Лазерный мир

Стенты и трубки используются в бесчисленных медицинских устройствах, а новые добавляются каждый день, чему способствует, в частности, рост минимально инвазивной хирургии и обычное использование стентов. Огромное количество и разнообразие устройств быстро возрастают, а вместе с ним и спрос на все больше и больше лазерных стентов; гибкие трубки, канюли и микроканалы; иглы; устройства для биопсии; и другие минимально-инвазивные инструменты. РИСУНОК 1 показывает примеры общих особенностей современных стентов.

РИСУНОК 1. Примеры общих особенностей современных стентов.

В то время как устаревшие системы стентов и трубной резки хорошо зарекомендовали себя в последние десятилетия, новые технологии резки, появившиеся на рынке, предлагают более быстрые и качественные резы, с более высокими темпами производства и новыми и уникальными возможностями резания.

            Замена устаревших режущих систем

Импульсные лазеры на иттриевом алюминиевом гранате (Nd: YAG), используемые в течение десятилетий, были отличными рабочими лошадками, поскольку они хорошо зарекомендовали себя и были отличными производственными центрами для многих компаний.

К сожалению, оригинальные интегрированные импульсные лазеры Nd: YAG, которые остаются в эксплуатации, теперь устарели и трудно обслуживаются. В то время как многие из этих систем были модернизированы до волоконных лазеров, у них все еще есть старые сценические наборы, которые представляют собой несколько поколений по сравнению с существующими технологиями. Кроме того, они работают на медленных и стареющих контроллерах с устаревшим программным обеспечением.

Проще говоря, лазер, направляющие, контроллер, программное обеспечение, системы водоснабжения и автоматизированная технология загрузчика труб полностью усовершенствовались. Вот краткий обзор улучшений этих компонентов, которые позволяют быстрее и лучше резать с более высокими темпами производства и меньшим временем простоя.

            Лазер

Импульсные лазеры Nd: YAG, используемые в прошлом, были заменены волоконными лазерами с лучшим качеством луча, которое не изменяется с энергией импульса и средней мощностью. Это обеспечивает меньший и более стойкий сфокусированный размер пятна, который обеспечивает более жесткие резы при резании и с размером пятен до 10 мкм позволяет резать намного более тонкие детали. Эти лазеры обеспечивают частоту импульсов вплоть до 5 кГц и ширину импульса до 20 мкс, что позволяет оптимизировать потребление энергии для широкого спектра материалов труб и толщин стенок.

Более высокие частоты могут быть реализованы для максимизации ускорения и скорости для диапазона толщины деталей. С оперативной точки зрения, волоконные лазеры имеют ряд преимуществ. Они имеют воздушное охлаждение, потреляют однофазную электроэнергию 240 В и имеют диоды со сроком службы > 70 000 часов, что соответствует минимальным эксплуатационным расходам. На рисунке 2 показан пример трубки, изготовленной одним из новых лазерных трубчатых режущих инструментов на рынке (слева) и крупным планом резки лазерной трубки (справа).

РИСУНОК 2. Пример трубки, изготовленной лазерной трубкой (слева) и крупным планом резки лазерной трубки в действии (справа).

Волоконные лазеры используют микросекундные импульсы и обеспечивают скорость резания и качество кромки, достаточную для многих применений. Фемтосекундный лазер предлагает лазерные импульсы, которые составляют менее 400 × 10E-15 секунд, или примерно в миллион раз короче волоконного лазера. Его очень короткая длительность импульса в сочетании с пиковыми мощностями на уровне гигаватт обеспечивает уникальную возможность резания. Волоконный лазер имеет режущий механизм плавления, в результате которого лазерный импульс расплавляет металл, который затем выталкивается из детали с помощью коаксиального газа высокого давления. Очень высокая пиковая мощность фемтосекундного лазера и длительность импульса, которая короче времени теплопроводности материала, создает почти чистый механизм испарения. Поскольку во время процесса резания нет образования расплава, нет заусенцев, что выгодно для таких материалов, как нитинол.

