כאשר בוחנים את ההתפתחויות הטכנולוגיות של היום, הן לרוב מתחלקות לשלושה סוגים: מוצר יותר עשיר, יותר מהיר ו/או יותר קטן. ללא ספק אנחנו חיים בעולם בו שינויים טכנולוגיים מהירים הם נחלת הכלל, ולא היוצא מן הכלל. התקנים רפואיים אינם זרים להתקדמות זו, ולמעשה, הם מובילים את התהליך.
עם התקדמות תעשיית ההתקנים הרפואיים, הזמן לשיווק, התפוקה והאפיצויות בייצור נעשו חשובים ביותר. דוגמה מעניינת היא ייצור הסטנטים, (תבניות או צינורות לשימוש רפואי-כירורגי) בהם אפיצויות הייצור הגיעו לרמה התת-מיקרונית. בנוסף, מאחר שהתקנים אלה יוחדרו לתוך עורקי אנוש, עליהם להיות ללא חריצים או סריטות ועליהם גם להיות היגייניים ביותר.
דרישות ייצור אופייניות של סטנטים כוללות:
•סטנטים מיוצרים לרוב מפלדה, ניטינול או סגסוגת על-בסיס קובלט.
•מבנה הסטנט הוא לרוב רשת או סליל.
•חומרי הסטנט יכולים להיות דקים עד 0.001” (25.4um).
•הקטרים האופייניים של הסטנטים הם מ-0.08” (2 ממ’) עד 0.2”(5 ממ’).
•גיאומטריות מורכבות מחייבות דיוק ואפיצויות חיתוך של ±0.0001” (25.4um).
כדי להעמיד אחדים ממספרים אלה בפרספקטיבה, קוטר של שערת אדם הוא בערך 100 um, כך שכל עובי הדופן של החומר בסטנט הוא 25% מעובי שערת אדם. אם מתבוננים בנתונים אלה, קל להבין את הקשיים בהבטחת איכות הייצור. אבל מהי השיטה הטובה ביותר כדי להיענות לאפיצויות מחמירות אלה?
בשל יכולתו היחידה, העיבוד בלייזר הפך לשיטה השולטת של חיתוך, הסרה וריתוך חומרים לייצור הסטנטים. בהשוואה לשיטות חיתוך אחרות, העיבוד בלייזר יוצר קצוות מאוד חלקים המקצרים משמעותית את תהליך הגימור. יתרון נוסף של העיבוד בלייזר הוא היכולת לבצע חיתוכי תכנון מורכבים בדיוק מרבי. גורמים אלה מאפשרים לשיטה להיות יותר יעילה-לעלות כדי לספק תפוקה משופרת.
מרכז העיבוד בלייזר האידיאלי ייצר באיכות הגבוהה ביותר, ייהנה מהדירות גבוהה ביותר וימטב את כל התהליך. כאשר מתכננים מרכז לעיבוד בלייזר, יש להתחשב במספר גורמים: ציוד הנעת הלייזר, הבקר והמבנה הבסיסי.
חלופות עיבוד
גורמים שיש להביא בחשבון כאשר בוחרים לייזר כוללים הספק הלייזר, רוחב-הפס, אורך הגל, תדר הפעולה, גודל הכתם, משך הפולס ואיכות הקרן.
הבחירה של לייזר, שהוא לרוב YAG או סיב, תהיה תלויה בסוג החומר שיש לחתוך, עובי הדופן של הצינור, ופירוט הסוג והחיתוך הדרוש.
ככלל, מכונה לחיתוך סטנטים דורשת ציר סיבובי וליניארי. בצורה הפשוטה ביותר, אפשר לבצע זאת על-ידי הברגת רכיבים בודדים ביחד. לאחר מכן חייבים להוסיף יכולת מסוימת של טיפול בחומר. אולם, בשל השגיאות הבלתי-נמנעות ברכיבים הבודדים בעצמם וההברגה של הצירים ביחד, והוספת מערכת לטיפול בחומר, אין אפשרות להתקין מערכת ממוטבת באמת.
תכנון משופר
עם השאיפה לאפיצויות מחמירות יותר ותפוקה גבוהה יותר, תכנון מיטבי, המשלב את הציר הסיבובי והליניארי, כמו גם מנגנון הטיפול בחומר, מספק את הפיתרון הטוב ביותר. דוגמה של מערכת ממוטבת, משולבת היא סדרת ה-VascuLathe . הציר הסיבובי תוכנן להשתלב ישירות בציר הליניארי כך שיהיה בקו אחד עם המנוע הליניארי והמסבים. תכנון זה משפר את קשיחות המערכת כולה ומעלה את תדר התהודה. לציר הסיבובי יש גם מנגנון טיפול בחומר משולב מופעל פניאומטית, המפחית ביעילות את מורכבות המערכת וממזער את מסת התנועה הכוללת של המערכת. למערכת גם תצורה אופציונלית של חיתוך רטוב, עבור יישומים המשתמשים בנוזל כדי לקרר את האזור החשוף לחום ולנזק בדופן האחורית, ולסייע בסילוק הפסולת.
התוצאה המצטברת של התכנון הממוטב של VascuLathe מעניקה שיפורים מ-200% עד 500% כאשר משווים לגישות ייצור ברמת-הרכיב המסורתיות, בעוד עדיין שומרים על אפיצויות תת-מיקרוניות בגיאומטריות של חלקים הדוקים.
