Šią svetainę valdo viena ar kelios „Informa PLC“ priklausančios įmonės, ir visos autorių teisės priklauso joms. „Informa PLC“ registruota buveinė yra 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Registruota Anglijoje ir Velse. Nr. 8860726.
Šiandien beveik visas tikslus metalų ir nemetalų lazerinis pjovimas atliekamas naudojant įrankius su šviesolaidiniais lazeriais arba itin trumpų impulsų (USP) lazeriais, o kartais ir abiem. Šiame straipsnyje paaiškinsime skirtingus dviejų lazerių privalumus ir apžvelgsime, kaip abu gamintojai naudoja šiuos lazerius. „NPX Medical“ (Plimutas, Minesota) yra specializuota pagal sutartį apdirbanti įmonė, gaminanti įvairius prietaisus ir diegimo įrankius, tokius kaip stentai, implantai ir lankstūs vamzdeliai, naudodama mašinas su šviesolaidiniais lazeriais. „Motion Dynamics“ gamina mazgus, tokius kaip „traukimo vielos“ mazgai, daugiausia naudojami neurologijoje, naudodama mašiną su USP femtosekundiniu lazeriu ir viena iš naujausių hibridinių sistemų, įskaitant femtosekundinius ir šviesolaidinius lazerius, siekiant maksimalaus lankstumo ir universalumo.
Daugelį metų lazerinis mikroapdirbimas buvo atliekamas naudojant kietojo kūno nanosekundinius lazerius, vadinamus DPSS lazeriais. Tačiau dabar tai visiškai pasikeitė, nes atsirado du visiškai skirtingi ir todėl vienas kitą papildantys lazerių tipai. Iš pradžių sukurti telekomunikacijoms, šviesolaidiniai lazeriai daugelyje pramonės šakų subrendo ir tapo darbiniais arkliais apdirbant medžiagas, dažnai artimojo infraraudonojo spektro bangos ilgiuose. Jų sėkmės priežastys slypi paprastoje architektūroje ir nesudėtingame galios keitime. Dėl to lazeriai yra kompaktiški, labai patikimi ir lengvai integruojami į specializuotas mašinas, o jų eksploatavimo kaina paprastai yra mažesnė nei senesnių tipų lazerių. Svarbu tai, kad mikroapdirbimui išėjimo spindulį galima sufokusuoti į mažą, švarią, vos kelių mikronų skersmens vietą, todėl jie idealiai tinka didelės skiriamosios gebos pjovimui, suvirinimui ir gręžimui. Jų išvesties signalai taip pat yra labai lankstūs ir valdomi, impulsų dažnis svyruoja nuo vieno smūgio iki 170 kHz. Kartu su keičiamo mastelio galia tai leidžia greitai pjauti ir gręžti.
Tačiau galimas skaidulinių lazerių trūkumas mikroapdirbime yra mažų detalių ir (arba) plonų, trapių detalių apdirbimas. Ilga (pvz., 50 µs) impulsų trukmė lemia nedidelį karščio paveiktos zonos (HAZ) kiekį, pvz., perdirbtos medžiagos ir nedidelį kraštų šiurkštumą, todėl gali prireikti papildomo apdorojimo. Laimei, naujesni lazeriai – ultratrumpų impulsų (USP) lazeriai su femtosekundiniais išėjimo impulsais – pašalina HAZ problemą.
Naudojant USP lazerius, didžioji dalis papildomos šilumos, susijusios su pjovimo ar gręžimo procesu, pašalinama išmetamomis šiukšlėmis, kol ji nespėja pasklisti į aplinkinę medžiagą. USP lazeriai su pikosekundiniu spinduliuote jau seniai naudojami mikroapdirbimo srityje, apimančioje plastikus, puslaidininkius, keramiką ir tam tikrus metalus (pikosekundės = 10–12 sekundžių). Tačiau metaliniams prietaisams su žmogaus plauko dydžio stulpeliais dėl didelio metalo šilumos laidumo ir mažo dydžio pikosekundiniai lazeriai ne visada suteikia geresnių rezultatų, kurie pateisintų ankstesnių USP lazerių didesnę kainą. Dabar tai pasikeitė atsiradus pramoninės klasės femtosekundiniams lazeriams (femtosekundė = 10–15 sekundžių). Pavyzdys yra „Coherent Inc.“ „Monaco“ lazerių serija. Kaip ir skaiduliniai lazeriai, jų spinduliuotė yra artimoji infraraudonoji spinduliuotė, o tai reiškia, kad jie gali pjauti arba gręžti visus medicinos prietaisuose naudojamus metalus, įskaitant nerūdijantį plieną, platiną, auksą, magnį, kobalto-chromo, titaną ir kt., taip pat nemetalus. Nors trumpos impulso trukmės ir mažos impulso energijos derinys neleidžia... terminio pažeidimo (HAZ) atveju didelis (MHz) pasikartojimo dažnis užtikrina ekonomišką daugelio didelės vertės medicinos prietaisų pralaidumo greitį.
