Цей веб-сайт управляється одним або декількома підприємствами, які належать Informa PLC, і всі авторські права належать їм. Зареєстрований офіс Informa PLC: 5 Howick Place, London SW1P 1WG. Зареєстровано в Англії та Уельсі.8860726.
Сьогодні майже все точне лазерне різання металів і неметалів виконується за допомогою інструментів, оснащених волоконними лазерами або лазерами ультракоротких імпульсів (USP), або іноді обома. У цій статті ми пояснимо різні переваги двох лазерів і побачимо, як обидва виробники використовують ці лазери. NPX Medical (Плімут, штат Міннесота) є контрактною спеціалізованою обробною компанією, яка виробляє різні пристрої та інструменти для встановлення, наприклад стенти, імплантати та гнучкі трубки. з використанням машин, які включають волоконні лазери. Motion Dynamics виробляє вузли, такі як вузли з тяговим дротом, які в основному використовуються в неврології, використовуючи машину, яка включає фемтосекундний лазер USP та одну з найновіших гібридних систем, включаючи фемтосекундний і волоконний лазери для максимальної гнучкості та універсальності.
Протягом багатьох років більшість лазерної мікрообробки виконувалася з використанням твердотільних наносекундних лазерів, які називаються лазерами DPSS. Однак зараз це повністю змінилося завдяки розробці двох абсолютно різних, а отже, взаємодоповнюючих типів лазерів. Спочатку розроблені для телекомунікацій, волоконні лазери перетворилися на лазери для обробки матеріалів у багатьох галузях промисловості, часто в близькому інфрачервоному діапазоні. Причини його успіху полягають у його простій архітектурі та Завдяки цьому лазери є компактними, високонадійними та легко інтегрованими в спеціалізовані машини, і, як правило, пропонують нижчу вартість володіння, ніж старі типи лазерів. Важливо для мікрообробки те, що вихідний промінь може бути сфокусований у невеликій чистій точці діаметром лише кілька мікрон, тому вони ідеальні для різання, зварювання та свердління з високою роздільною здатністю. Їхні результати також є дуже гнучкими та керованими з частотою імпульсів s в діапазоні від одноразового до 170 кГц. Разом із масштабованою потужністю це підтримує швидке різання та свердління.
Однак потенційним недоліком волоконних лазерів у мікрообробці є обробка дрібних елементів і/або тонких делікатних частин. Велика (наприклад, 50 мкс) тривалість імпульсу призводить до невеликої кількості зони теплового впливу (ЗТВ), наприклад переробленого матеріалу та невеликої шорсткості країв, що може вимагати деякої постобробки. На щастя, нові лазери — ультракороткі імпульсні (USP) лазери з фемтосекундним вихідним сигналом. імпульси — усуває проблему HAZ.
У USP-лазерах більша частина додаткового тепла, пов’язаного з процесом різання або свердління, відводиться у викинуте сміття, перш ніж воно встигне дифундувати в навколишній матеріал. USP-лазери з пікосекундним випромінюванням давно використовуються в мікрообробці пластмас, напівпровідників, кераміки та деяких металів (пікосекунди = 10-12 секунд). Але для металевих пристроїв зі стовпами розміром із людську волосину метал» Висока теплопровідність і малий розмір означають, що пікосекундні лазери не завжди забезпечують кращі результати, які б виправдовували підвищення вартості попередніх лазерів USP. Зараз це змінилося з появою фемтосекундних лазерів промислового класу (фемтосекунда = 10-15 секунд). Прикладом є серія лазерів Monaco від Coherent Inc. метали, що використовуються в медичних пристроях, зокрема нержавіюча сталь, платина, золото, магній, кобальт-хром, титан тощо, а також неметали. У той час як поєднання короткої тривалості імпульсу та низької енергії імпульсу запобігає термічному пошкодженню (HAZ), висока частота повторення (МГц) забезпечує економічно ефективну швидкість для багатьох дорогих медичних пристроїв.
Звичайно, майже нікому в нашій галузі не потрібен лише один лазер. Натомість їм потрібна лазерна машина, і зараз існує багато спеціалізованих машин, оптимізованих для різання та свердління медичних пристроїв. Прикладом є серія StarCut Tube від Coherent, яку можна використовувати з волоконними лазерами, фемтосекундними лазерами або як гібридну версію, що включає обидва типи лазерів.
Що означає спеціалізація на медичних пристроях? Більшість із цих пристроїв виробляється обмеженими партіями на основі нестандартних конструкцій. Тому гнучкість і простота використання є ключовими факторами. Хоча багато пристроїв виготовляються із заготовок, деякі компоненти мають бути точно виточеними з плоских заготовок;Одна й та сама машина повинна працювати з обома, щоб максимізувати свою цінність. Ці потреби зазвичай задовольняються шляхом забезпечення багатоосьового керованого ЧПК (xyz і обертального) руху та зручного HMI для простого програмування та керування. У випадку StarCut Tube нова опція модуля завантаження труб постачається з магазином бічного завантаження (називається StarFeed) для труб довжиною до 3 м і сортувальником для нарізаних виробів, що дозволяє повністю автоматизувати виробництво.
