新型切管工艺满足下一代生产需要

寂静回声

支架和导管被用于无数医疗器械中，并且每天都会出现更多新的支架和导管，部分原因是受到日益增加的微创手术以及支架的普遍使用等需求的推动。随着越来越多的激光切割支架、挠性管、套管和微套管，针、活检装置和其他微创工具的需求出现，设备的数量和多样性也正在迅速增加。
尽管传统的支架切割和切管系统在近几十年中表现良好，但新进入市场的一系列切割技术提供了更快、更好的切割质量，并且展现出更高的生产效率以及独特的切割能力。

过去二十年中使用的脉冲Nd:YAG激光器，因其表现良好，一直被视作理想的生产工具。然而遗憾的是，最初那些仍在运行中的脉冲集成Nd:YAG激光器如今已经过时，难以满足需求。 虽然不少这类系统已经被升级到光纤激光器，但它们仍然配置了落后于现代技术好几代的陈旧的工作台设置。此外，它们运行在安装了旧版软件的慢速及老化的控制器上。
简单地说，激光器、工作台、控制器、软件、水系统和自动化管装载技术都处于持续发展中。 以下是对这些组件在改善方面的简要概述，以此获得更快更好的切割，同时实现更高的生产率和更少的停机时间。
● 激光器
过去使用的脉冲Nd:YAG激光器如今已被具有更好光束质量的光纤激光器所取代，并且这种光束质量不会随脉冲能量和平均功率而变化，从而提供了更小、更一致，以及切割公差更严格的聚焦光斑尺寸，且当光斑尺寸低至10μm时，能够切割出更精细的细节特征。这些激光器提供高达5千赫兹（kHz）的脉冲频率和低至20微秒（ms）的脉冲宽度，以实现各种管材和壁厚的能量输入优化。从操作角度来看，光纤激光器具有许多优点。它们采用气冷方式，耗费240V的单相电，并配有使用寿命大于70,000小时的二极管，这确保了最低的运行成本。
光纤激光器使用微秒脉冲，并能提供足以满足许多应用需求的切割速度和边缘质量。飞秒（fs）激光器提供的激光脉冲低于400x10-15秒，或者说其脉冲比光纤激光器短约100万倍。非常短的脉冲持续时间，再加上千兆级的峰值功率，使其能够提供独特的切割能力。光纤激光器具有熔割机制，借助激光脉冲熔化金属，然后通过同轴的高压气体从部件喷射出来。飞秒激光器非常高的峰值功率和短于材料传导时间的脉冲持续时间打造出几乎纯净的蒸发机制。由于在切割过程中没有熔体产生，所以不存在毛刺现象，这对于诸如镍钛类（其具备形状记忆特性，常用于心血管的植入物）之类的材料是非常有益的。

以常见的冠状动脉支架为例，这是使用Nd:YAG和光纤激光器制造的首款装置之一。首先，零件必须先经过机加工，再使用工具对其进行磨削或清理，最后进行去毛刺处理。然后还必须执行一道化学蚀刻工艺来清理边缘周围，接着再进行电化学抛光工艺。这些步骤相当耗时，它们也可能导致部件脆化或变形，并可能出现微裂缝。镍钛合金本身的材料成本高昂，因此，如果无法在每一道工序中保证加工质量，当产量接近70％时，就已经意味着损失巨大。
相较之下，飞秒激光可实现无毛刺切割，大大减少了耗时的后处理步骤。零件被机加工后，进行电化学处理以使其边缘呈圆弧。因而，部件的完整性得到提高，产量可接近95％。此外，使用飞秒激光器对于正在寻求将切割工艺引入企业内部完成，但又不希望经历光纤激光切割所需的化学后处理材料和工艺流程等多个方面的用户而言，着实是一个具有吸引力的解决方案。
拥有最小热输入和卓越热输入控制的飞秒激光器是用于在小部件上切割出具有优异边缘质量和功能特性的绝佳工具。
大多数支架和管材都是采用金属制成的。另外，FDA（美国食品药品监督管理局）批准的聚合物支架如今能够在市场上买到，并且只能用飞秒激光器切割而成。光纤激光器在聚合物的加工中无法充分吸收以完成高质量的切割。相比之下，飞秒激光器具有非常高的光子密度，因而能够通过一种被称为多光子吸收的过程为聚合物材料所吸收，继而完成切割。切割效果还可通过使用超过1μm的绿光波长进行增强，以实现更好的切割质量、更快的切割速度和更大的工艺窗口。
● 软件，控制器和工作台
新的数字运动控制器和改进的工作台使用户能够遵循编制好的工具路径，由此可以减少后续的错误以及获得更快的加速度和速度，最终实现更短的加工周期。在大多数管类切割应用中，影响加工周期的主要因素是运动，这与旋转轴脱不了干系，因此工作台和控制器性能的改进是促进生产最大化的关键要素。

