऊपर, कॉइल को लेजर कट ट्यूब में वेल्ड किया गया है।
लेज़र विकल्प क्या हैं? विथम ने बताया कि उनके अधिकांश घटकों के लिए उत्कृष्ट धार गुणवत्ता और न्यूनतम केर्फ़ महत्वपूर्ण हैं, इसलिए उन्होंने शुरुआत में यूएसपी लेज़रों को प्राथमिकता दी। इसके अतिरिक्त, कंपनी द्वारा उपयोग की जाने वाली किसी भी सामग्री को इन लेज़रों में से किसी एक द्वारा नहीं काटा जा सकता है, जिसमें इसके कुछ उत्पादों में रेडियोपैक मार्कर के रूप में उपयोग किए जाने वाले छोटे सोने के घटक भी शामिल हैं। लेकिन उन्होंने कहा कि फ़ाइबर लेज़र और यूएसपी सहित नए हाइब्रिड विकल्प, उन्हें गति/किनारे की गुणवत्ता के मुद्दों को अनुकूलित करने में अधिक लचीलापन देते हैं। "इसमें कोई संदेह नहीं है कि फाइबर ऑप्टिक्स उच्च गति प्रदान कर सकते हैं। , '' उन्होंने कहा। ''लेकिन हमारे विशेष अनुप्रयोग फोकस के कारण, इसका मतलब आमतौर पर कुछ प्रकार की पोस्ट-प्रोसेसिंग है, जैसे कि रासायनिक और अल्ट्रासोनिक सफाई या इलेक्ट्रोपॉलिशिंग।इसलिए एक हाइब्रिड मशीन होने से हमें यह चुनने की अनुमति मिलती है कि कौन सी समग्र प्रक्रिया - अकेले यूएसपी या फाइबर और पोस्ट-प्रोसेसिंग हैंडलिंग - प्रत्येक घटक के लिए इष्टतम है।यह हमें एक ही घटक की हाइब्रिड मशीनिंग की संभावना का पता लगाने की अनुमति देता है, खासकर जहां बड़े व्यास और दीवार की मोटाई शामिल होती है: फाइबर लेजर के साथ तेजी से काटने पर भी, फिर बारीक काटने के लिए फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग करें।उन्हें उम्मीद है कि यूएसपी लेजर उनकी पहली पसंद बनी रहेगी क्योंकि उनके अधिकांश लेजर कट में दीवार की मोटाई 4 से 6 हजार के बीच होती है, हालांकि उन्हें दीवार की मोटाई 1-20 हजार के बीच होती है।आपके बीच स्टेनलेस स्टील पाइप।
निष्कर्ष में, विभिन्न चिकित्सा उपकरणों के निर्माण में लेजर कटिंग और ड्रिलिंग प्रमुख प्रक्रियाएं हैं। आज, कोर लेजर प्रौद्योगिकी में प्रगति और उद्योग की विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए कॉन्फ़िगर की गई अत्यधिक अनुकूलित मशीनों के लिए धन्यवाद, इन प्रक्रियाओं का उपयोग करना आसान है और पहले से कहीं बेहतर परिणाम देते हैं।