Deze website wordt beheerd door een of meer bedrijven die eigendom zijn van Informa PLC en alle auteursrechten zijn eigendom van hen. De statutaire zetel van Informa PLC is 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Geregistreerd in Engeland en Wales. Nr.8860726.
Tegenwoordig wordt bijna al het precisielasersnijden van metalen en niet-metalen uitgevoerd met behulp van gereedschappen die zijn uitgerust met fiberlasers of ultrakorte pulslasers (USP), of soms beide. In dit artikel zullen we de verschillende voordelen van de twee lasers uitleggen en zien hoe beide fabrikanten deze lasers gebruiken. NPX Medical (Plymouth, MN) is een gespecialiseerd contractverwerkingsbedrijf dat een verscheidenheid aan apparaten en implementatietools produceert, zoals stents, implantaten en flexibele slangen, met behulp van machines die fiberlasers bevatten. Motion Dynamics produceert subassemblages, zoals "trekdraad"-assemblages die voornamelijk worden gebruikt in de neurologie, gebruikmakend van een machine met een USP femtoseconde laser en een van de nieuwste hybride systemen, waaronder femtoseconde en fiberlasers voor maximale flexibiliteit en veelzijdigheid.
Jarenlang is de meeste lasermicrobewerking uitgevoerd met behulp van solid-state nanoseconde lasers, DPSS-lasers genaamd. Dit is nu echter volledig veranderd dankzij de ontwikkeling van twee totaal verschillende, en daarom complementaire, lasertypes. Oorspronkelijk ontwikkeld voor telecommunicatie, zijn fiberlasers in veel industrieën uitgegroeid tot werkpaarden voor het verwerken van materialen, vaak op nabij-infraroodgolflengten. De redenen voor het succes liggen in de eenvoudige architectuur en eenvoudige vermogensschaalbaarheid. Dit resulteert in lasers die compact, zeer betrouwbaar en gemakkelijk te integreren zijn in gespecialiseerde machines , en bieden over het algemeen lagere eigendomskosten dan oudere lasertypes. Belangrijk voor microbewerkingen is dat de uitgangsstraal kan worden gefocusseerd op een kleine, schone plek met een diameter van slechts enkele microns, dus ze zijn ideaal voor snijden, lassen en boren met hoge resolutie. Hun outputs zijn ook zeer flexibel en controleerbaar, met pulsfrequenties variërend van single shot tot 170 kHz. Samen met schaalbaar vermogen ondersteunt dit snel snijden en boren.
Een potentieel nadeel van fiberlasers bij microbewerking is echter de bewerking van kleine kenmerken en/of dunne, delicate onderdelen. Lange (bijv. 50 µs) pulsduur resulteert in een kleine hoeveelheid door hitte beïnvloede zone (HAZ), zoals hergegoten materiaal en kleine randruwheid, waarvoor enige nabewerking nodig kan zijn. Gelukkig elimineren nieuwere lasers - ultrakorte puls (USP) lasers met femtoseconde uitgangspulsen - het HAZ-probleem.
Met USP-lasers wordt het grootste deel van de extra warmte die gepaard gaat met het snij- of boorproces afgevoerd in het uitgeworpen puin voordat het tijd heeft om in het omringende materiaal te diffunderen. USP-lasers met picoseconde-output worden al lang gebruikt in microbewerkingstoepassingen met kunststoffen, halfgeleiders, keramiek en bepaalde metalen (picoseconden = 10-12 seconden). leveren altijd de verbeterde resultaten die de hogere kosten van eerdere USP-lasers zouden rechtvaardigen. Dit is nu veranderd met de komst van femtoseconde lasers van industriële kwaliteit (femtoseconde = 10-15 seconden). Een voorbeeld is de Monaco-laserserie van Coherent Inc. Net als fiberlasers is hun output bijna-infrarood licht, wat betekent dat ze alle metalen kunnen snijden of boren die in medische apparaten worden gebruikt, inclusief roestvrij staal, platina, goud, magnesium, kobalt-chroom, titanium en meer, evenals niet-metalen. Terwijl de combinatie van korte pulsduur en lage pulsenergie thermische schade (HAZ) voorkomt, zorgt de hoge (MHz) herhalingsfrequentie voor kosteneffectieve doorvoersnelheden voor veel hoogwaardige medische apparaten.