בנוסף לבחירת השלבים המכניים המתאימים, חשוב גם לבחור בקר תנועה רב-צירי מתאים. דוגמה של בקר רב-צירי רווי-יתרונות המתאים מאוד לייצור התקנים רפואיים הוא ה Aerotech Automation 3200 (A3200). ה-A3200 הוא בקר מבוסס תוכנה המציע עד 32 צירי תנועה סינכרוניים. תכונות מפתח של ה-A3200 המשמשות בייצור סטנטים רפואיים כוללות תנועה קונטור, יחידות היקפיות של תיחול לייזר PSO וצפייה רב-גושית.
תכונה אחת שימושית ביותר היא היכולת לתכנת ביחידות היקף. אם כן, מה זה עושה ואיך זה עוזר? על-ידי קביעת הקוטר של הרכיב הגלילי, ניתן לערוך תכנית כאילו הוא במרחב XY. התוכנה מתרגמת לאחר מכן את הקואורדינטות XY לחלק הגלילי וחותכת בהתאם.
תכונה נוספת החיונית לחיתוך מעגלים או קשתות קטנים בחלק הגלילי היא התנועה הקונטורית. תנועה קונטורית מתייחסת לתנועה בה צירים מרובים אמורים לעבוד ביחד. ה-A3200 לא רק מסוגל לבצע תנועה קונטורית, אלא גם משתמש בתכונה מתקדמת, “צפייה רב-גושית”, כדי למטב את מהירות החיתוך כחלק מגיאומטריית החלק.
כאשר מבצעים תוכנית, פונקציית הצפייה הרב-גושית סוקרת ברציפות שורות קוד הפעילות מאוחר יותר בתכנית. תאוצות הנגרמות על-ידי הקשתות והמעגלים בחלק מחושבים על-ידי פונקציית הצפייה ומושווים לערך סף של תאוצה המוגדר על-ידי הלקוח. אם התאוצה בקשת היא מעל הערך המותר, הבקר יאט את מהירות החיתוך לפני עיבוד החלק הנובע כדי להבטיח שגבול התאוצה לא נפרץ.
לאחר שהתכונה עובדה, מהירות החיתוך המתוכננת שבה. על-ידי כיוונון גבול התאוצה בתכנית, אפשר לבקר ישירות את דיוק החלק ותפוקת המערכת. הפחתה של גבול התאוצה גורמת לשגיאות מיצוב נמוכות יותר וזמני עיבוד ארוכים יותר. כיוונון גבוה יותר של התאוצה גורם לשגיאת מצב גדלה ותפוקת מערכת עולה.
תכונת מפתח נוספת של ה-A3200 היא יכולתה לתחל ולבקר את הלייזר על-בסיס המצב. המוצא המסונכרן על-ידי המצב (position synchronized output – PSO) משתמש בשילוב של חומרה ותוכנה כדי לאפשר לתיחול הלייזר להתבסס על המצב המעשי של הצירים. כאשר משתמשים בה בצירוף הצפייה הרב-גושית, פונקציית ה-PSO תבטיח חפיית (overlap) כתם קרן הלייזר העקבית כאשר מהירות החיתוך משתנה, והתוצאה היא איכות קצוות משופרת ואזור מושפע מחימום מופחת.
מבנה בסיסי
המבנה הבסיסי כולל את בסיס המכונה, לוח הבסיס של המערכת, ותמיכה עבור האופטיקה של הלייזר. אם המערכת איננה ממוטבת ליציבות, עלולות להופיע שגיאות משמעותיות אשר ישפיעו על איכות החלקים המיוצרים. השגיאות מוכנסות לתוך התהליך מהאנרגיה המעבירה דינמיקת מערכת גבוהה לתוך המערכת, המשפיעה על יציבות המערכת ושגיאת עיקוב המצב במשך התהליך. כאשר הצירים נעים, נוצרים כוחות ריאקטיביים בתוך המערכת. כדי למזער את השפעות דינמיקת המערכת, מומלץ לתכנן מבנה בסיס יציב, אשר יכול לכלול רכיבים כגון לוח בסיס מגרניט, בידוד אלסטומרי ובסיס-מכונה עשוי פלדה.
נושא אחר של דאגה הוא השגיאה שעשויה להיווצר בתנועה הדיפרנציאלית בין החלק וראש הלייזר. שגיאה זו לא ניתנת להבחנה בתוך מערכת הבקרה, ולכן לא ניתנת לתיקון דרך לולאת הבקרה. השיטה הטובה ביותר להקטין שגיאה זו היא למטב את קשיחות המבנה המחזיק את הלייזר והאופטיקה. שיטה מומלצת היא לספק מבנה גשר גרניט קשיח להרכבת האופטיקה ולמזער את אורך ראש הלייזר הבלתי-נתמך. תכנון זה לא רק מספק את התמיכה הדרושה כדי לפצות על הצירים הנעים, אלא עשוי גם לתמוך באופטיקה, דבר הגורם לשיפור באיכות החלק.
סיכום
בשעה שייצור סטנטים וחלקים גליליים אחרים מוסיף לדרוש אפיצויות מחמירות יותר, יש חשיבות מכרעת לשקול את כל ההיבטים של מרכז מיכון בלייזר. התוצאה הסופית של מרכז מיכון ממוטב היא מערכת החוסכת כסף על-ידי הספקת תפוקה משופרת וחלקים איכותיים יותר.
המאמר נמסר באדיבות חברת להט טכנולוגיות.
