Šo tīmekļa vietni pārvalda viens vai vairāki Informa PLC piederoši uzņēmumi, un visas autortiesības pieder tiem. Informa PLC juridiskā adrese ir 5 Howick Place, Londona, SW1P 1WG. Reģistrēta Anglijā un Velsā. Nr. 8860726.
Mūsdienās gandrīz visa metālu un nemetālu precīzā lāzergriešana tiek veikta, izmantojot instrumentus, kas aprīkoti ar šķiedru lāzeriem vai īpaši īsu impulsu (USP) lāzeriem, vai dažreiz abiem. Šajā rakstā mēs izskaidrosim abu lāzeru dažādās priekšrocības un apskatīsim, kā abi ražotāji izmanto šos lāzerus. NPX Medical (Plimuta, Minesota) ir līgumuzņēmums ar specializētu apstrādi, kas ražo dažādas ierīces un izvietošanas rīkus, piemēram, stentus, implantus un elastīgas caurules, izmantojot iekārtas, kurās iekļauti šķiedru lāzeri. Motion Dynamics ražo mezglus, piemēram, "vilkšanas stieples" mezglus, ko galvenokārt izmanto neiroloģijā, izmantojot iekārtu, kas ietver USP femtosekundes lāzeru un vienu no jaunākajām hibrīdsistēmām, tostarp femtosekundes un šķiedru lāzerus, lai nodrošinātu maksimālu elastību un daudzpusību.
Daudzus gadus lāzeru mikroapstrāde lielākoties tika veikta, izmantojot cietvielu nanosekundes lāzerus, ko sauc par DPSS lāzeriem. Tomēr tagad tas ir pilnībā mainījies, pateicoties divu pilnīgi atšķirīgu un tāpēc savstarpēji papildinošu lāzeru tipu attīstībai. Sākotnēji izstrādāti telekomunikācijām, šķiedru lāzeri daudzās nozarēs ir kļuvuši par darba zirgu materiālu apstrādes lāzeriem, bieži vien tuvu infrasarkanajiem viļņu garumiem. To panākumu iemesli ir vienkāršā arhitektūra un tiešā jaudas mērogojamība. Tas nodrošina lāzerus, kas ir kompakti, ļoti uzticami un viegli integrējami specializētās iekārtās, un parasti piedāvā zemākas ekspluatācijas izmaksas nekā vecāki lāzeru tipi. Svarīgi mikroapstrādei ir tas, ka izejas staru var fokusēt nelielā, tīrā punktā, kura diametrs ir tikai daži mikroni, tāpēc tie ir ideāli piemēroti augstas izšķirtspējas griešanai, metināšanai un urbšanai. To izejas ir arī ļoti elastīgas un vadāmas, ar impulsu ātrumu no viena impulsa līdz 170 kHz. Līdztekus mērogojamai jaudai tas atbalsta ātru griešanu un urbšanu.
Tomēr šķiedru lāzeru potenciāls trūkums mikroapstrādē ir mazu elementu un/vai plānu, trauslu detaļu apstrāde. Gari (piemēram, 50 µs) impulsu ilgumi rada nelielu daudzumu karstuma ietekmētās zonas (HAZ), piemēram, pārstrādāta materiāla un nelielu malu nelīdzenumu, kam var būt nepieciešama zināma pēcapstrāde. Par laimi, jaunākie lāzeri — īpaši īsu impulsu (USP) lāzeri ar femtosekundes izejas impulsiem — novērš HAZ problēmu.
Izmantojot USP lāzerus, lielākā daļa papildu siltuma, kas saistīts ar griešanas vai urbšanas procesu, tiek aizvadīta ar izmestiem gružiem, pirms tie paspēj izkliedēties apkārtējā materiālā. USP lāzeri ar pikosekundes jaudu jau sen tiek izmantoti mikroapstrādē, kas ietver plastmasu, pusvadītājus, keramiku un noteiktus metālus (pikosekundes = 10–12 sekundes). Taču metāla ierīcēm ar kolonnām cilvēka mata lielumā metāla augstā siltumvadītspēja un mazais izmērs nozīmē, ka pikosekundes lāzeri ne vienmēr nodrošina uzlabotus rezultātus, kas attaisnotu agrāko USP lāzeru paaugstinātās izmaksas. Tagad tas ir mainījies, parādoties rūpnieciskās klases femtosekundes lāzeriem (femtosekunde = 10–15 sekundes). Piemērs ir Coherent Inc. Monaco lāzeru sērija. Tāpat kā šķiedru lāzeriem, to jauda ir tuvā infrasarkanā gaisma, kas nozīmē, ka tie var griezt vai urbt visus metālus, ko izmanto medicīnas ierīcēs, tostarp nerūsējošo tēraudu, platīnu, zeltu, magniju, kobalta-hroma, titānu un citus, kā arī nemetālus. Lai gan īsa impulsa ilguma un zemas impulsa enerģijas kombinācija novērš... termisko bojājumu (HAZ) gadījumā augstais (MHz) atkārtošanās ātrums nodrošina rentablu caurlaides ātrumu daudzām augstas vērtības medicīnas ierīcēm.
