אתר אינטרנט זה מופעל על ידי עסק אחד או יותר בבעלות Informa PLC וכל זכויות היוצרים שייכות להם. המשרד הרשום של Informa PLC הוא 5 Howick Place, London SW1P 1WG. רשומה באנגליה ובוויילס. מספר 8860726.
כיום, כמעט כל חיתוך הלייזר המדויק של מתכות ולא מתכות מתבצע באמצעות כלים המצוידים בלייזרי סיבים או לייזרי פולסים אולטרה-קצרים (USP), או לפעמים בשניהם. במאמר זה, נסביר את היתרונות השונים של שני הלייזרים ונראה כיצד שני היצרנים משתמשים בלייזרים אלה. NPX Medical (פלימות', מינסוטה) היא חברת עיבוד מיוחדת המייצרת מגוון מכשירים וכלי פריסה, כגון סטנטים, שתלים וצינורות גמישים, באמצעות מכונות המשלבות לייזרי סיבים. Motion Dynamics מייצרת תת-הרכבות, כגון מכלולי "חוט משיכה" המשמשים בעיקר בנוירולוגיה, תוך שימוש במכונה הכוללת לייזר פמטו-שנייה USP ואחת המערכות ההיברידיות החדישות ביותר, כולל לייזרי פמטו-שנייה ולייזרי סיבים, לגמישות ורב-תכליתיות מקסימליות.
במשך שנים רבות, רוב עיבוד המיקרו-לייזר בוצע באמצעות לייזרים ננו-שניות במצב מוצק הנקראים לייזרים DPSS. עם זאת, מצב זה השתנה לחלוטין הודות לפיתוח של שני סוגי לייזרים שונים לחלוטין, ולכן משלימים. לייזרים סיבים, שפותחו במקור עבור טלקומוניקציה, התבגרו ללייזרים לעיבוד חומרים סוס עבודה בתעשיות רבות, לעתים קרובות באורכי גל אינפרא אדום קרוב. הסיבות להצלחתם טמונות בארכיטקטורה הפשוטה שלהם ובמדרגיות ההספק הישירה שלהם. התוצאה היא לייזרים קומפקטיים, אמינים ביותר וקלים לשילוב במכונות ייעודיות, ובדרך כלל מציעים עלות בעלות נמוכה יותר מסוגי לייזרים ישנים יותר. חשוב לציין, עבור עיבוד מיקרו, שניתן למקד את קרן הפלט לנקודה קטנה ונקייה בקוטר של כמה מיקרונים בלבד, כך שהם אידיאליים לחיתוך, ריתוך וקידוח ברזולוציה גבוהה. התפוקות שלהם גם גמישות מאוד וניתנות לשליטה, עם קצבי דופק הנעים בין ירייה בודדת ל-170 קילוהרץ. יחד עם הספק ניתן להרחבה, הדבר תומך בחיתוך וקידוח מהירים.
עם זאת, חיסרון פוטנציאלי של לייזרי סיבים במיקרו-עיבוד שבבי הוא עיבוד שבבי של מאפיינים קטנים ו/או חלקים דקים ועדינים. משכי פולסים ארוכים (למשל, 50 מיקרו-שניות) גורמים לכמות קטנה של אזור מושפע חום (HAZ) כגון חומר יצוק מחדש וחספוס קצה קטן, אשר עשוי לדרוש עיבוד לאחר מכן. למרבה המזל, לייזרים חדשים יותר - לייזרי פולסים קצרים במיוחד (USP) עם פולסים של פלט פמטו-שנייה - מבטלים את בעיית ה-HAZ.
עם לייזרי USP, רוב החום הנוסף הקשור לתהליך החיתוך או הקידוח נישא בפסולת הנפלטת לפני שיש לו זמן להתפזר בחומר שמסביב. לייזרי USP עם תפוקת פיקו-שניות משמשים זה מכבר ביישומי מיקרו-עיבוד שבבי הכוללים פלסטיק, מוליכים למחצה, קרמיקה ומתכות מסוימות (פיקו-שניות = 10-12 שניות). אך עבור התקני מתכת עם עמודים בגודל של שערת אדם, המוליכות התרמית הגבוהה של המתכת וגודלה הזעיר גורמים לכך שלייזרי פיקו-שניות לא תמיד מספקים את התוצאות המשופרות שיצדיקו את העלות המוגברת של לייזרי USP קודמים. זה השתנה כעת עם הופעתם של לייזרי פמטו-שניות ברמה תעשייתית (פמטו-שניות = 10-15 שניות). דוגמה לכך היא סדרת הלייזרים מונקו של Coherent Inc.. כמו לייזרי סיבים, הפלט שלהם הוא אור קרוב-אינפרא אדום, מה שאומר שהם יכולים לחתוך או לקדוח את כל המתכות המשמשות במכשירים רפואיים, כולל נירוסטה, פלטינה, זהב, מגנזיום, קובלט-כרום, טיטניום ועוד, כמו גם לא-מתכות. בעוד שהשילוב של משך פולס קצר ופלס נמוך... אנרגיה מונעת נזק תרמי (HAZ), קצב החזרות הגבוה (MHz) מבטיח מהירויות תפוקה חסכוניות עבור מכשירים רפואיים רבים בעלי ערך גבוה.
