Ovom web stranicom upravlja jedna ili više tvrtki u vlasništvu Informa PLC i sva su autorska prava u njihovom vlasništvu. Registrirani ured Informa PLC je 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Registrirano u Engleskoj i Walesu. Br.8860726.
Danas se gotovo svo precizno lasersko rezanje metala i nemetala izvodi pomoću alata opremljenih laserima s vlaknima ili laserima s ultrakratkim pulsom (USP), ili ponekad oboje. U ovom ćemo članku objasniti različite prednosti dvaju lasera i vidjeti kako oba proizvođača koriste te lasere. NPX Medical (Plymouth, MN) ugovorna je tvrtka za specijaliziranu obradu koja proizvodi razne uređaje i alate za postavljanje, poput stentova, implantata i fleksibilnih cijevi, koristeći strojeve koji uključuju lasere s vlaknima. Motion Dynamics proizvodi podsklopove, kao što su sklopovi "žice za povlačenje" koji se prvenstveno koriste u neurologiji, koristeći stroj koji uključuje USP femtosekundni laser i jedan od najnovijih hibridnih sustava uključujući femtosekunde i lasere s vlaknima za maksimalnu fleksibilnost i svestranost.
Dugi niz godina većina laserske mikrostrojne obrade izvodila se korištenjem čvrstih nanosekundnih lasera koji se nazivaju DPSS laseri. Međutim, to se sada potpuno promijenilo zahvaljujući razvoju dva potpuno različita, a time i komplementarna tipa lasera. Izvorno razvijeni za telekomunikacije, vlaknasti laseri sazreli su u lasere za obradu materijala u mnogim industrijama, često na valnim duljinama bliskim infracrvenom. Razlozi njegovog uspjeha leže u jednostavnoj arhitekturi i izravna skalabilnost snage. To rezultira laserima koji su kompaktni, vrlo pouzdani i laki za integraciju u specijalizirane strojeve te općenito nude niže troškove vlasništva od starijih tipova lasera. Što je važno za mikrostrojnu obradu, izlazna zraka može se fokusirati u malu, čistu točku promjera samo nekoliko mikrona, tako da su idealni za rezanje, zavarivanje i bušenje visoke rezolucije. Njihovi rezultati su također vrlo fleksibilni i kontrolirani, s brzinom pulsa s u rasponu od jednog udarca do 170 kHz. Uz skalabilnu snagu, ovo podržava brzo rezanje i bušenje.
Međutim, potencijalni nedostatak vlaknastih lasera u mikrostrojnoj obradi je obrada malih značajki i/ili tankih, osjetljivih dijelova. Duga (npr. 50 µs) trajanja impulsa rezultiraju malom količinom zone utjecaja topline (HAZ) kao što je prerađeni materijal i mala hrapavost rubova, što može zahtijevati naknadnu obradu. Srećom, noviji laseri — laseri s ultrakratkim pulsom (USP) s femtosekundnim izlazom mahunarke—eliminirajte problem ZUT-a.
S USP laserima, većina dodatne topline povezane s procesom rezanja ili bušenja odnosi se u izbačene krhotine prije nego što imaju vremena difundirati u okolni materijal. USP laseri s pikosekundnim izlazom već se dugo koriste u aplikacijama mikrostrojne obrade koje uključuju plastiku, poluvodiče, keramiku i određene metale (pikosekunde = 10-12 sekundi). Ali za metalne uređaje sa stupovima veličine ljudske kose, metal' Visoka toplinska vodljivost i mala veličina znače da pikosekundni laseri ne daju uvijek poboljšane rezultate koji bi opravdali povećanu cijenu ranijih USP lasera. To se sada promijenilo pojavom femtosekundnih lasera industrijske razine (femtosekunda = 10-15 sekundi). Primjer je serija lasera Monaco tvrtke Coherent Inc. metali koji se koriste u medicinskim uređajima, uključujući nehrđajući čelik, platinu, zlato, magnezij, kobalt-krom, titan i još mnogo toga, kao i nemetale. Dok kombinacija kratkog trajanja pulsa i niske energije pulsa sprječava toplinsko oštećenje (HAZ), visoka (MHz) stopa ponavljanja osigurava isplative brzine protoka za mnoge medicinske uređaje visoke vrijednosti.