Žinoma, beveik niekam mūsų pramonės šakoje nereikia tik vieno lazerio. Vietoj to, jiems reikia lazeriu pagrįsto aparato, ir dabar yra daug specializuotų aparatų, optimizuotų medicinos prietaisų pjovimui ir gręžimui. Pavyzdys yra „Coherent“ „StarCut Tube“ serija, kurią galima naudoti su šviesolaidiniais lazeriais, femtosekundiniais lazeriais arba kaip hibridinę versiją, kurioje sujungti abu lazerių tipai.
Ką reiškia medicinos prietaisų specializacija? Dauguma šių prietaisų gaminami ribotomis partijomis pagal individualius dizainus. Todėl pagrindiniai aspektai yra lankstumas ir naudojimo paprastumas. Nors daugelis prietaisų gaminami iš ruošinių, kai kurie komponentai turi būti tiksliai apdirbti iš plokščių ruošinių; ta pati mašina turi valdyti abu šiuos elementus, kad būtų maksimaliai padidinta jos vertė. Šie poreikiai paprastai patenkinami užtikrinant daugiaašį CNC valdomą (xyz ir sukamąjį) judesį ir patogų naudoti HMI, kad būtų galima paprastai programuoti ir valdyti. „StarCut Tube“ atveju naujas vamzdžių pakrovimo modulis turi šoninio pakrovimo dėtuvę (vadinamą „StarFeed“) iki 3 m ilgio vamzdžiams ir rūšiuotuvą pjaustytiems gaminiams, todėl gamyba yra visiškai automatizuota.
Šių mašinų procesų lankstumą dar labiau padidina šlapio ir sauso pjovimo palaikymas bei lengvai reguliuojami tiekimo antgaliai procesams, kuriems reikalingos pagalbinės dujos. Erdvinė skiriamoji geba taip pat ypač svarbi apdirbant labai mažas detales, o tai reiškia, kad termomechaninis stabilumas pašalina vibracijos, dažnai sutinkamos mechaninių dirbtuvių dirbtuvėse, poveikį. „StarCut Tube“ serija atitinka šį poreikį, nes visą pjovimo agregatą sudaro daugybė granito elementų.
„NPX Medical“ yra gana naujas sutartinis gamintojas, teikiantis medicinos prietaisų gamintojams projektavimo, inžinerijos ir tikslaus lazerinio pjovimo paslaugas. Įkurta 2019 m., bendrovė pelnė pramonės reputaciją dėl kokybiškų produktų ir greito reagavimo, palaikydama platų prietaisų asortimentą, įskaitant stentus, implantus, vožtuvų stentus ir lanksčius tiekimo vamzdelius, skirtus panašiai įvairioms chirurginėms procedūroms ir intervencijoms, įskaitant neurovaskulinę, širdies, inkstų, stuburo, ortopedinę, ginekologinę ir virškinimo trakto chirurgiją. Pagrindinis jos lazerinis pjaustytuvas yra „StarCut Tube 2+2“ su „StarFiber 320FC“, kurio vidutinė galia yra 200 vatų. Mike'as Brenzelis, vienas iš „NPX“ įkūrėjų, paaiškino, kad „įkūrėjai turi ilgametę medicinos prietaisų projektavimo ir gamybos patirtį – iš viso daugiau nei 90 metų“, su ankstesne patirtimi su „StarCut“ tipo įrenginiais, naudojančiais šviesolaidinius lazerius. Didelė dalis mūsų darbo susijusi su nitinolio pjovimu, ir mes jau žinome, kad šviesolaidiniai lazeriai gali užtikrinti mums reikalingą greitį ir kokybę. Tokiems prietaisams kaip storasieniai vamzdeliai ir širdies vožtuvai mums reikia greičio, o USP lazeris gali būti per lėtas mūsų poreikiams. Be didelio... Didelio masto gamybos užsakymai – specializuojamės mažose detalių partijose – tik nuo 5 iki 150 vienetų – mūsų tikslas yra atlikti šias mažas partijas vos per kelias dienas, įskaitant projektavimą, programavimą, pjovimą, formavimą, tolesnį apdorojimą ir patikrinimą, palyginti su savaitėmis po užsakymo pateikimo, kaip didesnėms įmonėms. Be greičio paminėjimo, Brenzel kaip pagrindinį privalumą paminėjo mašinos patikimumą, nes per pastaruosius 18 beveik nepertraukiamo veikimo mėnesių nereikėjo nė vieno aptarnavimo iškvietimo.