Возьмите пример вездесущего коронарного стента, одного из первых устройств, изготовленных как с Nd: YAG, так и с волоконными лазерами. Во-первых, деталь должна быть обработана, затем отточена или очищена внутри с помощью механического инструмента и, наконец, отпущена. Затем необходимо выполнить химический травильный процесс для очистки вокруг краев, а затем шаг электрополировки. Эти шаги довольно трудоемки. Они также могут привести к тому, что деталь станет хрупкой или деформированной и может привести к образованию микротрещин. Выход годного, как правило, находится в диапазоне 70%, что означает потерю значительного количества конечного продукта — большая материальная стоимость в случае нитинола.

Напротив, фемтосекундный лазер создает безгратовый разрез, который резко сокращает количество трудоемких этапов последующей обработки — деталь обрабатывается, а затем подвергается электрохимическому процессу по краям. Целостность детали улучшается, а выход годного может быть ближе к 95%. Кроме того, использование фемтосекундного лазера может быть привлекательным предложением для конечных пользователей, которые, возможно, хотят принести процесс резания внутри компании, но не хотят проходить сложную работу с ограничениями на технику безопасности, также принося необходимую химическую пост-обработку материалов и процессов, необходимых для внутренней резки волоконных лазеров.

В ТАБЛИЦЕ показано сравнение ROI фемтосекундного лазера и волоконного лазера, разрезающего нитинольный коронарный стент.

Фемтосекундный лазер с минимальным потреблением тепла и исключительным контролем подачи тепла — очень хороший инструмент для резки небольших деталей в небольших деталях с отличным качеством и характеристикой края. На Рис.3 показаны некоторые примеры фемтосекундной лазерной резки.

РИСУНОК 3. Примеры фемтосекундной лазерной резки тонких деталей включают в себя 50-мкмпрорезь в 250 мкм OD-нитиноловой трубке (слева), отверстия для просвета 50 мкм для гибкой трубки (в центре) и качество кромок нитинового стента, обработанного только ультразвуковой очисткой ванны (справа)

Большинство стентов и труб — металл. Тем не менее, FDA-одобренные полимерные стенты и держатели теперь находятся на рынке, которые можно разрезать только фемтосекундным лазером. Излучение волоконного лазера недостаточно поглощается  полимером  для обеспечения качественной резки. Фемтосекундный лазер обладает такой большой плотностью фотонов, что он поглощается полимерным материалом посредством процесса, известного как многофотонное поглощение, что делает возможным резку. Эта резка может быть дополнительно усилена за счет использования зеленой длины волны по сравнению с  1 мкм, что обеспечивает лучшее качество резания, более высокие скорости и большее окно обработки.

            Программное обеспечение, контроллеры и механические привода-направляющие

Новые цифровые контроллеры движения и улучшенные ускорения ступеней позволяют пользователям следовать запрограммированному пути инструментария с уменьшенными  ошибками и более быстрыми ускорениями и скоростями, что приводит к более быстрому времени цикла. В большинстве применений для резки труб ограничивающим фактором для времени цикла является движение, в частности поворотные оси, и поэтому этапы и улучшения производительности контроллера являются ключевой частью максимизации производства.

В рамках повседневной работы взаимодействие оператора с пользовательским интерфейсом программного обеспечения управления может оптимизировать эффективность в настройке, мониторинге процессов и сократить ошибки оператора. Использование больших экранных мониторов облегчило интерфейс, ориентированный на один экран. Используя пространство на экране, чтобы четко определить области использования, операторам больше не нужно сражаться с программным обеспечением управления. Вместо этого они могут быть очень комфортными с ним и даже использовать его для оптимизации процессов для эффективности работы.