Naravno, gotovo nitko u našoj industriji ne treba samo jedan laser. Umjesto toga, potreban im je stroj temeljen na laseru, a sada postoje mnogi specijalizirani strojevi optimizirani za rezanje i bušenje medicinskih uređaja. Primjer je Coherentova serija StarCut Tube, koja se može koristiti s fiber laserima, femtosekundnim laserima ili kao hibridna verzija koja uključuje obje vrste lasera.
Što znači specijalizacija medicinskih uređaja? Većina ovih uređaja proizvodi se u ograničenim serijama na temelju prilagođenog dizajna. Stoga su fleksibilnost i jednostavnost upotrebe ključna razmatranja. Dok se mnogi uređaji proizvode od trupaca, neke komponente moraju biti precizno strojno izrađene od ravnih trupaca;isti stroj mora podnijeti i jedno i drugo kako bi povećao svoju vrijednost. Ove potrebe obično se zadovoljavaju pružanjem višeosnog CNC kontroliranog (xyz i rotacijskog) gibanja i korisničkog HMI-ja za jednostavno programiranje i kontrolu. U slučaju StarCut Tubea, nova opcija modula za utovar cijevi dolazi s bočnim spremnikom za utovar (nazvan StarFeed) za cijevi do 3 m duljine i razvrstivačem za rezane proizvode, što omogućuje potpuno automatiziranu proizvodnju.
Fleksibilnost procesa ovih strojeva dodatno je poboljšana podrškom za mokro i suho rezanje i lako podesivim mlaznicama za isporuku za procese koji zahtijevaju pomoćni plin. Prostorna rezolucija također je posebno važna za strojnu obradu vrlo malih dijelova, što znači da termomehanička stabilnost eliminira učinke vibracija koji se često susreću u radionicama strojeva. Asortiman StarCut Tube zadovoljava ovu potrebu izgradnjom cijele rezne jedinice s velikim brojem granitnih elemenata.
NPX Medical prilično je novi ugovorni proizvođač koji pruža usluge dizajna, inženjeringa i preciznog laserskog rezanja proizvođačima medicinskih uređaja. Osnovana 2019., tvrtka je izgradila reputaciju u industriji kvalitetnim proizvodima i odzivom, podržavajući širok raspon uređaja uključujući stentove, implantate, stentove ventila i fleksibilne cijevi za dostavu za slične različite kirurške zahvate, uključujući neurovaskularne, srčane, bubrežne, kralježnične, ortopedske intervencije , ginekološka i gastrointestinalna kirurgija. Njegov glavni laserski rezač je StarCut Tube 2+2Â sa StarFiber 320FC s prosječnom snagom od 200 vata. Mike Brenzel, jedan od osnivača NPX-a, objasnio je da "osnivači donose godine iskustva u dizajnu i proizvodnji medicinskih uređaja — više od 90 godina ukupno", s prethodnim iskustvom sa strojevima sličnim StarCut-u koji koriste fiber lasere. Puno našeg rada uključuje Ni. rezanje tinolom i već znamo da vlaknasti laseri mogu pružiti brzinu i kvalitetu koja nam je potrebna. Za uređaje kao što su cijevi s debelim stijenkama i srčani zalisci potrebna nam je brzina, a USP laser može biti prespor za naše potrebe. Osim narudžbi velike količine proizvodnje – specijalizirani smo za male serije dijelova – samo između 5 i 150 komada – naš je cilj dovršiti ove male serije obrta u samo nekoliko dana, uključujući dizajn, programiranje, rezanje, oblikovanje, naknadnu obradu i inspekciju , u usporedbi s tjednima nakon slanja narudžbe za veće tvrtke.” Osim spominjanja brzine, Brenzel je spomenuo pouzdanost stroja kao glavnu prednost, jer nije zahtijevao niti jedan poziv servisu tijekom posljednjih 18 mjeseci gotovo neprekidnog rada.