Natuurlijk heeft bijna niemand in onze branche slechts één laser nodig. In plaats daarvan hebben ze een op laser gebaseerde machine nodig, en er zijn nu veel gespecialiseerde machines die zijn geoptimaliseerd voor het snijden en boren van medische hulpmiddelen. Een voorbeeld is de StarCut Tube-serie van Coherent, die kan worden gebruikt met fiberlasers, femtosecondelasers of als een hybride versie waarin beide lasertypes zijn geïntegreerd.
Wat betekent specialisatie van medische hulpmiddelen? De meeste van deze hulpmiddelen worden geproduceerd in beperkte batches op basis van op maat gemaakte ontwerpen. Daarom zijn flexibiliteit en gebruiksgemak belangrijke overwegingen. Hoewel veel hulpmiddelen worden vervaardigd uit knuppels, moeten sommige componenten nauwkeurig worden vervaardigd uit platte knuppels;dezelfde machine moet beide aankunnen om de waarde ervan te maximaliseren. Aan deze behoeften wordt meestal voldaan door meerassige CNC-gestuurde (xyz en roterende) beweging te bieden en een gebruiksvriendelijke HMI voor eenvoudige programmering en besturing. In het geval van StarCut Tube wordt een nieuwe module voor het laden van buizen geleverd met een zijlaadmagazijn (genaamd StarFeed) voor buizen met een lengte tot 3 m en een sorteerder voor gesneden producten, waardoor een volledig geautomatiseerde productie mogelijk is.
De procesflexibiliteit van deze machines wordt verder verbeterd door ondersteuning voor nat en droog zagen en gemakkelijk instelbare spuitmondstukken voor processen waarbij hulpgas nodig is. Ruimtelijke resolutie is ook bijzonder belangrijk voor het bewerken van zeer kleine onderdelen, wat betekent dat thermomechanische stabiliteit de effecten van trillingen elimineert die vaak voorkomen in machinewerkplaatsen. Het StarCut Tube-assortiment voldoet aan deze behoefte door het volledige maaidek te bouwen met een groot aantal granieten elementen.
NPX Medical is een vrij nieuwe contractfabrikant die ontwerp-, engineering- en precisielasersnijdiensten levert aan fabrikanten van medische apparatuur. Het bedrijf, opgericht in 2019, heeft in de branche een reputatie opgebouwd voor kwaliteitsproducten en reactievermogen, en ondersteunt een breed scala aan apparaten, waaronder stents, implantaten, klepstents en flexibele plaatsingsbuizen voor soortgelijke uiteenlopende chirurgische procedures. Interventies, waaronder neurovasculaire, cardiale, nier-, wervelkolom-, orthopedische, gynaecologische en gastro-intestinale chirurgie. De belangrijkste lasersnijder is de StarCut Tube 2+2 Â met een StarFiber 320FC met een gemiddeld vermogen van 200 watt. Mike Brenzel, een van de oprichters van NPX, legde uit dat "de oprichters jarenlange ervaring hebben met het ontwerpen en produceren van medische hulpmiddelen - meer dan 90 jaar in totaal", met eerdere ervaring met StarCut-achtige machines die fiberlasers gebruiken. Veel van ons werk omvat Nitinol-snijden en we weten al dat fiberlasers de snelheid en kwaliteit kunnen bieden die we nodig hebben. en de USP-laser is mogelijk te traag voor onze behoeften. Naast grote productieorders - we zijn gespecialiseerd in kleine partijen onderdelen - slechts tussen de 5 en 150 stuks - is ons doel om deze kleine reeksen in slechts een paar dagen te voltooien, inclusief ontwerp, programmering, snijden, vormen, nabewerking en inspectie, in vergelijking met de weken nadat een bestelling is geplaatst voor grotere bedrijven. van bijna continu bedrijf.
