Dës Websäit gëtt vun enger oder méi Geschäfter bedriwwen, déi Informa PLC gehéieren, an all Urheberrechter gehéieren hinnen. De registréierte Sëtz vun Informa PLC ass 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Registréiert an England a Wales. Nr. 8860726.
Haut gëtt bal all Präzisiounslaserschneiden vu Metaller an Netmetaller mat Hëllef vun Tools duerchgefouert, déi mat Faserlaser oder Ultrakuerzpulslaser (USP) oder heiansdo béides ausgestatt sinn. An dësem Artikel erkläre mir déi verschidde Virdeeler vun den zwou Lasern a kucken, wéi béid Hiersteller dës Lasern benotzen. NPX Medical (Plymouth, MN) ass eng spezialiséiert Veraarbechtungsfirma fir Kontrakter, déi eng Vielfalt vun Apparater an Asazinstrumenter hierstellt, wéi Stents, Implantater a flexibel Schläich, mat Maschinnen, déi Faserlaser integréieren. Motion Dynamics produzéiert Ënnerbaugruppen, wéi "Pull Wire"-Baugruppen, déi haaptsächlech an der Neurologie benotzt ginn, mat enger Maschinn, déi e USP Femtosekundlaser an ee vun de leschten Hybridsystemer enthält, dorënner Femtosekund- a Faserlaser fir maximal Flexibilitéit a Villfältegkeet.
Zënter ville Joren gouf déi meescht Laser-Mikrobearbechtung mat Festkierper-Nanosekonnenlaser, déi DPSS-Lasere genannt ginn, duerchgefouert. Dëst huet sech awer elo komplett geännert dank der Entwécklung vun zwou komplett verschiddenen, an dofir komplementäre Lasertypen. Ursprénglech fir d'Telekommunikatioun entwéckelt, hunn sech Faserlaser a ville Branchen zu Laser fir d'Materialveraarbechtung entwéckelt, dacks a noen Infrarout-Wellenlängten. D'Grënn fir hiren Erfolleg leien an hirer einfacher Architektur an der einfacher Skalierbarkeet vun der Leeschtung. Dëst resultéiert a Laser, déi kompakt, héich zouverlässeg an einfach an spezialiséiert Maschinnen z'integréieren sinn, a generell méi niddreg Besëtzungskäschte bidden wéi méi al Lasertypen. Wichteg fir d'Mikrobearbechtung ass, datt den Ausgangsstral op eng kleng, propper Plaz vun nëmmen e puer Mikrometer am Duerchmiesser fokusséiert ka ginn, sou datt se ideal fir héichopléisend Schneiden, Schweessen a Bueren sinn. Hir Ausgäng sinn och ganz flexibel a kontrolléierbar, mat Pulsraten, déi vun engem eenzege Schoss bis 170 kHz reechen. Zesumme mat der skalierbarer Leeschtung ënnerstëtzt dëst séier Schneiden a Bueren.
E potenziellen Nodeel vu Faserlaser bei der Mikrobearbeitung ass awer d'Bearbeitung vu klenge Strukturen an/oder dënnen, empfindlechen Deeler. Laang (z.B. 50 µs) Pulsdauer resultéieren an enger klenger Hëtztbeaflosster Zon (HAZ), wéi z.B. nei gegossenem Material, a klenger Kantenrauheet, déi eng Nobearbeitung erfuerderen kann. Glécklecherweis eliminéieren déi nei Laser - Ultrakurzpulslaser (USP) mat Femtosekonnen-Ausgangsimpulser - de HAZ-Problem.