Slika 2. NPX nudi niz opcija naknadne obrade. Ovdje prikazani materijal je nehrđajući čelik T316 s vanjskim promjerom od 5 mm i debljinom stijenke od 0,254 mm. Lijevi dio je rezan/mikroblastiran, a desni dio je elektropoliran.
Uz nitinolne dijelove, tvrtka također intenzivno koristi legure kobalta i kroma, legure tantala, legure titana i mnoge vrste medicinskih nehrđajućih čelika. Jeff Hansen, voditelj laserske obrade, objašnjava: “Fleksibilnost stroja još je jedna važna prednost, što nam omogućuje podršku za rezanje vrlo raznolikog raspona materijala, uključujući cijevi i ravne.Možemo fokusirati zraku do točke od 20 mikrona, što je korisno za više Tanke cijevi su vrlo korisne.Neke od ovih cijevi imaju samo 0,012 inča unutarnjeg promjera, a visok omjer vršne snage i prosječne snage najnovijih vlaknastih lasera maksimizira našu brzinu rezanja dok još uvijek pruža željenu kvalitetu rubova.Apsolutno nam je potrebna brzina većih proizvoda s vanjskim promjerom do 1 inča.”
Osim preciznog rezanja i brzog odgovora, NPX također nudi cijeli niz tehnologija naknadne obrade, kao i sveobuhvatne usluge dizajna koje iskorištavaju njegovo veliko iskustvo u industriji. Ove tehnike uključuju elektropoliranje, pjeskarenje, dekapiranje, lasersko zavarivanje, toplinsko podešavanje, oblikovanje, pasivizaciju, ispitivanje Af temperature i ispitivanje zamora, a sve su to ključne za izradu Nitinol uređaja. Upotreba naknadne obrade za kontrolu završne obrade rubova, rekao je Brenzel , “obično ovisi o tome govorimo li o primjeni s visokim ili malim zamorom.Na primjer, dio koji se jako zamara kao što je srčani zalistak mogao bi se saviti milijardu puta tijekom svog životnog vijeka kao naknadna obrada Kao korak, važno je koristiti pjeskarenje za povećanje polumjera svih rubova.Ali komponente koje se malo zamaraju kao što su sustavi isporuke ili žice vodilice često ne zahtijevaju opsežnu naknadnu obradu.”Što se tiče stručnosti u dizajnu, objašnjava Brenzel, sada postoji čak tri četvrtine klijenata koji također koriste njihove usluge dizajna kako bi iskoristili NPX-ovu pomoć i vještine u dobivanju odobrenja FDA. Tvrtka je vrlo dobra u pretvaranju koncepta "skice salvete" u proizvod u njegovom konačnom obliku u kratkom vremenskom razdoblju.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) je proizvođač prilagođenih minijaturnih opruga, medicinskih zavojnica i sklopova žice čija je misija rješavanje problema kupaca, bez obzira na to koliko su složeni ili naizgled nemogući, u najkraćem mogućem vremenu. U medicinskim uređajima prvenstveno naglašava složene sklopove za neurovaskularnu kirurgiju, uključujući dizajn, proizvodnju i sastavljanje visokokvalitetnih sklopova žice za aplikacije kao što su upravljivi kateter uređaji, uključujući sklopove "žice za povlačenje".