Afbeelding 2. NPX biedt verschillende nabewerkingsopties. Het hier getoonde materiaal is T316 roestvrij staal met een buitendiameter van 5 mm en een wanddikte van 0,254 mm. Het linkerdeel is gesneden/gemicrostraald en het rechterdeel is elektrolytisch gepolijst.
Naast nitinolonderdelen maakt het bedrijf ook uitgebreid gebruik van kobalt-chroomlegeringen, tantaallegeringen, titaniumlegeringen en vele soorten medisch roestvrij staal. Jeff Hansen, Laser Processing Manager, legt uit: “Machineflexibiliteit is een andere belangrijke troef, waardoor we het snijden van een zeer uiteenlopende reeks materialen, waaronder buis en plat materiaal, kunnen ondersteunen.We kunnen de straal scherpstellen tot een punt van 20 micron, wat handig is voor meer dunne buizen zijn erg handig.Sommige van deze buizen hebben een binnendiameter van slechts 0,012″ en de hoge verhouding tussen piekvermogen en gemiddeld vermogen van de nieuwste fiberlasers maximaliseert onze snijsnelheid en biedt toch de gewenste randkwaliteit.We hebben absoluut de snelheid nodig van grotere producten met een buitendiameter tot 1 inch.”
Naast precisiesnijden en snelle respons biedt NPX ook een volledig assortiment nabewerkingstechnologieën, evenals uitgebreide ontwerpservices die gebruikmaken van zijn uitgebreide ervaring in de industrie. Deze technieken omvatten elektrolytisch polijsten, zandstralen, beitsen, laserlassen, warmte-instelling, vormen, passiveren, Af-temperatuurtesten en vermoeidheidstesten, die allemaal essentieel zijn bij de fabricage van Nitinol-apparaten. atigue of low-vermoeidheidstoepassing.Een onderdeel met hoge vermoeidheid, zoals een hartklep, kan bijvoorbeeld tijdens zijn levensduur een miljard keer buigen als nabewerking. Als stap is het belangrijk om zandstralen te gebruiken om de straal van alle randen te vergroten.Maar componenten die weinig vermoeien, zoals plaatsingssystemen of voerdraden, vereisen vaak geen uitgebreide nabewerking.”In termen van ontwerpexpertise, legt Brenzel uit, zijn er nu maar liefst driekwart van de klanten die ook hun ontwerpdiensten gebruiken om te profiteren van de hulp en vaardigheden van NPX bij het verkrijgen van goedkeuring door de FDA.
Motion Dynamics (Fruitport, MI) is een fabrikant van op maat gemaakte miniatuurveren, medische spoelen en draadassemblages wiens missie het is om klantproblemen, hoe complex of schijnbaar onmogelijk ook, in de kortst mogelijke tijd op te lossen. Bij medische apparaten legt het voornamelijk de nadruk op complexe assemblages voor neurovasculaire chirurgie, inclusief het ontwerp, de productie en assemblage van hoogwaardige draadassemblages voor toepassingen zoals bestuurbare katheterapparaten, inclusief "trekdraad" -assemblages.