כמובן, כמעט אף אחד בתעשייה שלנו לא צריך רק לייזר אחד. במקום זאת, הם צריכים מכונה מבוססת לייזר, וכיום ישנן מכונות ייעודיות רבות המותאמות לחיתוך וקידוח של מכשירים רפואיים. דוגמה לכך היא סדרת StarCut Tube של Coherent, שניתן להשתמש בה עם לייזרי סיבים, לייזרי פמטו-שנייה, או כגרסה היברידית המשלבת את שני סוגי הלייזרים.
מה המשמעות של התמחות במכשור רפואי? רוב המכשירים הללו מיוצרים בקבוצות מוגבלות על סמך עיצובים מותאמים אישית. לכן, גמישות וקלות שימוש הן שיקולים מרכזיים. בעוד שמכשירים רבים מיוצרים מבילטים, חלק מהרכיבים חייבים להיות מעובדים במדויק מבילטים שטוחים; אותה מכונה חייבת להתמודד עם שניהם כדי למקסם את ערכה. צרכים אלה בדרך כלל נענים על ידי מתן תנועה מרובת צירים מבוקרת CNC (xyz וסיבובית) ו-HMI ידידותי למשתמש לתכנות ובקרה פשוטים. במקרה של StarCut Tube, מודול טעינת צינורות חדש מגיע עם מחסנית טעינה צדדית (הנקראת StarFeed) עבור צינורות באורך של עד 3 מטר וממיין למוצרים חתוכים, המאפשר ייצור אוטומטי לחלוטין.
גמישות התהליך של מכונות אלו משופרת עוד יותר על ידי תמיכה בחיתוך רטוב ויבש ופיות אספקה ​​מתכווננות בקלות עבור תהליכים הדורשים גז עזר. רזולוציה מרחבית חשובה במיוחד גם לעיבוד שבבי של חלקים קטנים מאוד, מה שאומר שיציבות תרמו-מכנית מבטלת את השפעות הרטט הנפוצות בבתי מלאכה. סדרת StarCut Tube עונה על צורך זה על ידי בניית משטח החיתוך כולו עם מספר רב של אלמנטים מגרניט.
NPX Medical היא יצרנית חוזים חדשה יחסית המספקת שירותי תכנון, הנדסה וחיתוך לייזר מדויק ליצרני מכשור רפואי. החברה, שנוסדה בשנת 2019, בנתה לעצמה מוניטין בתעשייה בזכות מוצרים איכותיים ותגובתיות, ותומכת במגוון רחב של מכשירים, כולל סטנטים, שתלים, סטנטים למסתמים וצינורות גמישים להליכים כירורגיים מגוונים דומים, כולל ניתוחים נוירווסקולריים, לבביים, כליות, עמוד שדרה, אורתופדיים, גינקולוגיים ומערכת העיכול. חותך הלייזר העיקרי שלה הוא StarCut Tube 2+2 עם StarFiber 320FC בהספק ממוצע של 200 וואט. מייק ברנזל, אחד ממייסדי NPX, הסביר כי "המייסדים מביאים שנות ניסיון בתכנון וייצור מכשור רפואי - יותר מ-90 שנה בסך הכל", עם ניסיון קודם עם מכונות דמויות StarCut המשתמשות בלייזרי סיבים. חלק ניכר מהעבודה שלנו כולל חיתוך ניטינול ואנחנו כבר יודעים שליזרי סיבים יכולים לספק את המהירות והאיכות שאנחנו צריכים. עבור מכשירים כמו צינורות עבי דופן ומסתמי לב, אנחנו צריכים מהירות, ולייזר USP עשוי להיות איטי מדי עבור הצרכים שלנו. בנוסף ל... הזמנות ייצור בנפח גבוה - אנו מתמחים באצוות קטנות של חלקים - בין 5 ל-150 חלקים בלבד - המטרה שלנו היא להשלים את תהליכי הייצור הקטנים הללו תוך מספר ימים בלבד, כולל תכנון, תכנות, חיתוך, עיצוב, עיבוד לאחר ובדיקה, בהשוואה לשבועות לאחר ביצוע הזמנה עבור חברות גדולות יותר." בנוסף לאזכור המהירות, ברנזל הזכיר את אמינות המכונה כיתרון עיקרי, בכך שלא נדרשה קריאה אחת לשירות במהלך 18 החודשים האחרונים של פעולה כמעט רציפה.