Kao što je ranije spomenuto, izbor vlakna ili USP lasera stvar je inženjerskih preferencija kao i vrste opreme i podržanih procesa. Chris Witham, predsjednik Motion Dynamicsa, objasnio je: „Na temelju poslovnog modela koji je visoko fokusiran na neurovaskularne proizvode, možemo isporučiti diferencirane rezultate u dizajnu, izvedbi i usluzi.Lasersko rezanje koristimo samo za proizvodnju komponenti koje koristimo unutar tvrtke., za proizvodnju visokovrijednih, "teških" komponenti koje su postale naša specijalnost i reputacija;ne nudimo lasersko rezanje kao ugovornu uslugu.Utvrdili smo da je većinu laserskih rezova koje izvodimo najbolje učiniti s USP laserima, a ja sam godinama koristio StarCut Tube s jednim od ovih lasera.Zbog velike potražnje za našim proizvodima, imamo dvije smjene od 8 sati dnevno, ponekad čak i tri smjene, a 2019. moramo nabaviti još jednu StarCut Tube kako bismo podržali ovaj rast.Ali ovaj smo put odlučili ići s jednim od novih hibridnih modela femtosekundnih USP lasera i fiber lasera.Također smo ga uparili sa StarFeed utovarivačem/istovarivačem kako bismo mogli u potpunosti automatizirati rezanje – operater jednostavno stavi prazninu. Cijev se ubacuje u ulagač i pokreće se softverski operativni program za proizvod.
Slika 3. Ova fleksibilna dovodna cijev od nehrđajućeg čelika (prikazana pored gumice za olovku) izrezana je femtosekundnim laserom Monaco.
Witham dodaje da, iako povremeno koriste stroj za ravno rezanje, više od 95 posto svog vremena troše na stvaranje ili modificiranje cilindričnih proizvoda za svoje upravljive sklopove katetera, naime hipotube, zavojnice i spirale, uključujući rezanje profiliranih vrhova i reznih rupa. Ove se komponente u konačnici koriste u postupcima kao što su popravak aneurizme i uklanjanje tromba. To zahtijeva upotrebu laserskih rezača na raznim metalima uključujući nehrđajući čelik, čisto zlato, platina i nitinol.
Slika 4. Motion Dynamics također intenzivno koristi lasersko zavarivanje. Gore, zavojnica je zavarena na laserski izrezanu cijev.
Koje su opcije lasera? Witham je objasnio da su izvrsna kvaliteta rubova i minimalni zarezi kritični za većinu njihovih komponenti, pa su u početku preferirali USP lasere. Osim toga, nijedan od materijala koje tvrtka koristi ne može se rezati jednim od ovih lasera, uključujući sitne zlatne komponente koje se koriste kao radiokontaktni markeri u nekim od njegovih proizvoda. No dodao je da im nove hibridne opcije, uključujući fiber lasere i USP, daju veću fleksibilnost u optimizaciji problema s brzinom/kvalitetom rubova.” nema sumnje da optička vlakna mogu pružiti veće brzine,” rekao je. “Ali zbog našeg posebnog fokusa na primjenu, to obično znači neku vrstu naknadne obrade, kao što je kemijsko i ultrazvučno čišćenje ili elektropoliranje.Dakle, posjedovanje hibridnog stroja omogućuje nam da odaberemo koji je cjelokupni proces – sam USP ili rukovanje vlaknima i naknadnom obradom – optimalan za svaku komponentu.Omogućuje nam da istražimo mogućnost hibridne strojne obrade iste komponente, posebno kada su uključeni veći promjeri i debljine stijenki: čak i brzo rezanje s fiber laserima, a zatim upotrijebite femtosekundni laser za fino rezanje.”Očekuje da će USP laser ostati njihov prvi izbor jer većina njihovih laserskih rezova uključuje debljine stijenki između 4 i 6 tisuća, iako se susreću s debljinama stijenki u rasponu od 1-20 tisuća.Cijevi od nehrđajućeg čelika između tisuću.
Zaključno, lasersko rezanje i bušenje ključni su procesi u proizvodnji raznih medicinskih uređaja. Danas, zahvaljujući napretku u osnovnoj laserskoj tehnologiji i visoko optimiziranim strojevima konfiguriranim za specifične potrebe industrije, ti se procesi lakše koriste i daju bolje rezultate nego ikad prije.