Mat USP-Laseren gëtt déi meescht vun der extra Hëtzt, déi mam Schneid- oder Buerprozess verbonnen ass, an den erausgeworfene Brochstécker ewechgefouert, ier se Zäit huet, sech an dat ëmleiend Material ze diffundéieren. USP-Laseren mat Picosekonden-Ausgab gi laang a Mikrobearbechtungsapplikatioune mat Plastik, Hallefleeder, Keramik a bestëmmte Metaller benotzt (Pikosekonden = 10-12 Sekonnen). Awer fir Metallgeräter mat Säilen an der Gréisst vun engem mënschlechen Hoer bedeit déi héich Wärmeleitfäegkeet an déi kleng Gréisst vum Metall, datt Picosekondenlaseren net ëmmer déi verbessert Resultater liwweren, déi déi erhéicht Käschte vun fréiere USP-Laseren rechtfertegen. Dëst huet sech elo geännert mat der Entwécklung vun industrielle Femtosekondenlaseren (Femtosekonden = 10-15 Sekonnen). E Beispill ass d'Monaco-Serie vu Laseren vu Coherent Inc.. Wéi Faserlaseren ass hir Ausgab no-Infraroutliicht, dat heescht, si kënnen all Metaller schneiden oder bueren, déi a medizineschen Apparater benotzt ginn, dorënner Edelstol, Platin, Gold, Magnesium, Kobalt-Chrom, Titan a méi, souwéi Netmetaller. Wärend d'Kombinatioun vu kuerzer Pulsdauer a niddreger Pulsdauer... Energie verhënnert thermesch Schued (HAZ), déi héich (MHz) Widderhuelungsquote garantéiert käschtegënschteg Duerchgangsgeschwindegkeete fir vill wäertvoll medizinesch Geräter.
Natierlech brauch bal keen an eiser Branche just ee Laser. Amplaz brauche se eng laserbaséiert Maschinn, an et gëtt elo vill spezialiséiert Maschinnen, déi fir d'Schneiden an d'Bueren vu medizineschen Apparater optimiséiert sinn. E Beispill ass d'StarCut Tube Serie vu Coherent, déi mat Faserlaser, Femtosekonnenlaser oder als Hybridversioun benotzt ka ginn, déi béid Lasertypen integréiert.
Wat bedeit d'Spezialisatioun vu medizineschen Apparater? Déi meescht vun dësen Apparater ginn a limitéierten Chargen op Basis vun individuellen Designen produzéiert. Dofir si Flexibilitéit a Benotzerfrëndlechkeet wichteg Iwwerleeungen. Wärend vill Apparater aus Billets hiergestallt ginn, mussen e puer Komponenten präzis aus flaache Billets veraarbecht ginn; déiselwecht Maschinn muss béid handhaben, fir hire Wäert ze maximéieren. Dës Bedierfnesser ginn normalerweis erfëllt andeems eng CNC-gesteiert (xyz a rotéierend) Bewegung mat méi Achsen an en userfrëndlechen HMI fir einfach Programméierung a Kontroll ugebuede gëtt. Am Fall vum StarCut Tube kënnt eng nei Optioun fir d'Röhrebelaaschtung mat engem Säitebelaaschtungsmagazin (genannt StarFeed) fir Réier bis zu 3 m Längt an engem Sortéierer fir geschnidden Produkter, wat eng voll automatiséiert Produktioun erméiglecht.
D'Prozessflexibilitéit vun dëse Maschinnen gëtt weider verbessert duerch d'Ënnerstëtzung fir naass an dréchent Schnëtt a liicht verstellbar Liwwerdüsen fir Prozesser, déi Hëllefsgas erfuerderen. D'Räumlech Opléisung ass och besonnesch wichteg fir d'Bearbechtung vu ganz klenge Stécker, wat bedeit datt d'thermomechanesch Stabilitéit d'Effekter vu Vibratiounen eliminéiert, déi dacks a Maschinnewierker optrieden. D'StarCut Tube Serie erfëllt dëse Besoin andeems se dat ganzt Schnëttdeck mat enger grousser Zuel vu Granitelementer opbaut.