2 pav. NPX siūlo įvairias papildomo apdorojimo galimybes. Čia parodyta medžiaga yra T316 nerūdijantis plienas, kurio išorinis skersmuo yra 5 mm, o sienelės storis – 0,254 mm. Kairioji dalis yra pjaustoma / mikroabrazyviniu būdu apdorota, o dešinioji – elektropoliruota.
Be nitinolio detalių, įmonė taip pat plačiai naudoja kobalto-chromo lydinius, tantalo lydinius, titano lydinius ir daugelio rūšių medicininį nerūdijantįjį plieną. Jeffas Hansenas, lazerinio apdorojimo vadovas, aiškina: „Mašinų lankstumas yra dar vienas svarbus privalumas, leidžiantis mums pjauti labai įvairias medžiagas, įskaitant vamzdžius ir plokščius gaminius. Galime sufokusuoti spindulį iki 20 mikronų taško, o tai naudinga daugiau... Ploni vamzdeliai yra labai naudingi. Kai kurių iš šių vamzdelių vidinis skersmuo yra tik 0,012 colio, o didelis naujausių šviesolaidinių lazerių didžiausios galios ir vidutinės galios santykis maksimaliai padidina mūsų pjovimo greitį, tuo pačiu užtikrinant norimą briaunų kokybę. Mums absoliučiai reikia didesnių gaminių, kurių išorinis skersmuo yra iki 1 colio, greičio.“
Be tikslaus pjovimo ir greito reagavimo, NPX taip pat siūlo platų papildomo apdorojimo technologijų spektrą, taip pat išsamias projektavimo paslaugas, kurios pasitelkia didelę patirtį šioje srityje. Šios technikos apima elektropoliravimą, smėliasrovę, ėsdinimą, lazerinį suvirinimą, terminį fiksavimą, formavimą, pasyvavimą, Af temperatūros bandymus ir nuovargio bandymus – visa tai yra pagrindiniai nitinolinių prietaisų gamybos etapai. Brenzel teigė, kad naudojant papildomą apdorojimą kraštų apdailai kontroliuoti „paprastai priklauso nuo to, ar kalbame apie didelio, ar mažo nuovargio taikymą. Pavyzdžiui, didelio nuovargio reikalaujanti detalė, pvz., širdies vožtuvas, per savo eksploatavimo laiką gali sulinkti milijardą kartų. Svarbu naudoti smėliasrovę, kad padidėtų visų kraštų spindulys. Tačiau mažai nuovargio reikalaujantys komponentai, pvz., tiekimo sistemos ar kreipiamosios vielos, dažnai nereikalauja išsamaus papildomo apdorojimo.“ Kalbant apie dizaino kompetenciją, Brenzel paaiškina, kad dabar net trys ketvirtadaliai klientų taip pat naudojasi savo dizaino paslaugomis, kad pasinaudotų NPX pagalba ir įgūdžiais, siekdami FDA patvirtinimo. Įmonė labai gerai moka per trumpą laiką „servetėlių eskizo“ koncepciją paversti galutiniu produktu.
„Motion Dynamics“ (Fruitportas, MI) – tai pagal užsakymą pagamintų miniatiūrinių spyruoklių, medicininių ričių ir vielinių mazgų gamintoja, kurios misija – kuo greičiau išspręsti klientų problemas, kad ir kokios sudėtingos ar, regis, neįmanomos jos būtų. Medicinos prietaisų srityje ji daugiausia dėmesio skiria sudėtingiems neurovaskulinės chirurgijos mazgams, įskaitant aukštos kokybės vielinių mazgų, skirtų tokioms reikmėms kaip valdomieji kateteriai, įskaitant „traukimo vielos“ mazgus, projektavimą, gamybą ir surinkimą.
