Bu web sitesi Informa PLC'ye ait bir veya daha fazla işletme tarafından işletilmektedir ve tüm telif hakları onlara aittir. Informa PLC'nin kayıtlı ofisi 5 Howick Place, Londra SW1P 1WG'dir. İngiltere ve Galler'de kayıtlıdır. No. 8860726.
Günümüzde, metallerin ve metal olmayanların hassas lazer kesiminin neredeyse tamamı fiber lazerler veya ultra kısa darbeli (USP) lazerlerle donatılmış aletler veya bazen her ikisi kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Bu makalede, iki lazerin farklı avantajlarını açıklayacak ve her iki üreticinin bu lazerleri nasıl kullandığını göreceğiz. NPX Medical (Plymouth, MN), fiber lazerleri içeren makineler kullanarak stentler, implantlar ve esnek borular gibi çeşitli cihazlar ve dağıtım araçları üreten bir sözleşmeli özel işleme şirketidir. Motion Dynamics, esas olarak nörolojide kullanılan "çekme telli" düzenekler gibi alt düzenekleri, maksimum esneklik ve çok yönlülük için bir USP femtosaniye lazer ve femtosaniye ve fiber lazerler dahil olmak üzere en son hibrit sistemlerden birini içeren bir makine kullanarak üretmektedir.
Uzun yıllar boyunca, lazer mikroişlemenin çoğu DPSS lazerler adı verilen katı hal nanosaniye lazerler kullanılarak gerçekleştirildi. Ancak, bu durum artık tamamen farklı ve dolayısıyla birbirini tamamlayan iki lazer tipinin geliştirilmesi sayesinde tamamen değişti. Başlangıçta telekomünikasyon için geliştirilen fiber lazerler, çoğu zaman yakın kızılötesi dalga boylarında olmak üzere birçok endüstride işgücü malzeme işleme lazerlerine dönüştü. Başarısının nedenleri basit mimarisinde ve basit güç ölçeklenebilirliğinde yatmaktadır. Bu, kompakt, son derece güvenilir ve özel makinelere entegre edilmesi kolay lazerlerle sonuçlanır ve genellikle eski lazer tiplerine göre daha düşük bir sahip olma maliyeti sunar. Mikroişleme için önemli olan, çıkış ışını çapı sadece birkaç mikron olan küçük ve temiz bir noktaya odaklanabilir, bu nedenle yüksek çözünürlüklü kesme, kaynak yapma ve delme için idealdirler. Çıkışları da tek atıştan 170 kHz'e kadar değişen darbe hızlarıyla çok esnek ve kontrol edilebilirdir. Ölçeklenebilir güçle birlikte, bu hızlı kesme ve delmeyi destekler.
Bununla birlikte, mikroişlemede fiber lazerlerin potansiyel bir dezavantajı, küçük özelliklerin ve/veya ince, hassas parçaların işlenmesidir. Uzun (örneğin, 50 µs) darbe süreleri, yeniden dökülmüş malzeme ve küçük kenar pürüzlülüğü gibi az miktarda ısıdan etkilenen bölge (HAZ) ile sonuçlanır ve bu da bazı son işlem gerektirebilir. Neyse ki, daha yeni lazerler (femtosaniye çıkış darbelerine sahip ultra kısa darbeli (USP) lazerler) HAZ sorununu ortadan kaldırır.
USP lazerlerde, kesme veya delme işlemiyle ilişkili ekstra ısının çoğu, çevredeki malzemeye yayılmaya vakit bulamadan, dışarı atılan döküntülerle taşınır. Pikosaniye çıkışlı USP lazerler, plastikler, yarı iletkenler, seramikler ve belirli metalleri içeren mikroişleme uygulamalarında uzun süredir kullanılmaktadır (pikosaniye = 10-12 saniye). Ancak insan saçı büyüklüğünde sütunlara sahip metal cihazlarda, metalin yüksek ısı iletkenliği ve küçük boyutu, pikosaniye lazerlerin her zaman daha önceki USP lazerlerin artan maliyetini haklı çıkaracak gelişmiş sonuçları sağlamadığı anlamına gelir. Bu durum artık endüstriyel sınıf femtosaniye lazerlerin (femtosaniye = 10-15 saniye) ortaya çıkmasıyla değişti. Bir örnek, Coherent Inc.'in Monaco serisi lazerleridir. Fiber lazerler gibi, bunların çıkışı yakın kızılötesi ışıktır, bu da paslanmaz çelik, platin, altın, magnezyum, kobalt-krom, titanyum ve daha fazlası ve metal olmayanlar da dahil. Kısa darbe süresi ve düşük darbe enerjisinin birleşimi termal hasarı (HAZ) önlerken, yüksek (MHz) tekrarlama oranı birçok yüksek değerli tıbbi cihaz için uygun maliyetli işlem hızları sağlar.