NPX Medical ass e relativ neie Kontrakthersteller, deen Design-, Ingenieurs- a Präzisiounslaserschneidservicer fir Hiersteller vu medizineschen Apparater ubitt. D'Firma gouf 2019 gegrënnt an huet sech an der Industrie e Ruff fir Qualitéitsprodukter a Reaktiounsfäegkeet opgebaut, andeems se eng breet Palette vun Apparater ënnerstëtzt, dorënner Stents, Implantater, Ventilstents a flexibel Liwwerschläich fir ähnlech divers chirurgesch Prozeduren, dorënner neurovaskulär, kardial, nieral, Wirbelsäule-, orthopädesch, gynäkologesch a gastrointestinal Chirurgie. Säin Haaptlaserschneider ass de StarCut Tube 2+2Â mat engem StarFiber 320FC mat enger duerchschnëttlecher Leeschtung vun 200 Watt. De Mike Brenzel, ee vun de Grënner vun NPX, huet erkläert, datt "d'Grënner Joer Erfahrung am Design a bei der Fabrikatioun vu medizineschen Apparater matbréngen - méi wéi 90 Joer am Ganzen", mat fréierer Erfahrung mat StarCut-ähnleche Maschinnen, déi Faserlaser benotzen. Vill vun eiser Aarbecht ëmfaasst Nitinol-Schneiden a mir wëssen schonn, datt Faserlaser déi Geschwindegkeet a Qualitéit liwwere kënnen, déi mir brauchen. Fir Apparater wéi déckwandeg Schläich an Häerzklappen brauche mir Geschwindegkeet, an den USP-Laser kéint ze lues fir eis Bedierfnesser sinn. Zousätzlech zu Produktiounsufträg a grousse Quantitéiten – mir spezialiséiere eis op kleng Chargen vun Deeler – nëmmen tëscht 5 an 150 Stéck – eist Zil ass et, dës kleng Chargen an nëmmen e puer Deeg ofzeschléissen, inklusiv Design, Programméierung, Schnëtt, Formen, Noveraarbechtung an Inspektioun, am Verglach zu de Wochen nodeems eng Bestellung fir méi grouss Firmen gemaach gouf.“ Nieft der Erwähnung vun der Geschwindegkeet huet de Brenzel d'Zouverlässegkeet vun der Maschinn als e groussen Avantage ernimmt, well se an de leschten 18 Méint bal kontinuéierleche Betrib keen eenzege Serviceuruff gebraucht huet.
Figur 2. NPX bitt eng Vielfalt vun Nowbearbechtungsoptiounen. D'Material, dat hei gewisen ass, ass T316 Edelstol mat engem baussenzegen Duerchmiesser vu 5 mm an enger Wanddicke vun 0,254 mm. Den lénksen Deel ass geschnidden/mikrogestraalt an de rietsen Deel ass elektropoléiert.
Nieft Nitinol-Deeler benotzt d'Firma och extensiv Kobalt-Chrom-Legierungen, Tantal-Legierungen, Titan-Legierungen a vill Zorte vu medizineschem Edelstahl. De Jeff Hansen, Laser Processing Manager, erkläert: „D'Flexibilitéit vun de Maschinnen ass en anere wichtege Virdeel, deen et eis erlaabt, d'Schneiden vun enger ganz diverser Palette vu Materialien z'ënnerstëtzen, dorënner Réier- a Flachmaterialien. Mir kënnen de Stral op eng 20-Mikron-Plaz fokusséieren, wat nëtzlech ass fir méi Dënn Réier si ganz nëtzlech. E puer vun dëse Réier hunn nëmmen eng bannenzeg Duerchmiesser vun 0,012 Zoll, an dat héicht Verhältnes vun der Spëtzekraaft zur duerchschnëttlecher Leeschtung vun de leschten Faserlaser maximéiert eis Schnëttgeschwindegkeet a gläichzäiteg gëtt déi gewënschte Schnëttqualitéit geliwwert. Mir brauchen absolut d'Geschwindegkeet vu gréissere Produkter mat engem äusseren Duerchmiesser vu bis zu 1 Zoll.“