Kaip minėta anksčiau, skaidulinio arba USP lazerio pasirinkimas priklauso nuo inžinerinių pageidavimų, taip pat nuo palaikomos įrangos tipo ir procesų. Chrisas Withamas, „Motion Dynamics“ prezidentas, paaiškino: „Remdamiesi verslo modeliu, kuris yra labai orientuotas į neurovaskulinius produktus, galime pasiekti diferencijuotus rezultatus projektavimo, vykdymo ir aptarnavimo srityse. Lazerinį pjovimą naudojame tik tiems komponentams gaminti, kuriuos naudojame savo įmonėje, ir didelės vertės, „sunkiems“ komponentams, kurie tapo mūsų specialybe ir reputacija, gaminti; lazerinio pjovimo nesiūlome kaip sutartinės paslaugos. Pastebėjome, kad dauguma mūsų atliekamų lazerinių pjovimų geriausiai atliekami USP lazeriais, ir daugelį metų aš naudoju „StarCut Tube“ su vienu iš šių lazerių. Dėl didelės mūsų produktų paklausos per dieną turime dvi 8 valandų pamainas, kartais net tris, o 2019 m. mums reikia įsigyti dar vieną „StarCut Tube“, kad galėtume paremti šį augimą. Tačiau šį kartą nusprendėme rinktis vieną iš naujų hibridinių femtosekundinių USP lazerių ir skaidulinių lazerių modelių. Taip pat suporavome jį su „StarFeed“ pakrovėju/iškrovėju, kad galėtume visiškai...“ automatizuoti pjovimą – operatorius tiesiog įdeda ruošinį. Vamzdis įdedamas į tiektuvą ir paleidžiama gaminio programinė įranga.
3 pav. Šis lankstus nerūdijančio plieno tiekimo vamzdelis (parodytas šalia pieštuko trintuko) buvo nupjautas „Monaco“ femtosekundiniu lazeriu.
Withamas priduria, kad nors jie retkarčiais naudoja mašiną plokščiam pjovimui, daugiau nei 95 procentus savo laiko praleidžia kurdami arba modifikuodami cilindrinius gaminius, skirtus valdomiems kateterių mazgams, būtent hipotubus, rites ir spirales, įskaitant profiliuotų antgalių pjovimą ir skylių išpjovimą. Šie komponentai galiausiai naudojami tokiose procedūrose kaip aneurizmos atstatymas ir trombų šalinimas. Tam reikia naudoti lazerinius pjaustytuvus įvairiems metalams, įskaitant nerūdijantį plieną, gryną auksą, platiną ir nitinolį.
4 pav. „Motion Dynamics“ taip pat plačiai naudoja lazerinį suvirinimą. Aukščiau pavaizduota, kad ritė privirinta prie lazeriu pjaustyto vamzdžio.
Kokios yra lazerių parinktys? Withamas paaiškino, kad daugumai jų komponentų labai svarbi puiki briaunų kokybė ir minimalus įpjovimų skaičius, todėl iš pradžių jie pirmenybę teikė USP lazeriams. Be to, nė viena iš bendrovės naudojamų medžiagų negali būti pjaustoma šiais lazeriais, įskaitant mažyčius aukso komponentus, naudojamus kaip rentgenokontrastinius žymeklius kai kuriuose jos gaminiuose. Tačiau jis pridūrė, kad naujos hibridinės parinktys, įskaitant šviesolaidinius lazerius ir USP, suteikia jiems daugiau lankstumo optimizuojant greičio ir briaunų kokybės klausimus. „Nėra abejonių, kad šviesolaidiniai lazeriai gali užtikrinti didesnį greitį“, – sakė jis. „Tačiau dėl mūsų konkretaus taikymo dėmesio tai paprastai reiškia tam tikrą papildomą apdorojimą, pavyzdžiui, cheminį ir ultragarsinį valymą arba elektropoliravimą. Taigi, turėdami hibridinę mašiną, galime pasirinkti, kuris bendras procesas – vien USP ar šviesolaidinis lazeris ir papildomas apdorojimas – yra optimalus kiekvienam komponentui. Tai leidžia mums ištirti hibridinio to paties komponento apdirbimo galimybę, ypač kai kalbama apie didesnius skersmenis ir sienelių storius: netgi greitas pjovimas šviesolaidiniais lazeriais, tada femtosekundinis lazeris naudojamas smulkiam pjovimui.“ Jis tikisi, kad USP lazeris išliks jų pirmuoju pasirinkimu, nes dauguma jų lazerinio pjovimo darbų apima 4–6 tūkst. sienelių storį, nors jie susiduria su 1–20 tūkst. nerūdijančio plieno vamzdžių sienelių storiu.
Apibendrinant galima teigti, kad lazerinis pjovimas ir gręžimas yra pagrindiniai įvairių medicinos prietaisų gamybos procesai. Šiandien, dėka pažangos pagrindinių lazerių technologijų srityje ir itin optimizuotų mašinų, sukonfigūruotų konkretiems pramonės poreikiams, šie procesai yra lengviau naudojami ir duoda geresnių rezultatų nei bet kada anksčiau.