Гнучкість процесу цих машин додатково покращується завдяки підтримці мокрого та сухого різання та легко регульованим соплам подачі для процесів, що потребують допоміжного газу. Просторова роздільна здатність також особливо важлива для обробки дуже маленьких деталей, що означає, що термомеханічна стабільність усуває наслідки вібрації, які часто зустрічаються в механічних цехах. Лінія StarCut Tube відповідає цій потребі, будуючи всю ріжучу деку з великої кількості гранітних елементів.
NPX Medical є досить новим контрактним виробником, який надає послуги з проектування, проектування та точного лазерного різання для виробників медичного обладнання. Заснована в 2019 році компанія створила репутацію в галузі завдяки якісним продуктам і швидкості реагування, підтримуючи широкий спектр пристроїв, включаючи стенти, імплантати, клапанні стенти та гнучкі трубки доставки для різноманітних хірургічних процедур, включаючи нейроваскулярні, серцеві, ниркові, хребетні, ортопедичні. Його основним лазерним різаком є ​​StarCut Tube 2+2Â зі StarFiber 320FC із середньою потужністю 200 Вт. Майк Брензель, один із засновників NPX, пояснив, що «засновники мають багаторічний досвід проектування та виробництва медичних пристроїв — загалом більше 90 років», з попереднім досвідом роботи з машинами, подібними до StarCut, які використовують волоконні лазери. Значна частина нашої роботи включає Ni різання тинолу, і ми вже знаємо, що волоконні лазери можуть забезпечити потрібну нам швидкість і якість. Для таких пристроїв, як товстостінні трубки та серцеві клапани, нам потрібна швидкість, а лазер USP може бути надто повільним для наших потреб. На додаток до великих обсягів виробничих замовлень – ми спеціалізуємося на невеликих партіях деталей – лише від 5 до 150 штук – наша мета полягає в тому, щоб виконати ці невеликі серійні роботи лише за кілька днів, включаючи проектування, програмування, різання, формування, постобробку та перевірку. , у порівнянні з тижнями після розміщення замовлення для великих компаній». Окрім згадки про швидкість, Брензель згадав надійність машини як головну перевагу, оскільки за останні 18 місяців майже безперервної роботи не потрібно було жодного виклику в службу підтримки.
Малюнок 2. NPX пропонує різноманітні варіанти пост-обробки. Показаний тут матеріал – це нержавіюча сталь T316 із зовнішнім діаметром 5 мм і товщиною стінки 0,254 мм. Ліва частина вирізана/мікроструминна, а права – електрополірована.
Окрім нітінолових деталей, компанія також широко використовує кобальт-хромові сплави, танталові сплави, титанові сплави та багато типів медичної нержавіючої сталі. Джефф Хансен, менеджер із лазерної обробки, пояснює: «Гнучкість машини є ще одним важливим активом, що дозволяє нам підтримувати різання дуже різноманітних матеріалів, у тому числі труб і плоских матеріалів.Ми можемо сфокусувати промінь до плями розміром 20 мікрон, що корисно для більшої кількості. Тонкі трубки дуже корисні.Деякі з цих труб мають внутрішній діаметр лише 0,012 дюйма, а високе співвідношення пікової потужності до середньої потужності найновіших волоконних лазерів максимізує нашу швидкість різання, забезпечуючи при цьому бажану якість краю.Нам абсолютно потрібна швидкість більших продуктів із зовнішнім діаметром до 1 дюйма».
Окрім точного різання та швидкого реагування, NPX також пропонує повний спектр технологій пост-обробки, а також комплексні послуги з проектування, які використовують її великий досвід у галузі. Ці методи включають електрополірування, піскоструминну обробку, травлення, лазерне зварювання, термофіксацію, формування, пасивацію, випробування температури Af та випробування на втому, усі з яких є ключовими для виготовлення пристроїв Nitinol. Використання пост-обробки для контролю обробки країв, сказав Брензель. , «зазвичай залежить від того, чи ми говоримо про застосування з високою або низькою втомою.Наприклад, деталь із високим ступенем втоми, як-от серцевий клапан, може зігнутися мільярд разів протягом свого терміну служби під час пост-обробки. На одному етапі важливо використовувати піскоструминну обробку, щоб збільшити радіус усіх країв.Але компоненти з низьким рівнем втоми, такі як системи доставки або провідники, часто не вимагають значної постобробки».Що стосується досвіду дизайну, пояснює Брензель, зараз три чверті клієнтів також користуються їхніми дизайнерськими послугами, щоб скористатися допомогою та навичками NPX для отримання схвалення FDA. Компанії дуже добре вдається перетворити концепцію «ескізу серветки» на продукт у його остаточній формі за короткий проміжок часу.
