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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 लाभों की व्याख्या करेंगे और देखेंगे कि दोनों निर्माता इन लेजर का उपयोग कैसे करते हैं। एनपीएक्स मेडिकल (प्लायमाउथ, एमएन) एक अनुबंध विशेषता प्रसंस्करण कंपनी है जो फाइबर लेजर को शामिल करने वाली मशीनों का उपयोग करके विभिन्न प्रकार के उपकरणों और परिनियोजन उपकरणों, जैसे स्टेंट, प्रत्यारोपण और लचीली टयूबिंग का निर्माण करती है। मोशन डायनेमिक्स उप-असेंबली बनाती है, जैसे "पुल वायर" असेंबली मुख्य रूप से न्यूरोलॉजी में उपयोग की जाती है
कई वर्षों से, अधिकांश लेजर माइक्रोमशीनिंग DPSS लेजर नामक सॉलिड-स्टेट नैनोसेकंड लेजर का उपयोग करके की जाती रही है। हालाँकि, अब यह पूरी तरह से बदल गया है, दो पूरी तरह से अलग और इसलिए पूरक लेजर प्रकारों के विकास के लिए धन्यवाद। मूल रूप से दूरसंचार के लिए विकसित, फाइबर लेजर कई उद्योगों में वर्कहॉर्स सामग्री प्रसंस्करण लेजर में परिपक्व हो गए हैं, अक्सर निकट-अवरक्त तरंगदैर्ध्य पर। इसकी सफलता के कारण इसकी सरल वास्तुकला और सीधी शक्ति मापनीयता में निहित हैं। इसके परिणामस्वरूप लेजर कॉम्पैक्ट, अत्यधिक विश्वसनीय और विशेष मशीनों में एकीकृत करने में आसान होते हैं, और आम तौर पर पुराने लेजर प्रकारों की तुलना में स्वामित्व की कम लागत प्रदान करते हैं। माइक्रोमशीनिंग के लिए महत्वपूर्ण रूप से, 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, जिनमें पल्स दर एकल शॉट से लेकर 170 kHz तक होती है। स्केलेबल पावर के साथ, यह तेजी से कटिंग और ड्रिलिंग का समर्थन करता है।
हालांकि, माइक्रोमशीनिंग में फाइबर लेजर का एक संभावित नुकसान छोटे फीचर्स और/या पतले, नाजुक भागों की मशीनिंग है। लंबी (जैसे, 50 µs) पल्स अवधि के परिणामस्वरूप थोड़ी मात्रा में हीट प्रभावित क्षेत्र (HAZ) होता है, जैसे कि पुनर्निर्मित सामग्री और छोटे किनारे खुरदरेपन, जिसके लिए कुछ पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता हो सकती है। सौभाग्य से, नए लेजर - फेमटोसेकंड आउटपुट पल्स के साथ अल्ट्राशॉर्ट पल्स (यूएसपी) लेजर - HAZ समस्या को खत्म करते हैं।
यूएसपी लेज़रों के साथ, काटने या ड्रिलिंग प्रक्रिया से जुड़ी अधिकांश अतिरिक्त गर्मी आसपास की सामग्री में फैलने से पहले ही निकाले गए मलबे में चली जाती है। पिकोसेकंड आउटपुट वाले यूएसपी लेज़रों का उपयोग लंबे समय से प्लास्टिक, अर्धचालक, सिरेमिक और कुछ धातुओं (पिकोसेकंड = 10-12 सेकंड) से जुड़े माइक्रोमशीनिंग अनुप्रयोगों में किया जाता रहा है। लेकिन मानव बाल के आकार के खंभों वाले धातु उपकरणों के लिए, धातु की उच्च तापीय चालकता और छोटे आकार का मतलब है कि पिकोसेकंड लेज़र हमेशा बेहतर परिणाम नहीं देते हैं जो पहले के यूएसपी लेज़रों की बढ़ी हुई लागत को सही ठहराते हैं। यह अब औद्योगिक ग्रेड फेमटोसेकंड लेज़रों (फेमटोसेकंड = 10-15 सेकंड) के आगमन के साथ बदल गया है। जबकि लघु पल्स अवधि और कम पल्स ऊर्जा का संयोजन थर्मल क्षति (HAZ) को रोकता है, उच्च (MHz) 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 सिर्फ एक लेजर की जरूरत 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। इसका एक उदाहरण कोहेरेंट की स्टारकट ट्यूब श्रृंखला है, जिसका उपयोग फाइबर लेजर, फेमटोसेकंड लेजर, या दोनों प्रकार के लेजर को शामिल करने वाले हाइब्रिड संस्करण के रूप में किया जा सकता है।