Elbette, sektörümüzdeki hemen hemen hiç kimsenin sadece bir lazere ihtiyacı yoktur. Bunun yerine, lazer tabanlı bir makineye ihtiyaç duyarlar ve artık tıbbi cihazları kesmek ve delmek için optimize edilmiş birçok özel makine bulunmaktadır. Bir örnek olarak, fiber lazerlerle, femtosaniye lazerlerle veya her iki lazer türünü de içeren hibrit bir versiyon olarak kullanılabilen Coherent'in StarCut Tube serisi verilebilir.
Tıbbi cihaz uzmanlığı ne anlama geliyor? Bu cihazların çoğu, özel tasarımlara dayalı olarak sınırlı partiler halinde üretilir. Bu nedenle, esneklik ve kullanım kolaylığı temel hususlardır. Birçok cihaz kütüklerden üretilirken, bazı bileşenler düz kütüklerden hassas bir şekilde işlenmelidir; aynı makinenin değerini en üst düzeye çıkarmak için her ikisini de işlemesi gerekir. Bu ihtiyaçlar genellikle çok eksenli CNC kontrollü (xyz ve döner) hareket ve basit programlama ve kontrol için kullanıcı dostu bir HMI sağlanarak karşılanır. StarCut Tube durumunda, yeni bir tüp yükleme modülü seçeneği, 3 metreye kadar uzunluktaki tüpler için bir yan yükleme dergisi (StarFeed olarak adlandırılır) ve kesilmiş ürünler için bir ayırıcı ile birlikte gelir ve tamamen otomatik üretime olanak tanır.
Bu makinelerin proses esnekliği, ıslak ve kuru kesme desteği ve yardımcı gaz gerektiren prosesler için kolayca ayarlanabilen dağıtım nozulları ile daha da artırılmıştır. Mekansal çözünürlük, çok küçük parçaların işlenmesinde de özellikle önemlidir; bu, termomekanik kararlılığın, makine atölyelerinde sıklıkla karşılaşılan titreşim etkilerini ortadan kaldırdığı anlamına gelir. StarCut Tube serisi, tüm kesme platformunu çok sayıda granit elemandan inşa ederek bu ihtiyacı karşılar.
NPX Medical, tıbbi cihaz üreticilerine tasarım, mühendislik ve hassas lazer kesim hizmetleri sağlayan oldukça yeni bir sözleşmeli üreticidir. 2019 yılında kurulan şirket, stentler, implantlar, valf stentleri ve benzer şekilde çeşitli cerrahi prosedürler için esnek iletim tüpleri dahil olmak üzere çok çeşitli cihazları destekleyerek sektörde kaliteli ürünler ve yanıt verme konusunda bir itibar kazanmıştır. Nörovasküler, kardiyak, renal, omurga, ortopedik, jinekolojik ve gastrointestinal cerrahi dahil olmak üzere müdahaleler. Ana lazer kesicisi, ortalama 200 watt güce sahip bir StarFiber 320FC ile StarCut Tube 2+2'dir. NPX'in kurucularından biri olan Mike Brenzel, "kurucuların uzun yıllar tıbbi cihaz tasarımı ve üretim deneyimi getirdiğini - toplamda 90 yıldan fazla" ve fiber lazerler kullanan StarCut benzeri makinelerle önceki deneyimlerini açıkladı. Çalışmalarımızın çoğu Nitinol kesimi içeriyor ve fiber lazerlerin ihtiyacımız olan hızı ve kaliteyi sağlayabileceğini zaten biliyoruz. Kalın duvarlı tüpler ve kalp kapakçıkları gibi cihazlar için hız ve USP lazeri ihtiyaçlarımız için çok yavaş olabilir. Yüksek hacimli üretim siparişlerine ek olarak - sadece 5 ila 150 parça arasında küçük parça partilerinde uzmanlaşıyoruz - hedefimiz bu küçük parti dönüşlerini tasarım, programlama, kesme, şekillendirme, son işlem ve inceleme dahil olmak üzere sadece birkaç gün içinde tamamlamaktır. Bu, daha büyük şirketler için sipariş verildikten sonraki haftalarla karşılaştırıldığında daha fazladır. Brenzel hızdan bahsetmenin yanı sıra, makinenin güvenilirliğinin büyük bir avantaj olduğunu, neredeyse kesintisiz çalışmanın olduğu son 18 ay boyunca tek bir servis çağrısı gerektirmediğini belirtti.