作为日常操作的一部分，操作员与控制软件用户界面的交互可以优化设置和过程监控的效率，并能帮助降低操作员的错误率。使用这一交互界面能清楚地规划应用程序，操作员不再需要陷入与控制软件的周旋中。相反，他们将非常适应这些控制软件，甚至可以使用它来简化流程以提高操作效率。
此外，在线传感器、测量仪器、数字流量计和阀门可以报告所有过程关键参数的状态，包括辅助气体压力、水流量和压力。监控的还不仅仅是这些重要工艺的状态，还可以设置具体的报警数值和错误状态，以避免物料浪费，更重要的是避免设备损坏和停机时间。
● 水系统
在许多传统的系统设计中，水系统是一个短板，需要投入不断的关注和维护以保持机器的运行。诸如水箱尺寸小、泵寿命短以及缺乏内部流量监测等问题，都会成为水系统变得不可靠的诱因。使这些问题更为复杂的是，即便简单地更换水过滤器也很难进入其中。因而，更加新型的水系统具有10加仑水箱体积、配置4级碎屑过滤、智能可编程流量阀，多个电磁开关以防止大量漏水，以及能够在几秒钟内完成过滤器更换的抽屉式硬件结构。同时，用户界面为操作员提供了所有必要的信息，以及预切割的保护措施，从而确保所有流程能够顺利进行。
● 自动化管装载技术
标准的支架和管类切割是使用长达3米的管类件手动装载的。随后切割器开始切割部件并根据程序推进管子。当剩余管件的长度无法再继续完成切割，余下的部分将被移除，同时重新装载新的管件。随着提高生产力和降低人工成本的压力越来越大，许多工厂现在正使用自动化管件装载机来为切管提供进给。虽然这不是新的举措，但是在管径大于1.5mm的情况下，使用这些管装载机进行自动湿法连接（不需要干燥的接触面而进行的连接）的潜力更大。尽管不会在完全“熄灯”模式下操作切管器，但使用自动装载机可以显著减少人力需求。
● 开放式体系结构设计
任何系统的关键要素之一是使硬件可以在日常基础上为操作人员使用。有助于此的一个途径是使用减振效果更好的复合材料。由于复合材料具有均匀的内部结构，因此可以进行机械建模和优化，以便在载荷作用下实现隔振、承载和挠度计算等目标。这使得悬臂能够支撑聚焦光学元件以及z轴和横轴工作台，从操作者可访问性角度提供了非常开放式的机器结构。
产能更高，零件质量更好
最新一代的支架和管切割系统的系统设计和切割性能相较传统的机器展现出显著的优势和能力，不仅能够提高生产效率，并促进产品创新以获得更好的加工能力。无论使用光纤或飞秒激光器，最新一代的支架和管切割系统在控制器、控制软件和运动体系等方面的改进都使其超越了传统系统，或者说，为未来的生产需求提供了新的能力。