איור 2. NPX מציעה מגוון אפשרויות לעיבוד לאחר העיבוד. החומר המוצג כאן הוא פלדת אל-חלד T316 עם קוטר חיצוני של 5 מ"מ ועובי דופן של 0.254 מ"מ. החלק השמאלי חתוך/מיקרו-התזה והחלק הימני עבר ליטוש אלקטרופולישי.
בנוסף לחלקי ניטינול, החברה עושה שימוש נרחב גם בסגסוגות קובלט-כרום, סגסוגות טנטלום, סגסוגות טיטניום וסוגים רבים של פלדות אל חלד רפואיות. ג'ף הנסן, מנהל עיבוד לייזר, מסביר: "גמישות המכונה היא נכס חשוב נוסף, המאפשר לנו לתמוך בחיתוך של מגוון רחב מאוד של חומרים, כולל צינורות וחומרים שטוחים. אנו יכולים למקד את הקרן עד לנקודה של 20 מיקרון, דבר שימושי עבור יותר... צינורות דקים שימושיים מאוד. חלק מהצינורות הללו הם בעלי קוטר פנימי של 0.012 אינץ' בלבד, והיחס הגבוה בין עוצמת שיא לעוצמה ממוצעת של לייזרי הסיבים החדישים ביותר ממקסם את מהירות החיתוך שלנו תוך מתן איכות הקצה הרצויה. אנו בהחלט זקוקים למהירות של מוצרים גדולים יותר בקוטר חיצוני של עד אינץ' אחד."
בנוסף לחיתוך מדויק ותגובה מהירה, NPX מציעה גם מגוון מלא של טכנולוגיות עיבוד לאחר הניתוח, כמו גם שירותי עיצוב מקיפים הממנפים את ניסיונה הרב בתעשייה. טכניקות אלו כוללות ליטוש אלקטרופוליש, התזת חול, כבישה, ריתוך בלייזר, קיבוע בחום, עיצוב, פסיבציה, בדיקות טמפרטורת אפקט אפקט ובדיקות עייפות, שכולן המפתח לייצור מכשירי ניטינול. השימוש בעיבוד לאחר הניתוח כדי לשלוט בגימור הקצה, אמר ברנזל, "תלוי בדרך כלל אם אנחנו מדברים על יישום בעל עייפות גבוהה או נמוכה. לדוגמה, חלק בעל עייפות גבוהה כמו מסתם לב עשוי להתכופף מיליארד פעמים במהלך חייו כעיבוד לאחר הניתוח. כשלב, חשוב להשתמש בהתזת חול כדי להגדיל את הרדיוס של כל הקצוות. אבל רכיבים בעלי עייפות נמוכה כמו מערכות אספקה ​​או חוטי הנחיה לרוב אינם דורשים עיבוד לאחר הניתוח." מבחינת מומחיות בעיצוב, ברנזל מסביר, כיום ישנם עד שלושה רבעים מהלקוחות המשתמשים בשירותי העיצוב שלהם כדי לנצל את העזרה והכישורים של NPX בקבלת אישור ה-FDA. החברה טובה מאוד בהפיכת קונספט "סקיצת מפיות" למוצר בצורתו הסופית תוך פרק זמן קצר.
Motion Dynamics (פרוטפורט, מישיגן) היא יצרנית של קפיצים מיניאטוריים בהתאמה אישית, סלילים רפואיים ומכלולי חוטים, שתפקידה לפתור בעיות של לקוחות, לא משנה כמה מורכבות או לכאורה בלתי אפשריות, בזמן הקצר ביותר האפשרי. בתחום המכשור הרפואי, היא מדגישה בעיקר מכלולים מורכבים לניתוחים נוירווסקולריים, כולל תכנון, ייצור והרכבה של מכלולי חוטים איכותיים עבור יישומים כגון התקני קטטר הניתנים להיגוי, כולל מכלולי "חוט משיכה".