चिकित्सा उपकरण विशेषज्ञता का क्या अर्थ है? इनमें से अधिकांश उपकरण कस्टम डिज़ाइन के आधार पर सीमित बैचों में निर्मित किए जाते हैं। इसलिए, लचीलापन और उपयोग में आसानी मुख्य विचार हैं। जबकि कई उपकरण बिलेट से निर्मित होते हैं, कुछ घटकों को फ्लैट बिलेट से सटीक मशीनिंग की आवश्यकता होती है; एक ही मशीन को अपने मूल्य को अधिकतम करने के लिए दोनों को संभालना चाहिए। इन जरूरतों को आम तौर पर बहु-अक्ष सीएनसी नियंत्रित (xyz और रोटरी) गति और सरल प्रोग्रामिंग और नियंत्रण के लिए 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 के ट्यूबों के लिए एक साइड लोडिंग पत्रिका (जिसे स्टारफीड कहा जाता है) और कटे हुए उत्पादों के लिए एक सॉर्टर के साथ आता है, जो पूरी तरह से स्वचालित उत्पादन की अनुमति देता है।
इन मशीनों की प्रक्रिया लचीलापन, गीली और सूखी कटाई के लिए समर्थन और सहायक गैस की आवश्यकता वाली प्रक्रियाओं के लिए आसानी से समायोज्य डिलीवरी नोजल द्वारा और भी बढ़ जाती है। स्थानिक संकल्प भी बहुत छोटे भागों की मशीनिंग के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जिसका अर्थ है कि थर्मोमेकेनिकल स्थिरता मशीन की दुकानों में अक्सर होने वाले कंपन के प्रभावों को समाप्त करती 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 काफी 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 जवाबदेही के लिए उद्योग में प्रतिष्ठा बनाई है, जो स्टेंट, प्रत्यारोपण, वाल्व स्टेंट और लचीली डिलीवरी ट्यूब सहित उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला का समर्थन करती है, जो इसी तरह की विविध शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं के लिए हस्तक्षेप करती है, जिसमें न्यूरोवैस्कुलर, कार्डियक, रीनल, स्पाइन, ऑर्थोपेडिक, स्त्री रोग और गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल सर्जरी शामिल हैं। इसका मुख्य लेजर कटर स्टारकट ट्यूब 2 + 2 है जिसमें 200 वाट की औसत शक्ति वाला स्टारफाइबर 320FC है। एनपीएक्स के संस्थापकों में से एक माइक ब्रेनज़ेल ने बताया कि "संस्थापक वर्षों के चिकित्सा उपकरण डिजाइन और निर्माण अनुभव लाते हैं - हमें गति की आवश्यकता है, और यूएसपी लेजर हमारी आवश्यकताओं के लिए बहुत धीमा हो सकता है। उच्च मात्रा के उत्पादन के आदेशों के अलावा - हम भागों के छोटे बैचों में विशेषज्ञ हैं - केवल 5 और 150 टुकड़ों के बीच - हमारा लक्ष्य इन छोटे बैचों के टर्नअराउंड को कुछ ही दिनों में पूरा करना है, जिसमें डिजाइन, प्रोग्रामिंग, कटिंग, फॉर्मिंग, पोस्ट-प्रोसेसिंग और निरीक्षण शामिल है, जबकि बड़ी कंपनियों के लिए ऑर्डर देने के बाद हफ्तों लगते हैं।" गति का उल्लेख करने के अलावा, ब्रेनज़ेल ने मशीन की विश्वसनीयता का एक प्रमुख लाभ के रूप में उल्लेख किया, पिछले 18 महीनों के लगभग निरंतर संचालन में एक भी सर्विस कॉल की आवश्यकता नहीं पड़ी।
चित्र 2. एनपीएक्स विभिन्न प्रकार के पोस्ट-प्रोसेसिंग विकल्प प्रदान करता है। यहां दिखाई गई सामग्री 5 मिमी ओ.डी. और 0.254 मिमी दीवार मोटाई के साथ टी316 स्टेनलेस स्टील है। बायां भाग काटा/माइक्रोब्लास्ट किया गया है और दायां भाग इलेक्ट्रोपॉलिश किया गया है।