Şekil 2. NPX çeşitli son işlem seçenekleri sunmaktadır. Burada gösterilen malzeme 5 mm dış çap ve 0,254 mm duvar kalınlığına sahip T316 paslanmaz çeliktir. Sol kısım kesilmiş/mikro kumlanmış ve sağ kısım elektro parlatılmıştır.
Şirket, nitinol parçalarına ek olarak kobalt-krom alaşımları, tantal alaşımları, titanyum alaşımları ve birçok tipte tıbbi paslanmaz çelikten de kapsamlı bir şekilde yararlanıyor. Lazer İşleme Müdürü Jeff Hansen şöyle açıklıyor: “Makinenin esnekliği bir diğer önemli varlığımız ve tüp ve düz malzemeler dahil olmak üzere çok çeşitli malzemelerin kesilmesini desteklememizi sağlıyor. Işını 20 mikronluk bir noktaya odaklayabiliyoruz; bu da daha ince tüpler için kullanışlı. Bu tüplerden bazıları yalnızca 0,012 inç iç çapa sahip ve en son fiber lazerlerin ortalama güce göre yüksek tepe gücü oranı, istenen kenar kalitesini sağlarken kesme hızımızı en üst düzeye çıkarıyor. 1 inçe kadar dış çapa sahip daha büyük ürünlerin hızına kesinlikle ihtiyacımız var.”
NPX, hassas kesim ve hızlı yanıtın yanı sıra, sektördeki kapsamlı deneyiminden yararlanan kapsamlı tasarım hizmetlerinin yanı sıra tam bir son işlem teknolojileri yelpazesi de sunmaktadır. Bu teknikler arasında elektro-parlatma, kumlama, asitleme, lazer kaynak, ısıyla ayarlama, şekillendirme, pasifleştirme, Af sıcaklık testi ve yorulma testi yer alır ve bunların hepsi Nitinol cihaz imalatı için önemlidir. Kenar finisajını kontrol etmek için son işlemin kullanılması, Brenzel'in söylediğine göre, "genellikle yüksek yorulma veya düşük yorulma uygulamasından mı bahsettiğimize bağlıdır. Örneğin, kalp kapakçığı gibi yüksek yorulma parçası, son işlem olarak ömrü boyunca bir milyar kez bükülebilir. Bir adım olarak, tüm kenarların yarıçapını artırmak için kumlama kullanmak önemlidir. Ancak dağıtım sistemleri veya kılavuz teller gibi düşük yorulma bileşenlerinin genellikle kapsamlı son işlem gerektirmediği görülmüştür." Tasarım uzmanlığı açısından, Brenzel'in açıkladığına göre, artık müşterilerin dörtte üçü FDA onayı almak için NPX'in yardım ve becerilerinden yararlanmak için tasarım hizmetlerini kullanıyor. Şirket, "peçete taslağı" konseptini kısa sürede nihai haliyle bir ürüne dönüştürmede çok iyi.
Motion Dynamics (Fruitport, MI), müşteri sorunlarını, ne kadar karmaşık veya imkansız görünürse görünsün, mümkün olan en kısa sürede çözme misyonuna sahip, özel minyatür yaylar, tıbbi bobinler ve tel düzenekleri üreten bir firmadır. Tıbbi cihazlarda, öncelikli olarak nörovasküler cerrahi için karmaşık düzeneklere vurgu yapar ve yönlendirilebilir kateter cihazları gibi uygulamalar için yüksek kaliteli tel düzeneklerinin tasarımı, üretimi ve montajını yapar. Bunlara "çekme teli" düzenekleri de dahildir.