Zoals eerder vermeld, is de keuze voor fiber- of USP-laser een kwestie van technische voorkeur en van het type apparatuur en ondersteunde processen. Chris Witham, President van Motion Dynamics, legt uit: “Op basis van een bedrijfsmodel dat sterk gericht is op neurovasculaire producten, kunnen we gedifferentieerde resultaten leveren in ontwerp, uitvoering en service.De onderdelen die we gebruiken gebruiken we alleen lasersnijden om in eigen beheer te produceren., om de hoogwaardige, "moeilijke" componenten te vervaardigen die onze specialiteit en reputatie zijn geworden;wij bieden geen lasersnijden aan als contractservice.We hebben ontdekt dat de meeste lasersneden die we uitvoeren het beste kunnen worden gedaan met USP-lasers, en ik gebruik al vele jaren een StarCut Tube met een van deze lasers.Vanwege de sterke vraag naar onze producten hebben we twee ploegen van 8 uur per dag, soms zelfs drie ploegen, en in 2019 moeten we nog een StarCut Tube aanschaffen om deze groei te ondersteunen.Maar deze keer hebben we besloten om voor een van de nieuwe hybride modellen van femtoseconde USP-lasers en fiberlasers te gaan.We hebben het ook gekoppeld aan een StarFeed-lader/-ontlader, zodat we het snijden volledig konden automatiseren - de operator plaatst gewoon de plano. De buis wordt in de feeder geladen en het softwarebesturingsprogramma voor het product wordt gestart.
Afbeelding 3. Deze flexibele roestvrijstalen leveringsbuis (getoond naast een potloodgum) is gesneden met een Monaco femtoseconde laser.
Witham voegt eraan toe dat hoewel ze de machine af en toe gebruiken voor plat snijden, meer dan 95 procent van hun tijd wordt besteed aan het maken of aanpassen van cilindrische producten voor hun bestuurbare katheterassemblages, namelijk hypotubes, spoelen en spiralen, inclusief het snijden van geprofileerde tips en snijgaten. Deze componenten worden uiteindelijk gebruikt in procedures zoals aneurysmaherstel en trombusverwijdering. Hiervoor is het gebruik van lasersnijders nodig op een verscheidenheid aan metalen, waaronder roestvrij staal, puur goud, platina en nitinol.
Figuur 4. Motion Dynamics maakt ook veel gebruik van laserlassen. Hierboven is de spoel aan de lasergesneden buis gelast.
Wat zijn de laseropties? Witham legde uit dat uitstekende randkwaliteit en minimale kerfs cruciaal zijn voor de meeste van hun componenten, dus gaven ze aanvankelijk de voorkeur aan USP-lasers. Bovendien kan geen van de materialen die het bedrijf gebruikt door een van deze lasers worden gesneden, inclusief de kleine gouden componenten die worden gebruikt als radiopake markeringen in sommige van zijn producten. Maar hij voegde eraan toe dat nieuwe hybride opties, waaronder fiberlasers en USP's, hen meer flexibiliteit bieden bij het optimaliseren van problemen met snelheid/randkwaliteit. "Het lijdt geen twijfel dat glasvezel hogere snelheden kan bieden", zei hij. "Maar vanwege onze specifieke toepassingsfocus betekent dit meestal een vorm van nabewerking, zoals chemische en ultrasone reiniging of elektrolytisch polijsten.Dus met een hybride machine kunnen we kiezen welk algehele proces - alleen USP of verwerking via glasvezel en nabewerking - optimaal is voor elk onderdeel.Het stelt ons in staat om de mogelijkheid te onderzoeken van hybride bewerking van hetzelfde onderdeel, vooral als het om grotere diameters en wanddiktes gaat: zelfs snel snijden met fiberlasers, gebruik dan een femtoseconde laser voor fijn snijden.”Hij verwacht dat de USP-laser hun eerste keuze zal blijven, omdat de meeste van hun lasersneden wanddiktes tussen de 4 en 6 duizend hebben, hoewel ze wanddiktes van 1-20 duizend tegenkomen.RVS buizen tussen thou.
Kortom, lasersnijden en boren zijn sleutelprocessen bij de vervaardiging van verschillende medische apparaten. Dankzij de vooruitgang in de kernlasertechnologie en sterk geoptimaliseerde machines die zijn geconfigureerd voor de specifieke behoeften van de industrie, zijn deze processen tegenwoordig eenvoudiger in gebruik en leveren ze betere resultaten op dan ooit tevoren.