Protams, gandrīz nevienam mūsu nozarē nav nepieciešams tikai viens lāzers. Tā vietā viņiem ir nepieciešama lāzera iekārta, un tagad ir pieejamas daudzas specializētas iekārtas, kas ir optimizētas medicīnas ierīču griešanai un urbšanai. Piemērs ir Coherent StarCut Tube sērija, ko var izmantot ar šķiedru lāzeriem, femtosekundes lāzeriem vai kā hibrīda versiju, kurā iekļauti abi lāzeru veidi.
Ko nozīmē medicīnas ierīču specializācija? Lielākā daļa šo ierīču tiek ražotas ierobežotās partijās, pamatojoties uz pielāgotiem dizainiem. Tāpēc galvenie apsvērumi ir elastība un lietošanas ērtums. Lai gan daudzas ierīces tiek ražotas no sagatavēm, dažas sastāvdaļas ir precīzi jāapstrādā no plakanām sagatavēm; vienai un tai pašai iekārtai ir jāapstrādā abi, lai maksimāli palielinātu tās vērtību. Šīs vajadzības parasti tiek apmierinātas, nodrošinot daudzu asu CNC vadītu (xyz un rotācijas) kustību un lietotājam draudzīgu HMI vienkāršai programmēšanai un vadībai. StarCut Tube gadījumā jauna cauruļu ielādes moduļa opcija ir aprīkota ar sānu ielādes magazīnu (sauktu par StarFeed) caurulēm līdz 3 m garumā un šķirotāju grieztiem izstrādājumiem, kas ļauj pilnībā automatizēt ražošanu.
Šo iekārtu procesa elastību vēl vairāk uzlabo atbalsts mitrai un sausai griešanai un viegli regulējamas padeves sprauslas procesiem, kuriem nepieciešama palīggāze. Telpiskā izšķirtspēja ir īpaši svarīga arī ļoti mazu detaļu apstrādei, kas nozīmē, ka termomehāniskā stabilitāte novērš vibrācijas ietekmi, kas bieži rodas mašīndarbnīcās. StarCut Tube klāsts atbilst šai vajadzībai, visu griešanas bloku izgatavojot no liela skaita granīta elementu.
NPX Medical ir samērā jauns līgumražotājs, kas medicīnas ierīču ražotājiem sniedz dizaina, inženierijas un precīzas lāzergriešanas pakalpojumus. Uzņēmums, kas dibināts 2019. gadā, ir izveidojis nozarē reputāciju ar kvalitatīviem produktiem un atsaucību, atbalstot plašu ierīču klāstu, tostarp stentus, implantus, vārstuļu stentus un elastīgas piegādes caurules līdzīgi dažādām ķirurģiskām procedūrām un intervencēm, tostarp neirovaskulārām, sirds, nieru, mugurkaula, ortopēdiskām, ginekoloģiskām un kuņģa-zarnu trakta ķirurģijām. Tā galvenais lāzergriezējs ir StarCut Tube 2+2Â ar StarFiber 320FC ar vidējo jaudu 200 vati. Maiks Brenzels, viens no NPX dibinātājiem, paskaidroja, ka "dibinātājiem ir daudzu gadu pieredze medicīnas ierīču projektēšanā un ražošanā — kopumā vairāk nekā 90 gadi", ar iepriekšēju pieredzi ar StarCut līdzīgām iekārtām, izmantojot šķiedru lāzerus. Liela daļa mūsu darba ir saistīta ar nitinola griešanu, un mēs jau zinām, ka šķiedru lāzeri var nodrošināt nepieciešamo ātrumu un kvalitāti. Tādām ierīcēm kā biezsienu caurules un sirds vārsti mums ir nepieciešams ātrums, un USP lāzers var būt pārāk lēns mūsu vajadzībām. Papildus augstam Apjoma ražošanas pasūtījumi — mēs specializējamies nelielās detaļu partijās — tikai no 5 līdz 150 vienībām —, mūsu mērķis ir pabeigt šīs mazās partijas tikai dažu dienu laikā, ieskaitot projektēšanu, programmēšanu, griešanu, formēšanu, pēcapstrādi un pārbaudi, salīdzinot ar nedēļām pēc pasūtījuma veikšanas lielākiem uzņēmumiem.” Papildus ātruma pieminēšanai Brenzels kā galveno priekšrocību minēja iekārtas uzticamību, jo pēdējo 18 mēnešu laikā gandrīz nepārtrauktas darbības laikā nav bijis nepieciešams neviens servisa izsaukums.
