海波管是一种薄金属管,在许多现代医疗手段中使用。全自动工作站激光加工是制造这种精密医疗产品的优选方法之一,能够保证必要的精度、产量和产能。借助针对应用优化的软件,该工艺可以变得简单且非常高效。
海波管:一项拯救生命的技术
微创手术具有许多优势,在许多此类医疗手段中,都要使用海波管(有时称为导丝)这一关键设备。这些海波管需要小而柔韧,才能进入人体血管。而且它们需要是中空的,以便控制工具或输送药物。
海波管必须满足许多复杂的要求。其边缘必须无毛刺,而且其所包含的材料应柔软且易于消毒。其远端设计可以是简单的切口,也可以是复杂的微加工部件。为了能够可靠运行,海波管在承受一定扭矩时应具有柔韧性,并且必须能够承受扭结和推动。
金属海波管通过其管壁上的切口图案获得柔韧性。间断螺旋图案是实现柔韧性的方法之一。切口长度和切口间距决定了管的剩余刚度。
海波管的精确高效加工
通常,海波管采用先进的激光技术进行加工。激光系统必须执行不同的任务,例如在金属管壁上或壁内打标、切割和钻孔。目前,主要采用中等功率光纤激光器执行这些任务。所有边缘必须无毛刺,这可能需要在进行激光加工后进行一些后处理。
然而,越来越多的用户现在选择飞秒激光器,而不是光纤激光器。这种超短脉冲(USP)激光将其能量快速积聚到材料中,导致热量无法扩散,并且在材料蒸发的过程中极大限度缩小热影响区域。因此,USP 激光器能够产生相对光滑的边缘,而后处理水清洗通常就足够了。但反过来,USP 激光器虽然非常精确,但速度比光纤激光器要慢一些。
图 1 显示了使用 Coherent StarCut Tube 加工的海波管样品。出于演示目的,使用了同时配有光纤激光器和飞秒激光器的 StarCut Tube Hybrid。仅配备光纤激光器或飞秒激光器的 StarCut Tube SL 也可以完成该任务,同时占用空间更小。
在左端切掉了一个称为削皮的部分。在削皮内切出了一个小测试切口。此外,海波管上还打标了两个黑色环。这三个步骤均使用 Monaco 飞秒激光器执行。
图 1:使用 Coherent StarCut Tube Hybrid 制作的海波管样品,外径为 0.7 mm
下一步,一个长长的间断式螺旋被刻入管壁。对于此工艺,系统切换到此混合工作站的第二个激光源:功率适中的Coherent StarFiber。螺旋图案是“即时”切割的,即在管子不断高速移动时切割。在这个过程中,每次切割开始时都会精确地触发激光计时。
图 2 显示的是光纤激光加工的效果。海波管的轴有两种典型样式:间断式螺旋或所谓的砌砖样式。砌砖样式由平行的间断切口组成,类似于砖墙上的石头。典型的海波管长约 1.5 m,使用动态切割程序可以非常快速地处理海波管的较长部分。该样品的周期时间仅为 35 s。
图 2:Coherent StarFiber 光纤激光器以砖砌图案(左)或断续螺旋(右)进行动态切割,切口宽度小于 20 µm
易于使用的动态激光切割软件
Coherent StarCut Tube 的用户界面专为轻松加工小批量和大批量医疗器械产品而开发。Cagila 软件经过优化,可轻松编程处理程序。为了加快工作流程,其中集成了一些附加功能,例如频闪功能。此功能支持在管材切割过程中自动生成断续螺旋设计或砖砌图案。
触发信号输出与旋转轴位置同步生成。因此,激光器的开关命令延迟和抖动都降至非常低的水平。可以使用基于表格的输入或从导入的 CAD 数据生成螺旋或砖砌设计的几何形状,然后就可以自动加工。同时可以纳入后处理功能,例如在定义距离后自动重新夹紧,以及开始后或最终切断位置之前添加额外的弯头。
图 3:Coherent StarCut Tube SL 可以配备光纤或飞秒激光器,且相比市场同类产品,其占用空间非常小 (2,200 mm×760 mm)。可配备多个进料和卸料模块,实现全自动加工
占用空间小的自动化加工
医疗器械通常在成本高昂的洁净室中制造。相比同类激光机,Coherent StarCut Tube SL 占用的空间更小,很大限度减少了宝贵的洁净室空间使用量。
StarCut Tube 可以配置为手动加工和自动加工,并且可以配备光纤激光器、飞秒激光器或同时配备两者。可以添加多个进料器和卸料器模块,以获得全自动解决方案。例如,机器可以使用 StarFeed S,自动装载外径小至 0.3 mm的血栓切除导管等管材。其他管材装载模块可容纳直径 1 到 20 mm、长度为 3 m的管材,从而实现完全自动化生产,无需任何手动操作。
StarCut Tube 可以采用 StarFiber 激光器,其可调节脉冲宽度为 10~50 µs,或者采用十分先进的 USP 激光器 Monaco,其脉冲宽度小于 350 fs。光纤激光器非常适合切割较厚材料和管材,因为在切割这类材料时,速度非常重要。飞秒激光器更适合切割极薄部件或精密部件,对于这些部件而言,表面光洁度非常重要,并且必须避免热副作用。
该机器可以处理管状基材(直径最大为 30 mm)和平板基材,因此具备更高的实用性和价值。该机器可进行 2 轴、3 轴或 4 轴作业。
该软件经过优化,易于操作,并可以实现快速加工。不同操作员可以根据其熟练程度获得不同的访问权限。工艺和工件参数可以记录,以便进行追溯。在混合系统中,机器可以在使用一个 CNC 文件的同一作业中的两个激光器之间进行切换。对于全自动加工,有一个专用模块可用于自动发短信;每当出现问题或工作完成时,它都会向操作员发送一条短信。
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