Этот веб-сайт управляется одним или несколькими предприятиями, принадлежащими Informa PLC, и все авторские права принадлежат им. Зарегистрированный офис Informa PLC: 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Зарегистрировано в Англии и Уэльсе. No.8860726.
Сегодня почти вся прецизионная лазерная резка металлов и неметаллов выполняется с использованием инструментов, оснащенных волоконными лазерами или лазерами ультракоротких импульсов (USP), а иногда и теми и другими. В этой статье мы объясним различные преимущества двух лазеров и посмотрим, как оба производителя используют эти лазеры. узлы, такие как узлы «вытяжной проволоки», которые в основном используются в неврологии, с использованием машины, включающей фемтосекундный лазер USP и одну из новейших гибридных систем, включающую фемтосекундный и волоконный лазеры для максимальной гибкости и универсальности.
В течение многих лет большая часть лазерной микрообработки выполнялась с использованием твердотельных наносекундных лазеров, называемых DPSS-лазерами. Однако теперь это полностью изменилось благодаря разработке двух совершенно разных и, следовательно, взаимодополняющих типов лазеров. Первоначально разработанные для телекоммуникаций, волоконные лазеры превратились в лазеры для обработки материалов во многих отраслях промышленности, часто в ближнем инфракрасном диапазоне. Причины их успеха кроются в простой архитектуре и прямом масштабировании мощности. для интеграции в специализированные станки и, как правило, предлагают более низкую стоимость владения, чем старые типы лазеров. Что важно для микрообработки, выходной луч может быть сфокусирован в маленькое чистое пятно диаметром всего несколько микрон, поэтому они идеально подходят для резки, сварки и сверления с высоким разрешением. Их выходы также очень гибкие и управляемые, с частотой импульсов в диапазоне от одиночного импульса до 170 кГц. Наряду с масштабируемой мощностью это поддерживает быструю резку и сверление.
Однако потенциальным недостатком волоконных лазеров в микрообработке является обработка мелких деталей и/или тонких, хрупких деталей. Длинные импульсы (например, 50 мкс) приводят к небольшому количеству зоны термического влияния (ЗТВ), такой как повторно отлитый материал, и небольшой шероховатости краев, что может потребовать некоторой последующей обработки. К счастью, более новые лазеры - лазеры ультракоротких импульсов (УКИ) с фемтосекундными выходными импульсами - устраняют проблему ЗТВ.
В лазерах USP большая часть дополнительного тепла, связанного с процессом резки или сверления, уносится в выбрасываемом мусоре, прежде чем оно успевает диффундировать в окружающий материал. Лазеры USP с пикосекундным выходом уже давно используются в приложениях микрообработки, включая пластмассы, полупроводники, керамику и некоторые металлы (пикосекунды = 10-12 секунд). Но для металлических устройств со столбиками размером с человеческий волос высокая теплопроводность металла и крошечный размер означают, что пикосекундные лазеры не всегда обеспечивают улучшенные результаты, которые оправдали бы повышенную стоимость более ранних лазеров USP. Теперь это изменилось с появлением фемтосекундных лазеров промышленного класса (фемтосекунда = 10-15 секунд). Примером может служить серия лазеров Coherent Inc. Monaco. металлы. В то время как сочетание короткой длительности импульса и низкой энергии импульса предотвращает тепловое повреждение (HAZ), высокая частота повторения (МГц) обеспечивает рентабельную пропускную способность для многих дорогостоящих медицинских устройств.
Конечно, почти никому в нашей отрасли не нужен только один лазер. Вместо этого им нужен лазерный станок, и в настоящее время существует множество специализированных станков, оптимизированных для резки и сверления медицинских устройств. Примером может служить серия Coherent StarCut Tube, которая может использоваться с волоконными лазерами, фемтосекундными лазерами или в качестве гибридной версии, включающей оба типа лазера.
Что означает специализация медицинских устройств? Большинство этих устройств производятся ограниченными партиями на основе нестандартных конструкций. Таким образом, гибкость и простота использования являются ключевыми факторами.одна и та же машина должна обрабатывать и то, и другое, чтобы максимизировать свою ценность. Эти потребности обычно удовлетворяются за счет многоосевого управления движением с ЧПУ (xyz и вращательного движения) и удобного для пользователя ЧМИ для простого программирования и управления.