2. attēls. NPX piedāvā dažādas pēcapstrādes iespējas. Šeit attēlotais materiāls ir T316 nerūsējošais tērauds ar 5 mm ārējo diametru un 0,254 mm sienas biezumu. Kreisā daļa ir griezta/apstrādāta ar mikroabrazīvu metodi, bet labā daļa ir elektropulēta.
Papildus nitinola detaļām uzņēmums plaši izmanto arī kobalta-hroma sakausējumus, tantala sakausējumus, titāna sakausējumus un daudzu veidu medicīnisko nerūsējošo tēraudu. Džefs Hansens, lāzerapstrādes vadītājs, skaidro: “Mašīnas elastība ir vēl viens svarīgs ieguvums, kas ļauj mums atbalstīt ļoti dažādu materiālu, tostarp cauruļu un plakanu izstrādājumu, griešanu. Mēs varam fokusēt staru līdz 20 mikronu punktam, kas ir noderīgi vairākām lietām. Plānas caurules ir ļoti noderīgas. Dažu no šīm caurulēm iekšējais diametrs ir tikai 0,012 collas, un jaunāko šķiedru lāzeru augstā maksimālās jaudas un vidējās jaudas attiecība maksimāli palielina mūsu griešanas ātrumu, vienlaikus nodrošinot vēlamo malu kvalitāti. Mums absolūti nepieciešams lielāku izstrādājumu ātrums ar ārējo diametru līdz 1 collai.”
Papildus precīzai griešanai un ātrai reaģēšanai NPX piedāvā arī pilnu pēcapstrādes tehnoloģiju klāstu, kā arī visaptverošus dizaina pakalpojumus, kas izmanto tā plašo pieredzi nozarē. Šīs metodes ietver elektropulēšanu, smilšu strūklu, kodināšanu, lāzera metināšanu, termisko apstrādi, formēšanu, pasivēšanu, Af temperatūras testēšanu un noguruma testēšanu, kas visas ir Nitinol ierīču ražošanas atslēga. Brenzels teica, ka pēcapstrādes izmantošana malu apdares kontrolei "parasti ir atkarīga no tā, vai mēs runājam par augsta vai zema noguruma pielietojumu. Piemēram, augsta noguruma detaļa, piemēram, sirds vārstulis, savas kalpošanas laikā var saliekties miljardu reižu pēcapstrādes rezultātā. Kā solis ir svarīgi izmantot smilšu strūklu, lai palielinātu visu malu rādiusu. Bet zema noguruma komponentiem, piemēram, piegādes sistēmām vai vadotnēm, bieži vien nav nepieciešama plaša pēcapstrāde." Runājot par dizaina kompetenci, Brenzels skaidro, ka tagad pat trīs ceturtdaļas klientu izmanto arī NPX dizaina pakalpojumus, lai gūtu labumu no uzņēmuma palīdzības un prasmēm FDA apstiprinājuma iegūšanā. Uzņēmums ļoti labi prot īsā laikā pārvērst “salvešu skices” koncepciju par produktu tā galīgajā formā.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) ir pielāgotu miniatūru atsperu, medicīnisko spoļu un stiepļu komplektu ražotājs, kura misija ir pēc iespējas īsākā laikā atrisināt klientu problēmas neatkarīgi no to sarežģītības vai šķietami neiespējamības. Medicīnas ierīču jomā tas galvenokārt uzsver sarežģītus mezglus neirovaskulārai ķirurģijai, tostarp augstas kvalitātes stiepļu komplektu projektēšanu, ražošanu un montāžu tādiem lietojumiem kā vadāmas katetru ierīces, tostarp "vilkšanas stieples" mezgli.