Daha önce de belirtildiği gibi, fiber veya USP lazer seçimi, desteklenen ekipman ve süreç türünün yanı sıra bir mühendislik tercihi meselesidir. Motion Dynamics Başkanı Chris Witham şöyle açıkladı: "Nörovasküler ürünlere son derece odaklanmış bir iş modeline dayanarak, tasarım, uygulama ve serviste farklılaştırılmış sonuçlar sunabiliyoruz. Sadece kendi bünyemizde kullandığımız bileşenleri üretmek için lazer kesimi kullanıyoruz. Uzmanlık alanımız ve itibarımız haline gelen yüksek değerli, "zor" bileşenleri üretmek için; lazer kesimi sözleşmeli bir hizmet olarak sunmuyoruz. Gerçekleştirdiğimiz lazer kesimlerinin çoğunun USP lazerlerle en iyi şekilde yapıldığını gördük ve yıllardır bu lazerlerden biriyle bir StarCut Tube kullanıyorum. Ürünlerimize olan yoğun talep nedeniyle günde iki adet 8 saatlik vardiya, hatta bazen üç vardiya yapıyoruz ve 2019'da bu Büyümeyi desteklemek için başka bir StarCut Tube edinmemiz gerekiyor. Ancak bu sefer, femtosaniye USP lazerler ve fiber lazerlerin yeni hibrit modellerinden birini kullanmaya karar verdik. Ayrıca onu Kesimi tamamen otomatikleştirebilmemiz için bir StarFeed yükleyici/boşaltıcı ile - operatör sadece boş malzemeyi yerleştiriyor. Boru besleyiciye yükleniyor ve ürün için yazılım işletim programı başlatılıyor.
Şekil 3. Bu esnek paslanmaz çelik iletim tüpü (bir kalem silgisinin yanında gösterilmiştir) bir Monaco femtosaniye lazeri ile kesilmiştir.
Witham, makineyi ara sıra düz kesim için kullandıklarını ancak zamanlarının yüzde 95'inden fazlasını yönlendirilebilir kateter düzenekleri için silindirik ürünler oluşturmaya veya değiştirmeye harcadıklarını, yani hipotüpler, bobinler ve spiraller, profilli uçlar ve kesik delikler kesmeye harcadıklarını ekliyor. Bu bileşenler nihayetinde anevrizma onarımı ve trombüs çıkarma gibi prosedürlerde kullanılıyor. Bu, paslanmaz çelik, saf altın, platin ve nitinol dahil olmak üzere çeşitli metallerde lazer kesicilerin kullanılmasını gerektiriyor.
Şekil 4. Hareket Dinamiği de lazer kaynak yöntemini yoğun olarak kullanır. Yukarıda, bobin lazerle kesilmiş boruya kaynaklanmıştır.
Lazer seçenekleri nelerdir?Witham, mükemmel kenar kalitesinin ve minimum kerflerin çoğu bileşenleri için kritik olduğunu ve bu nedenle başlangıçta USP lazerleri tercih ettiklerini açıkladı. Ek olarak, şirketin kullandığı malzemelerin hiçbiri, bazı ürünlerinde radyoopak işaretleyici olarak kullanılan minik altın bileşenler dahil olmak üzere, bu lazerlerden biriyle kesilemez. Ancak, fiber lazerler ve USP'ler dahil olmak üzere yeni hibrit seçeneklerinin, hız/kenar kalitesi sorunlarını optimize etmede onlara daha fazla esneklik sağladığını ekledi. "Fiber optiğin daha yüksek hızlar sağlayabileceğine şüphe yok," dedi. "Ancak, özel uygulama odağımız nedeniyle, bu genellikle kimyasal ve ultrasonik temizleme veya elektroparlatma gibi bir tür son işlem anlamına gelir. Bu nedenle, hibrit bir makineye sahip olmak, hangi genel işlemi seçmemizi sağlar - yalnızca USP veya fiber ve son işlem İşleme - Her bileşen için optimum. Aynı bileşenin hibrit işlenmesi olasılığını keşfetmemizi sağlar, özellikle daha büyük çaplar ve duvar kalınlıkları söz konusu olduğunda: fiber lazerlerle hızlı kesim bile, ardından ince kesim için bir femtosaniye lazer kullanın." Çoğu lazer kesimleri 4 ila 6 bin arasında duvar kalınlıklarını içerdiğinden, USP lazerinin ilk tercihleri ​​olmaya devam edeceğini umuyor, ancak 1 ila 20 bin arasında duvar kalınlıklarıyla karşılaşıyorlar. Paslanmaz çelik borular bin arasında.
Sonuç olarak, lazer kesme ve delme, çeşitli tıbbi cihazların üretiminde temel işlemlerdir. Günümüzde, temel lazer teknolojisindeki gelişmeler ve endüstrinin özel ihtiyaçlarına göre yapılandırılmış son derece optimize edilmiş makineler sayesinde, bu işlemler daha kolay kullanılabilmekte ve her zamankinden daha iyi sonuçlar vermektedir.