Технологическая гибкость этих станков дополнительно повышается благодаря поддержке мокрой и сухой резки и легко регулируемым нагнетательным соплам для процессов, требующих вспомогательного газа. Пространственное разрешение также особенно важно для обработки очень мелких деталей, а это означает, что термомеханическая стабильность устраняет эффекты вибрации, часто встречающиеся в механических мастерских. Ассортимент StarCut Tube удовлетворяет эту потребность, создавая всю режущую деку с большим количеством гранитных элементов.
NPX Medical — относительно новый контрактный производитель, предоставляющий производителям медицинского оборудования услуги по проектированию, инжинирингу и прецизионной лазерной резке. Основанная в 2019 году, компания заработала репутацию в отрасли благодаря качественной продукции и быстрому реагированию, поддерживая широкий спектр устройств, включая стенты, имплантаты, клапанные стенты и гибкие доставочные трубки для аналогичных разнообразных хирургических вмешательств, включая нервно-сосудистые, кардиологические, почечные, позвоночные, ортопедические, гинекологические и желудочно-кишечные операции. Ее основным лазерным резаком является StarCut Tube 2. +2Â с помощью StarFiber 320FC со средней мощностью 200 Вт. Майк Брензел, один из основателей NPX, объяснил, что «основатели привнесли многолетний опыт проектирования и производства медицинских устройств — в общей сложности более 90 лет», с предыдущим опытом работы с машинами, подобными StarCut, с использованием волоконных лазеров. Большая часть нашей работы связана с резкой нитинола, и мы уже знаем, что волоконные лазеры могут обеспечить необходимую скорость и качество. Для таких устройств, как толстостенные трубки и сердечные клапаны, нам нужна скорость, а лазер USP может быть слишком медленным для наших нужд. В дополнение к крупномасштабным производственным заказам — мы специализируемся на небольших партиях деталей — всего от 5 до 150 штук — наша цель — выполнить эти мелкие партии всего за несколько дней, включая проектирование, программирование, резку, формование, постобработку и контроль, по сравнению с несколькими неделями после размещения заказа для более крупных компаний». 18 месяцев почти непрерывной работы.
Рис. 2. NPX предлагает различные варианты постобработки. Показанный здесь материал — нержавеющая сталь T316 с наружным диаметром 5 мм и толщиной стенки 0,254 мм. Левая часть обработана микроструйной обработкой, правая — электрополировкой.
В дополнение к деталям из нитинола компания также широко использует кобальт-хромовые сплавы, танталовые сплавы, титановые сплавы и многие виды медицинской нержавеющей стали.Мы можем сфокусировать луч до 20-микронного пятна, что полезно для большего количества тонких трубок, которые очень полезны.Некоторые из этих трубок имеют внутренний диаметр всего 0,012″, а высокое отношение пиковой мощности к средней мощности новейших волоконных лазеров максимально увеличивает скорость резки, обеспечивая при этом желаемое качество кромки.Нам абсолютно необходима скорость более крупных продуктов с внешним диаметром до 1 дюйма».
В дополнение к прецизионной резке и быстрому реагированию, NPX также предлагает полный спектр технологий постобработки, а также комплексные услуги по проектированию, основанные на ее обширном опыте в отрасли. Эти методы включают электрополировку, пескоструйную обработку, травление, лазерную сварку, термофиксацию, формование, пассивирование, температурные испытания Af и испытания на усталость, все из которых являются ключевыми для изготовления нитиноловых устройств. усталость или малоусталость применения.Например, деталь с высокой усталостью, такая как сердечный клапан, может согнуться миллиард раз за свой срок службы в результате постобработки. В качестве шага важно использовать пескоструйную очистку для увеличения радиуса всех краев.Но компоненты с низкой утомляемостью, такие как системы доставки или проводники, часто не требуют обширной последующей обработки».С точки зрения опыта проектирования, объясняет Брензел, в настоящее время целых три четверти клиентов также пользуются их дизайнерскими услугами, чтобы воспользоваться помощью и навыками NPX в получении одобрения FDA. Компания очень хорошо умеет превращать концепцию «наброска на салфетке» в продукт в его окончательной форме за короткий период времени.
