Лазерные решения для резки труб и плоского проката

Роланд Вёльцляйн | 17 августа 2020 г.

Сегодня почти вся прецизионная лазерная резка металлов и неметаллов выполняется с помощью инструментов, оснащенных либо волоконными лазерами, либо ультракороткоимпульсными (USP) лазерами, а иногда и тем и другим. В этой статье мы объясним различные преимущества обоих типов лазеров и посмотрим, как два производителя используют эти лазеры. NPX Medical (Плимут, Миннесота) — контрактная специализированная компания по механической обработке широкого спектра устройств и инструментов для развертывания, таких как стенты, имплантаты и гибкие трубки, с использованием станка со встроенным волоконным лазером. Компания Motion Dynamics производит такие узлы, как «натяжные» сборки, в основном для использования в неврологии, используя машину, включающую фемтосекундный лазер USP, а также одну из новейших гибридных систем, включающую как фемтосекундный лазер, так и волоконный лазер, для максимальной гибкости и универсальность.

В течение многих лет большая часть лазерной микрообработки выполнялась с использованием твердотельных наносекундных лазеров, называемых лазерами DPSS. Но теперь эта ситуация полностью изменилась благодаря разработке двух совершенно разных и, следовательно, дополняющих друг друга типов лазеров. Волоконный лазер, который изначально был разработан для телекоммуникаций, со временем стал «рабочей лошадкой» для обработки материалов во многих отраслях, обычно на длинах волн, близких к инфракрасному. Причиной его успеха является простая архитектура и возможность легкого масштабирования мощности. В результате лазеры становятся компактными, высоконадежными, легко интегрируются в специализированные машины и обычно предлагают более низкую стоимость владения, чем более старые типы лазеров. И что немаловажно для микрообработки, выходной луч можно сфокусировать в небольшое чистое пятно диаметром всего несколько микрон, поэтому они хорошо подходят для резки, сварки и сверления с высоким разрешением. Их выход также очень гибок и управляем: частота импульсов варьируется от одиночного до 170 кГц. Вместе с масштабируемой мощностью это обеспечивает быструю резку и сверление.

Однако единственным потенциальным недостатком волоконных лазеров в микрообработке является обработка мелких деталей и/или тонких, деликатных деталей. Длинная (например, 50 мкс) длительность импульса может привести к образованию небольшого количества зон термического влияния (ЗТВ), таких как повторно отлитый материал, и незначительной шероховатости кромок, что может потребовать некоторой последующей обработки. К счастью, новый тип лазера — лазер ультракоротких импульсов (УКИ) с фемтосекундными выходными импульсами — устраняет проблему ЗТВ.

В лазерах USP большая часть дополнительного тепла, связанного с процессом резки или сверления, уносится с выброшенными обломками, прежде чем оно успевает распространиться на окружающий материал. Лазеры USP с пикосекундной мощностью уже давно используются в микрообработке пластмасс, полупроводников, керамики и некоторых металлов (пикосекунда = 10–12 секунд). Но для металлических устройств со стойками размером с человеческий волос высокая теплопроводность металла и крошечные размеры означают, что пикосекундные лазеры не всегда дают улучшенные результаты, которые оправдывали бы повышенную стоимость первых лазеров USP. Сейчас ситуация изменилась с появлением промышленных фемтосекундных лазеров (фемтосекунда = 10-15 секунд). Примером может служить серия лазеров Monaco от Coherent Inc. Как и волоконные лазеры, их выходная мощность находится в ближней инфракрасной области, что означает, что они могут резать или сверлить все металлы, используемые в медицинских устройствах, включая нержавеющую сталь, платину, золото, магний, кобальт, хром, титан и др., а также неметаллы. И хотя сочетание короткой длительности импульса и низкой энергии импульса предотвращает термическое повреждение (HAZ), высокая частота повторения (МГц) обеспечивает экономичную производительность для многих дорогостоящих медицинских устройств.

Конечно, практически никому в нашей отрасли не нужен только лазер; скорее, им нужен лазерный станок, и в настоящее время существует ряд специальных станков, оптимизированных для резки и сверления медицинских устройств. Примером может служить серия StarCut Tube от Coherent, которая доступна с волоконным лазером, фемтосекундным лазером или в виде гибридной версии, включающей оба типа лазеров.