Motion Dynamics (Фрутпорт, Мічиган) є виробником нестандартних мініатюрних пружин, медичних котушок і вузлів дроту, місія якого полягає в тому, щоб вирішити проблеми клієнтів, незалежно від того, наскільки вони складні або здаються неможливими, у найкоротші терміни. Що стосується медичних пристроїв, це в першу чергу робить акцент на складних вузлах для нервово-судинної хірургії, включаючи проектування, виробництво та збірку високоякісних вузлів дроту для таких застосувань, як керовані катетери, включно з вузлами «тягнучого дроту».
Як згадувалося раніше, вибір волоконного або USP-лазера залежить від інженерних уподобань, а також від типу обладнання та підтримуваних процесів. Кріс Вітам, президент Motion Dynamics, пояснив: «На основі бізнес-моделі, яка зосереджена на нейроваскулярних продуктах, ми можемо забезпечити диференційовані результати в дизайні, виконанні та обслуговуванні.Ми використовуємо лазерне різання лише для виробництва компонентів, які використовуємо всередині компанії., щоб виробляти дорогоцінні, «складні» компоненти, які стали нашою спеціальністю та репутацією;ми не пропонуємо лазерне різання як договірну послугу.Ми виявили, що більшість лазерних розрізів, які ми виконуємо, найкраще робити за допомогою лазерів USP, і протягом багатьох років я використовував StarCut Tube з одним із цих лазерів.Через високий попит на нашу продукцію ми маємо дві 8-годинні зміни на день, іноді навіть три зміни, і в 2019 році нам потрібно придбати ще одну трубку StarCut, щоб підтримувати це зростання.Але цього разу ми вирішили вибрати одну з нових гібридних моделей фемтосекундних лазерів USP і волоконних лазерів.Ми також об’єднали його із завантажувачем/розвантажувачем StarFeed, щоб повністю автоматизувати різання – оператор просто поклав заготовку. Трубка завантажується в пристрій подачі, і запускається робоча програма для продукту.
Малюнок 3. Ця гнучка трубка доставки з нержавіючої сталі (показана поруч із гумкою для олівця) була розрізана фемтосекундним лазером Monaco.
Вітам додає, що хоча вони час від часу використовують машину для плоского різання, понад 95 відсотків свого часу витрачають на створення або модифікацію циліндричних виробів для своїх керованих вузлів катетерів, а саме гіпотрубок, котушок і спіралей, включаючи вирізання профільованих наконечників і вирізаних отворів. Ці компоненти в кінцевому підсумку використовуються в таких процедурах, як відновлення аневризми та видалення тромбу. Це вимагає використання лазерних різаків для різних металів, включаючи нержавіючу сталь, чисте золото, платина і нітінол.
Малюнок 4. Motion Dynamics також широко використовує лазерне зварювання. Угорі котушка була приварена до лазерно розрізаної труби.
Які є варіанти лазера? Вітхем пояснив, що відмінна якість країв і мінімальні пропили є критичними для більшості їхніх компонентів, тому спочатку вони віддали перевагу лазерам USP. Крім того, жоден із матеріалів, які використовує компанія, не можна розрізати одним із цих лазерів, включаючи крихітні золоті компоненти, які використовуються як рентгеноконтрастні маркери в деяких її продуктах. Але він додав, що нові гібридні варіанти, включаючи волоконні лазери та USP, надають їм більше гнучкості в оптимізації проблем із швидкістю та якістю краю». «Немає сумніву, що волоконна оптика може забезпечити більш високі швидкості», — сказав він. «Але через нашу спеціальну спрямованість застосування це зазвичай означає певний тип пост-обробки, наприклад хімічне чи ультразвукове очищення або електрополірування.Таким чином, наявність гібридної машини дозволяє нам вибрати, який загальний процес – лише USP чи обробка волокном і постобробкою – буде оптимальним для кожного компонента.Це дозволяє нам дослідити можливість гібридної обробки одного і того ж компонента, особливо там, де задіяні більші діаметри та товщина стінок: навіть швидке різання за допомогою волоконних лазерів, а потім використання фемтосекундного лазера для тонкого різання».Він очікує, що лазер USP залишатиметься їхнім першим вибором, оскільки більшість їхніх лазерних розрізів включають товщину стінок від 4 до 6 тис., хоча зустрічаються товщини стінок від 1 до 20 тис.Труби з нержавіючої сталі між тис.
Підсумовуючи, лазерне різання та свердління є ключовими процесами у виробництві різноманітних медичних пристроїв. Сьогодні завдяки прогресу в базовій лазерній технології та високооптимізованому обладнанню, налаштованому відповідно до конкретних потреб галузі, ці процеси прості у використанні та забезпечують кращі результати, ніж будь-коли раніше.