Motion Dynamics (Фрутпорт, Мичиган) — производитель изготовленных на заказ миниатюрных пружин, медицинских катушек и проволочных сборок, задача которого — решать проблемы клиентов, какими бы сложными или кажущимися невозможными они ни были, в кратчайшие сроки. В медицинских устройствах компания в первую очередь делает упор на сложные сборки для нейроваскулярной хирургии, включая проектирование, производство и сборку высококачественных проволочных сборок для таких приложений, как управляемые катетерные устройства, в том числе «вытяжные» сборки.
Как упоминалось ранее, выбор волоконного или USP-лазера зависит от инженерных предпочтений, а также от типа оборудования и поддерживаемых процессов. Крис Уитхэм, президент Motion Dynamics, пояснил: «Основываясь на бизнес-модели, которая в значительной степени ориентирована на нейроваскулярные продукты, мы можем обеспечить дифференцированные результаты в дизайне, исполнении и обслуживании.Мы используем только лазерную резку для производства компонентов, которые используем сами., для производства дорогих, «сложных» компонентов, которые стали нашей специальностью и репутацией;мы не предлагаем лазерную резку в качестве контрактной услуги.Мы обнаружили, что большинство лазерных разрезов, которые мы выполняем, лучше всего выполнять с помощью лазеров USP, и в течение многих лет я использую трубку StarCut с одним из этих лазеров.Из-за высокого спроса на нашу продукцию у нас есть две смены по 8 часов в день, иногда даже три смены, и в 2019 году нам необходимо приобрести еще одну трубу StarCut, чтобы поддержать этот рост.Но на этот раз мы решили использовать одну из новых гибридных моделей фемтосекундных УКИ-лазеров и волоконных лазеров.Мы также объединили его с загрузчиком/разгрузчиком StarFeed, чтобы мы могли полностью автоматизировать резку – оператор просто вставляет заготовку. Труба загружается в устройство подачи, и запускается программное обеспечение для продукта.
Рисунок 3. Эта гибкая трубка доставки из нержавеющей стали (показана рядом с ластиком для карандашей) была вырезана фемтосекундным лазером Monaco.
Уитэм добавляет, что, хотя они иногда используют машину для плоской резки, более 95 процентов их времени тратится на создание или модификацию цилиндрических изделий для своих управляемых катетерных узлов, а именно гипотрубок, катушек и спиралей, включая вырезание профилированных наконечников и вырезание отверстий. Эти компоненты в конечном итоге используются в таких процедурах, как восстановление аневризмы и удаление тромба. Это требует использования лазерных резаков для различных металлов, включая нержавеющую сталь, чистое золото, платину и нитинол.
Рис. 4. Motion Dynamics также широко использует лазерную сварку. Выше показана катушка, приваренная к трубе, вырезанной лазером.
Каковы варианты лазера? Уитхэм объяснил, что отличное качество кромки и минимальные пропилы имеют решающее значение для большинства их компонентов, поэтому они изначально предпочли лазеры USP. Кроме того, ни один из материалов, которые использует компания, не может быть разрезан одним из этих лазеров, включая крошечные золотые компоненты, используемые в качестве рентгеноконтрастных маркеров в некоторых из ее продуктов. », — сказал он. «Но из-за нашей конкретной прикладной направленности это обычно означает некоторый тип постобработки, такой как химическая и ультразвуковая очистка или электрополировка.Таким образом, наличие гибридной машины позволяет нам выбирать, какой общий процесс — только USP или волокно и постобработка — оптимален для каждого компонента.Это позволяет нам изучить возможность гибридной обработки одного и того же компонента, особенно там, где речь идет о больших диаметрах и толщине стенок: даже быстрая резка с помощью волоконных лазеров, а затем использование фемтосекундного лазера для точной резки».Он ожидает, что лазер USP останется их предпочтительным выбором, потому что большинство их лазерных резов имеют толщину стенок от 4 до 6 тысяч, хотя они сталкиваются с толщиной стенок в диапазоне от 1 до 20 тысяч.Трубы из нержавеющей стали между тыс.
В заключение можно сказать, что лазерная резка и сверление являются ключевыми процессами в производстве различных медицинских устройств. Сегодня, благодаря достижениям в области базовой лазерной технологии и высокооптимизированным машинам, настроенным для конкретных потребностей отрасли, эти процессы проще в использовании и дают лучшие результаты, чем когда-либо прежде.