नितिनोल भागों के अलावा, कंपनी कोबाल्ट-क्रोमियम मिश्र धातु, टैंटलम मिश्र धातु, टाइटेनियम मिश्र धातु और कई प्रकार के मेडिकल स्टेनलेस स्टील का भी व्यापक उपयोग करती है। जेफ हैनसेन, लेजर प्रसंस्करण प्रबंधक, बताते हैं: "मशीन का लचीलापन एक और महत्वपूर्ण संपत्ति है, जो हमें ट्यूब और फ्लैट सहित सामग्रियों की एक बहुत ही विविध श्रेणी की कटाई का समर्थन करने की अनुमति देता है। हम बीम को 20-माइक्रोन स्पॉट तक केंद्रित कर सकते हैं, जो अधिक पतली ट्यूबों के लिए उपयोगी है। इनमें से कुछ ट्यूब केवल 0.012" आईडी हैं, और नवीनतम फाइबर लेज़रों की औसत शक्ति के लिए पीक पावर का उच्च अनुपात हमारी काटने की गति को अधिकतम करता है जबकि अभी भी वांछित किनारे की गुणवत्ता प्रदान करता है। हमें निश्चित रूप से 1 इंच तक के बाहरी व्यास वाले बड़े उत्पादों की गति की आवश्यकता है।"
सटीक कटिंग और त्वरित प्रतिक्रिया के अलावा, NPX पोस्ट-प्रोसेसिंग तकनीकों की एक पूरी श्रृंखला के साथ-साथ व्यापक डिजाइन सेवाएं भी प्रदान करता है जो उद्योग में इसके व्यापक अनुभव का लाभ उठाते हैं। इन तकनीकों में इलेक्ट्रोपॉलिशिंग, सैंडब्लास्टिंग, पिकलिंग, लेजर वेल्डिंग, हीट सेटिंग, फॉर्मिंग, पैसिवेशन, एएफ तापमान परीक्षण और थकान परीक्षण शामिल हैं, जो सभी नितिनॉल डिवाइस निर्माण के लिए महत्वपूर्ण हैं। एज फ़िनिश को नियंत्रित करने के लिए पोस्ट-प्रोसेसिंग का उपयोग करते हुए, ब्रेनज़ेल ने कहा, "आमतौर पर इस बात पर निर्भर करता है कि हम उच्च-थकान या कम-थकान वाले एप्लिकेशन के बारे में बात कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, हृदय वाल्व जैसा उच्च-थकान वाला हिस्सा पोस्ट-प्रोसेसिंग के रूप में अपने जीवनकाल में एक अरब बार झुक सकता है डिजाइन विशेषज्ञता के संदर्भ में, ब्रेनज़ेल बताते हैं, अब लगभग तीन-चौथाई ग्राहक एफडीए अनुमोदन प्राप्त करने में एनपीएक्स की मदद और कौशल का लाभ उठाने के लिए उनकी डिजाइन सेवाओं का उपयोग करते हैं। कंपनी कम समय में "नैपकिन स्केच" अवधारणा को अंतिम रूप में उत्पाद में बदलने में बहुत अच्छी है।
मोशन डायनेमिक्स (फ्रूटपोर्ट, एमआई) कस्टम मिनिएचर स्प्रिंग्स, मेडिकल कॉइल्स और वायर असेंबलियों का निर्माता है, जिसका मिशन ग्राहकों की समस्याओं को हल करना है, चाहे वे कितनी भी जटिल या असंभव क्यों न हों, कम से कम समय में। चिकित्सा उपकरणों में, यह मुख्य रूप से न्यूरोवैस्कुलर सर्जरी के लिए जटिल असेंबलियों पर जोर देता है, जिसमें "पुल वायर" असेंबलियों सहित स्टीयरेबल कैथेटर उपकरणों जैसे अनुप्रयोगों के लिए उच्च गुणवत्ता वाली वायर असेंबलियों का डिजाइन, उत्पादन और संयोजन शामिल है।
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, फाइबर या यूएसपी लेजर का विकल्प इंजीनियरिंग वरीयता के साथ-साथ समर्थित उपकरणों और प्रक्रियाओं के प्रकार का मामला है। मोशन डायनेमिक्स के अध्यक्ष क्रिस विथम ने बताया: "एक ऐसे व्यवसाय मॉडल के आधार पर जो न्यूरोवैस्कुलर उत्पादों पर अत्यधिक केंद्रित है, हम डिजाइन, निष्पादन और सेवा में विभेदित 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, "कठिन" घटकों का निर्माण करने के लिए 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 दो 8 घंटे की शिफ्ट होती हैं, कभी-कभी तीन शिफ्ट भी होती हैं, और 2019 में हमें इस वृद्धि 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 भी जोड़ा एक स्टारफीड लोडर/अनलोडर के साथ ताकि हम काटने को पूरी तरह से स्वचालित कर सकें - ऑपरेटर बस खाली ट्यूब को फीडर में लोड करता है और उत्पाद के लिए सॉफ्टवेयर ऑपरेटिंग प्रोग्राम शुरू होता है।