כפי שצוין קודם לכן, הבחירה בלייזר סיב או USP היא עניין של העדפה הנדסית, כמו גם סוג הציוד והתהליכים הנתמכים. כריס וויטהאם, נשיא Motion Dynamics, הסביר: "בהתבסס על מודל עסקי המתמקד מאוד במוצרים נוירו-וסקולריים, אנו יכולים לספק תוצאות מובחנות בתכנון, ביצוע ושירות. אנו משתמשים בחיתוך לייזר רק כדי לייצר את הרכיבים בהם אנו משתמשים באופן עצמאי, כדי לייצר את הרכיבים בעלי הערך הגבוה וה"קשים" שהפכו למומחיות ולמוניטין שלנו; איננו מציעים חיתוך לייזר כשירות קבלני. גילינו שרוב חיתוך הלייזר שאנו מבצעים נעשים בצורה הטובה ביותר עם לייזרי USP, ובמשך שנים רבות אני משתמש ב-StarCut Tube עם אחד מהלייזרים הללו. עקב הביקוש החזק למוצרים שלנו, יש לנו שתי משמרות של 8 שעות ביום, לפעמים אפילו שלוש משמרות, ובשנת 2019 עלינו לרכוש StarCut Tube נוסף כדי לתמוך בצמיחה זו. אבל הפעם, החלטנו ללכת על אחד הדגמים ההיברידיים החדשים של לייזרי USP פמטו-שנייה ולייזרי סיבים. שילבנו אותו גם עם טוען/פורק StarFeed כך ש..." יכול להפוך את החיתוך לאוטומטי לחלוטין - המפעיל פשוט מכניס את החלק הריק. הצינור נטען לתוך המזין ותוכנת ההפעלה של המוצר מופעלת.
איור 3. צינור אספקה ​​גמיש זה מפלדת אל-חלד (מוצג ליד מחק עיפרון) נחתך באמצעות לייזר פמטו-שנייה של מונקו.
ויטהאם מוסיף כי בעוד שהם משתמשים מדי פעם במכונה לחיתוך שטוח, יותר מ-95 אחוז מזמנם מוקדש ליצירה או שינוי של מוצרים גליליים עבור מכלולי הקטטר הניתנים להיגוי שלהם, כלומר היפוטובים, סלילים וספירלות, כולל חיתוך קצוות פרופיליים וחורים חתוכים. רכיבים אלה משמשים בסופו של דבר בהליכים כגון תיקון מפרצת והסרת תרומבוס. זה דורש שימוש בחותכי לייזר על מגוון מתכות, כולל נירוסטה, זהב טהור, פלטינה וניטין.
איור 4. Motion Dynamics משתמשת גם בריתוך לייזר באופן נרחב. למעלה, הסליל מרותך לצינור החתוך בלייזר.
מהן אפשרויות הלייזר? ווית'ם הסביר שאיכות קצה מעולה וחריצים מינימליים הם קריטיים עבור רוב הרכיבים שלהם, ולכן הם העדיפו בתחילה לייזרים של USP. בנוסף, אף אחד מהחומרים שהחברה משתמשת בהם לא ניתן לחתוך על ידי אחד מהלייזרים הללו, כולל רכיבי הזהב הזעירים המשמשים כסמנים אטומים לרדיואקציה בחלק ממוצריה. אך הוא הוסיף כי אפשרויות היברידיות חדשות, כולל לייזרי סיבים ו-USP, מעניקות להם גמישות רבה יותר באופטימיזציה של בעיות מהירות/איכות קצה. "אין ספק שסיבים אופטיים יכולים לספק מהירויות גבוהות יותר", אמר. "אבל בגלל המיקוד היישום הספציפי שלנו, זה בדרך כלל אומר סוג כלשהו של עיבוד לאחר מכן, כגון ניקוי כימי ואולטרסאונד או אלקטרופוליש. לכן, מכונה היברידית מאפשרת לנו לבחור איזה תהליך כולל - USP בלבד או טיפול בסיבים ועיבוד לאחר מכן - אופטימלי עבור כל רכיב. זה מאפשר לנו לבחון את האפשרות של עיבוד היברידי של אותו רכיב, במיוחד כאשר מדובר בקטרים ​​ועובי דופן גדולים יותר: אפילו חיתוך מהיר עם לייזרי סיבים, ואז להשתמש בלייזר פמטו-שנייה לחיתוך עדין." הוא מצפה שליזר USP יישאר הבחירה הראשונה שלהם מכיוון שרוב חיתוכי הלייזר שלהם כוללים עובי דופן בין 4 ל-6 אלף דולר, למרות שהם נתקלים בעובי דופן הנע בין 1 ל-20 אלף דולר. צינורות נירוסטה בין אלף דולר.
לסיכום, חיתוך וקידוח בלייזר הם תהליכים מרכזיים בייצור של מכשירים רפואיים שונים. כיום, הודות להתקדמות בטכנולוגיית הלייזר המרכזית ומכונות אופטימליות ביותר שתצורתן מוגדרת לצרכים הספציפיים של התעשייה, תהליכים אלה קלים יותר לשימוש ומספקים תוצאות טובות יותר מאי פעם.