Кроме того, встроенные датчики, датчики, цифровые расходомеры и клапаны могут сообщать о состоянии всех критически важных для процесса параметров, включая вспомогательное давление газа, расход воды и давление. Мониторинг не только этих жизненно важных условий процесса может быть задан с помощью аварийных сигналов и состояний ошибок для низких уровней, чтобы избежать потерь материала и, что более важно, повреждения оборудования и простоев.

            Водная система

Во многих устаревших системах  водяное охлаждение было слабым местом, требующим постоянного внимания и технического обслуживания, чтобы поддерживать работу машины. Такие вопросы, как небольшие размеры резервуаров для воды,  короткое время жизни водяной помпы, а также отсутствие контроля внутреннего потока, добавленного к ненадежной системе. Сочетание этих проблем заключается в том, что было трудно получить доступ — даже для простого изменения фильтров для воды. Быстрое переключение на более новые системы, которые имеют размер резервуара 10 галлонов, четырехуровневую фильтрацию мусора, интеллектуальные программируемые клапаны потока, несколько соленоидных переключателей Для предотвращения больших утечек воды и оборудования, установленного на выдвижных ящиках, что позволяет менять фильтр в считанные секунды. Пользовательский интерфейс предоставляет оператору всю необходимую информацию, а также предохраняющие меры предохранения и ограничения «идти / не ходить», чтобы убедиться, что все в порядке.

            Автоматические трубчатые погрузчики

Стандартный стент и трубный резак загружается вручную с помощью трубки, которая обычно имеет длину до 3 м. Затем резак разрезает детали и продвигает трубку в соответствии с программой. В какой-то момент количество оставшейся трубки имеет недостаточную длину, чтобы сделать разрез, а остаток удаляется и загружается новая трубка.

С более высоким давлением для повышения производительности и минимизации затрат на рабочую силу, многие из них теперь используют автоматические трубчатые погрузчики для подачи труб для резки. В то время как это не ново, в настоящее время существует большой потенциал для использования этих трубчатых погрузчиков для автоматизированного мокрого соединения на диаметрах труб более 1,5 мм. Несмотря на то, что не нужно работать с трубным резаком в полном режиме «выключения», использование автоматизированного погрузчика может значительно сократить затраты, связанные с машиной.

            Дизайн открытой архитектуры

Ключевой частью любой системы является то, чтобы аппаратное обеспечение было  пригодным для использования оператором на повседневной основе. Одной из особенностей, которая способствует этому, является использование композитного гранита с улучшенным демпфированием вибрации. Поскольку композит имеет равномерную внутреннюю структуру, его можно механически смоделировать и оптимизировать для виброизоляции, несущей способности и отклонения под нагрузкой. Это позволяет консольному кронштейну поддерживать фокусную оптику и ступени z и поперечные оси, обеспечивая открытую машину с точки зрения доступности оператора.

РИСУНОК 4 показывает примеры удобного доступа к машинам, включая оборудование, размещенное на выдвижных ящиках, что делает очень простым переключение фильтров воды вместе с любыми другими необходимыми предметами обслуживания.

РИСУНОК 4. Стент и резак Sigma имеют большой открытый доступ к рабочему пространству; Операторы могут получить доступ ко всему оборудованию из больших выдвижных ящиков.

Конструкция и резание систем последних поколений стента и трубной резки обеспечивают значительные преимущества и возможности по сравнению с устаревшими машинами для повышения производительности и обеспечения инноваций в продуктах с лучшими технологическими возможностями. Благодаря использованию волоконного или фемтосекундного лазера, усовершенствованию программного обеспечения для управления движением, контроллеру и управлению,  новейшая система резки стентов и труб, превосходящая устаревшие системы, предоставляет новые возможности для будущих производственных нужд.

GEOFF SHANNON (geoff.shannon@amadamiyachi.com), an Editorial Advisor to Industrial Laser Solutions, is with Amada Miyachi America, while DAVID VAN DE WALL is with Amada Miyachi Europe.

Источник:

http://www.industrial-lasers.com/articles/2017/07/laser-tube-cutting-technology-meets-next-generation-production-needs.html