चित्र 3. इस लचीली स्टेनलेस स्टील डिलीवरी ट्यूब (पेंसिल इरेजर के बगल में दिखाई गई) को मोनाको फेम्टोसेकंड लेजर से काटा गया है।
विथम ने कहा कि हालांकि वे कभी-कभी फ्लैट कटिंग के लिए मशीन का उपयोग करते हैं, लेकिन उनका 95 प्रतिशत से अधिक समय उनके स्टीयरेबल कैथेटर असेंबली, जैसे हाइपोट्यूब, कॉइल और स्पाइरल के लिए बेलनाकार उत्पादों को बनाने या संशोधित करने में व्यतीत होता है, जिसमें प्रोफाइल्ड टिप्स और कट होल काटना शामिल है। इन घटकों का उपयोग अंततः एन्यूरिज्म की मरम्मत और थ्रोम्बस हटाने जैसी प्रक्रियाओं में किया जाता है। इसके लिए स्टेनलेस स्टील, शुद्ध सोना, प्लैटिनम और नितिनोल सहित विभिन्न धातुओं पर लेजर कटर के उपयोग की आवश्यकता होती है।
चित्र 4. मोशन डायनेमिक्स भी लेजर वेल्डिंग का व्यापक रूप से उपयोग करता है। ऊपर, कॉइल को लेजर कट ट्यूब में वेल्डेड किया गया है।
लेजर के विकल्प क्या हैं? विथम ने बताया कि उनके अधिकांश घटकों के लिए उत्कृष्ट एज क्वालिटी और न्यूनतम केर्फ महत्वपूर्ण हैं, इसलिए उन्होंने शुरू में USP लेजर को प्राथमिकता दी। इसके अतिरिक्त, कंपनी द्वारा उपयोग की जाने वाली किसी भी सामग्री को इन लेजर में से किसी एक द्वारा नहीं काटा जा सकता है, जिसमें इसके कुछ उत्पादों में रेडियोपेक मार्कर के रूप में उपयोग किए जाने वाले छोटे सोने के घटक शामिल हैं। लेकिन उन्होंने कहा कि फाइबर लेजर और USP सहित नए हाइब्रिड विकल्प उन्हें गति/एज क्वालिटी 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 फ़ोकस के कारण, इसका मतलब आमतौर पर कुछ प्रकार के पोस्ट-प्रोसेसिंग से है, जैसे कि रासायनिक और अल्ट्रासोनिक सफाई या इलेक्ट्रोपॉलिशिंग। इसलिए हाइब्रिड मशीन होने से हमें यह चुनने की अनुमति मिलती है कि कौन सी समग्र प्रक्रिया - अकेले USP 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 भी तेजी से काटना, फिर बारीक काटने के लिए फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग करना।" उन्हें उम्मीद है कि यूएसपी लेजर उनकी पहली पसंद बनी रहेगी क्योंकि उनके अधिकांश लेजर कट में 4 से 6 हजार के बीच की दीवार की मोटाई शामिल होती है, हालांकि उन्हें 1-20 हजार के बीच की दीवार की मोटाई का सामना करना पड़ता है। स्टेनलेस स्टील पाइप 100 से 150 हजार के बीच होते हैं।
निष्कर्ष रूप में, लेजर कटिंग और ड्रिलिंग विभिन्न चिकित्सा उपकरणों के निर्माण में महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं हैं। आज, कोर लेजर प्रौद्योगिकी में प्रगति और उद्योग की विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए कॉन्फ़िगर की गई अत्यधिक अनुकूलित मशीनों के कारण, इन प्रक्रियाओं का उपयोग करना पहले से कहीं अधिक आसान हो गया है और ये पहले से कहीं बेहतर परिणाम देती हैं।