Nieft Präzisiounsschneiden a schneller Reaktioun bitt NPX och eng komplett Palette vun Nofveraarbechtungstechnologien, souwéi ëmfaassend Design-Servicer, déi seng extensiv Erfahrung an der Industrie notzen. Dës Technike enthalen Elektropoléieren, Sandstrahlen, Beizen, Laserschweißen, Hëtztfixéierung, Formen, Passivéierung, Af-Temperaturprüfung a Middegkeetstester, déi all Schlëssel fir d'Fabrikatioun vun Nitinol-Apparater sinn. D'Benotzung vun der Nofveraarbechtung fir d'Kantefinish ze kontrolléieren, sot de Brenzel, "hänkt normalerweis dovun of, ob mir vun enger Applikatioun mat héijer oder niddreger Middegkeet schwätzen. Zum Beispill kéint en Deel mat héijer Middegkeet wéi eng Häerzklappe während senger Liewensdauer eng Milliard Mol béien, well eng Nofveraarbechtung als Schrëtt gemaach gëtt. Als Schrëtt ass et wichteg, Sandstrahlen ze benotzen, fir de Radius vun alle Kanten ze erhéijen. Awer Komponenten mat niddreger Middegkeet wéi Liwwersystemer oder Féierungsleitungen erfuerderen dacks keng extensiv Nofveraarbechtung." Wat d'Designexpertise ugeet, erkläert de Brenzel, gëtt et elo souguer bis zu ... Dräi Véirel vun de Clienten notzen och hir Designservicer, fir vun der Hëllef an de Fäegkeeten vun NPX ze profitéieren, fir d'Zoustëmmung vun der FDA ze kréien. D'Firma ass ganz gutt dran, de Konzept vun der "Serviettenskizz" a kuerzer Zäit an e Produkt a senger definitiver Form ëmzewandelen.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) ass e Produzent vu personaliséierte Miniaturfedern, medizinesche Spulen an Drotbaugruppen, deenen hir Missioun et ass, Clientproblemer, egal wéi komplex oder scheinbar onméiglech, an der kuerstméiglecher Zäit ze léisen. Bei medizineschen Apparater konzentréiert sech d'Firma haaptsächlech op komplex Baugruppen fir neurovaskulär Chirurgie, dorënner den Design, d'Produktioun an d'Montage vu qualitativ héichwäertege Drotbaugruppen fir Uwendungen wéi steierbar Katheterapparater, dorënner "Pull-Drot"-Baugruppen.
Wéi scho gesot, ass d'Wiel vu Glasfaser- oder USP-Laser eng Fro vun der Ingenieurspräferenz, souwéi vun der Aart vun Ausrüstung a Prozesser, déi ënnerstëtzt ginn. De Chris Witham, President vu Motion Dynamics, erkläert: „Baséierend op engem Geschäftsmodell, deen sech staark op neurovaskulär Produkter konzentréiert, kënne mir differenzéiert Resultater am Design, der Ausféierung an dem Service liwweren. Mir benotze Laserschneiden nëmme fir d'Komponenten ze produzéieren, déi mir intern benotzen, fir déi héichwäerteg, „schwiereg“ Komponenten ze fabrizéieren, déi eis Spezialitéit a Ruff ginn sinn; mir bidden Laserschneiden net als Kontraktservice un. Mir hunn festgestallt, datt déi meescht Laserschnëtter, déi mir maachen, am beschte mat USP-Laseren duerchgefouert ginn, an ech benotzen zënter ville Joren e StarCut Tube mat engem vun dëse Laseren. Wéinst der staarker Nofro fir eis Produkter hu mir zwou 8-Stonne-Schichten den Dag, heiansdo souguer dräi Schichten, an am Joer 2019 musse mir en anere StarCut Tube kafen, fir dëst Wuesstem z'ënnerstëtzen. Awer dës Kéier hu mir decidéiert, mat engem vun den neien Hybridmodeller vu Femtosekond-USP-Laseren a Glasfaserlaseren ze goen. Mir hunn en och mat engem StarFeed-Ladegerät/Entladegerät kombinéiert, fir datt mir...“ kéint d'Schnëtt komplett automatiséieren - den Operateur leet einfach de Réier derbäi. D'Röhre gëtt an den Zufuhrer gelueden an de Software-Betribsprogramm fir de Produit gëtt gestart.