Kā jau minēts iepriekš, šķiedru vai USP lāzera izvēle ir atkarīga no inženiertehniskajām vēlmēm, kā arī no atbalstītā aprīkojuma un procesu veida. Kriss Vitems, Motion Dynamics prezidents, paskaidroja: “Pamatojoties uz biznesa modeli, kas ir ļoti vērsts uz neirovaskulāriem produktiem, mēs varam nodrošināt diferencētus rezultātus projektēšanā, izpildē un apkalpošanā. Lāzergriešanu mēs izmantojam tikai to komponentu ražošanai, ko izmantojam savā uzņēmumā, lai ražotu augstas vērtības, “sarežģītus” komponentus, kas ir kļuvuši par mūsu specialitāti un reputāciju; mēs nepiedāvājam lāzergriešanu kā līgumpakalpojumu. Esam atklājuši, ka lielāko daļu lāzergriešanas, ko veicam, vislabāk veikt ar USP lāzeriem, un daudzus gadus es izmantoju StarCut Tube ar vienu no šiem lāzeriem. Sakarā ar lielo pieprasījumu pēc mūsu produktiem, mums ir divas 8 stundu maiņas dienā, dažreiz pat trīs maiņas, un 2019. gadā mums ir jāiegādājas vēl viena StarCut Tube, lai atbalstītu šo izaugsmi. Bet šoreiz mēs nolēmām izvēlēties vienu no jaunajiem femtosekundes USP lāzeru un šķiedru lāzeru hibrīdmodeļiem. Mēs to savienojām arī ar StarFeed iekrāvēju/izkrāvēju, lai mēs varētu pilnībā…” automatizēt griešanu — operatoram vienkārši jāievieto sagatave. Caurule tiek ievietota padevējā, un tiek palaista produkta programmatūras operētājsistēma.
3. attēls. Šī elastīgā nerūsējošā tērauda padeves caurule (attēlā blakus zīmuļa dzēšgumijai) ir sagriezta ar Monako femtosekundes lāzeru.
Vitems piebilst, ka, lai gan viņi laiku pa laikam izmanto iekārtu plakanai griešanai, vairāk nekā 95 procentus sava laika viņi pavada, izveidojot vai modificējot cilindriskus izstrādājumus saviem vadāmajiem katetru komplektiem, proti, hipotubus, spirāļus un spirāles, tostarp griežot profilētus galus un izgriežot caurumus. Šīs sastāvdaļas galu galā tiek izmantotas tādās procedūrās kā aneirismas labošana un trombu noņemšana. Tas prasa lāzergriešanas iekārtu izmantošanu dažādu metālu, tostarp nerūsējošā tērauda, ​​tīra zelta, platīna un nitinola, apstrādei.
4. attēls. Arī Motion Dynamics plaši izmanto lāzermetināšanu. Iepriekš redzamajā attēlā spole ir piemetināta pie ar lāzeru grieztas caurules.
Kādas ir lāzeru iespējas? Vitems paskaidroja, ka lielākajai daļai viņu komponentu ir kritiski svarīga lieliska malu kvalitāte un minimāls griezumu skaits, tāpēc sākotnēji viņi deva priekšroku USP lāzeriem. Turklāt nevienu no uzņēmuma izmantotajiem materiāliem nevar griezt ar šiem lāzeriem, tostarp sīkajiem zelta komponentiem, ko dažos tā produktos izmanto kā radiopakālos marķierus. Taču viņš piebilda, ka jaunās hibrīdās iespējas, tostarp šķiedru lāzeri un USP, sniedz viņiem lielāku elastību ātruma/malu kvalitātes jautājumu optimizēšanā. "Nav šaubu, ka šķiedru optika var nodrošināt lielāku ātrumu," viņš teica. "Taču mūsu īpašās lietojumprogrammas fokusa dēļ tas parasti nozīmē kāda veida pēcapstrādi, piemēram, ķīmisko un ultraskaņas tīrīšanu vai elektropulēšanu. Tāpēc hibrīdmašīna ļauj mums izvēlēties, kurš kopējais process — tikai USP vai šķiedru un pēcapstrādes apstrāde — ir optimāls katrai komponentei. Tas ļauj mums izpētīt vienas un tās pašas detaļas hibrīdapstrādes iespējas, īpaši, ja ir iesaistīti lielāki diametri un sienu biezumi: pat ātra griešana ar šķiedru lāzeriem, pēc tam smalkai griešanai izmantojiet femtosekundes lāzeru." Viņš sagaida, ka USP lāzers joprojām būs viņu pirmā izvēle, jo lielākā daļa viņu lāzergriešanas darbu ietver sienu biezumu no 4 līdz 6 tūkstošiem, lai gan viņi saskaras ar sienu biezumu no 1 līdz 20 tūkstošiem. Nerūsējošā tērauda caurules no 1000 līdz 20 tūkstošiem.
Noslēgumā jāsaka, ka lāzergriešana un urbšana ir galvenie procesi dažādu medicīnas ierīču ražošanā. Mūsdienās, pateicoties progresam kodollāzera tehnoloģijā un ļoti optimizētām iekārtām, kas konfigurētas nozares īpašajām vajadzībām, šie procesi ir vieglāk lietojami un nodrošina labākus rezultātus nekā jebkad agrāk.