Figur 3. Dëst flexibelt Liwwerrouer aus Edelstol (nieft engem Radiergummi gewisen) gouf mat engem Monaco-Femtosekonnelaser geschnidden.
De Witham füügt derbäi, datt si d'Maschinn zwar heiansdo fir Flachschneiden benotzen, awer méi wéi 95 Prozent vun hirer Zäit domat verbréngen, zylindresch Produkter fir hir steierbar Katheterbaugruppen, nämlech Hypotuben, Spiralen a Spiralen, ze kreéieren oder ze modifizéieren, dorënner d'Schneiden vu profiléierte Spëtzen a Lächer. Dës Komponenten ginn letztendlech a Prozedure wéi Aneurysmareparatur an Thrombosentfernung benotzt. Dëst erfuerdert d'Benotzung vu Laserschneider op enger Villfalt vu Metaller, dorënner Edelstol, rengt Gold, Platin an Nitinol.
Figur 4. Motion Dynamics benotzt och extensiv Laserschweißen. Uewen ass d'Spull un dat lasergeschniddent Rouer geschweesst ginn.
Wat sinn d'Laseroptiounen? De Witham huet erkläert, datt exzellent Kantenqualitéit a minimal Schnëtt fir déi meescht vun hire Komponenten entscheedend sinn, dofir hunn si ufanks USP-Laseren bevorzugt. Zousätzlech kann kee vun de Materialien, déi d'Firma benotzt, vun engem vun dëse Laser geschnidde ginn, och net déi kleng Goldkomponenten, déi als radiopak Markéierer an e puer vun hire Produkter benotzt ginn. Mä hien huet bäigefüügt, datt nei Hybridoptiounen, dorënner Faserlaser an USPs, hinnen méi Flexibilitéit bei der Optimiséierung vu Geschwindegkeets-/Kantequalitéitsproblemer ginn. „Et gëtt keen Zweiwel datt Faseroptik méi héich Geschwindegkeete ka bidden“, sot hien. „Mä wéinst eisem spezifesche Fokus op Uwendungen bedeit dat normalerweis eng Zort Nowveraarbechtung, wéi chemesch an Ultraschallreinigung oder Elektropoléieren. Also erlaabt eis eng Hybridmaschinn ze wielen, wéi ee Gesamtprozess - USP eleng oder Faser- an Nowveraarbechtungsbehandlung - fir all Komponent optimal ass. Et erlaabt eis d'Méiglechkeet vun der Hybridbearbechtung vun der selwechter Komponent z'ënnersichen, besonnesch wou et ëm méi grouss Duerchmiesser a Wanddicke geet: och séier Schnëtt mat Faserlaser, dann e Femtosekonnenlaser fir Feinschneiden benotzen.“ Hie rechent domat, datt den USP-Laser hir éischt Wiel bleift, well déi meescht vun hire Laserschnëtt Wanddicken tëscht 4 an 6 thou hunn, obwuel si Wanddicken tëscht 1 an 20 thou fannen. Edelstahlrohre tëscht thou.
Schlussendlech sinn Laserschneiden a Bueren Schlësselprozesser bei der Fabrikatioun vu verschiddene medizineschen Apparater. Hautdesdaags, dank Fortschrëtter an der Kärlasertechnologie a staark optiméierte Maschinnen, déi fir déi spezifesch Bedierfnesser vun der Industrie konfiguréiert sinn, sinn dës Prozesser méi einfach ze benotzen a liwweren besser Resultater wéi jee virdrun.