펨토초 레이저를 사용한 MDM 절단에 대한 급증하는 관심 설명
이러한 레이저의 향상된 성능/비용과 소형 의료 기기에서 우수한 절단 품질에 대한 수요가 증가함에 따라 채택이 매우 강하게 증가하고 있습니다.
2022년 10월 18일, Coherent
파이버 레이저와 펨토초 레이저를 기반으로 한 Coherent 튜브 절단기의 상대적 시스템 매출.
파이버 레이저는 비교적 낮은 비용, 확장 가능한 출력 및 높은 신뢰성으로 인해 의료 기기 제조 업계에서 절단 및 드릴링 응용 분야를 수년 동안 지배해 왔습니다. 펨토초 레이저는 절단 품질 측면에서 확실한 이점을 제공하지만, 오랫동안 시장 점유율이 작았습니다. 하지만 이러한 추세는 그림에 요약된 Coherent 튜브 절단 시스템의 판매 수치에서 증명된 것처럼 매우 빠르게 바뀌고 있습니다. 파이버 레이저와 비교하여 시장 점유율이 극적으로 성장한 이유를 살펴보겠습니다.
펨토초 레이저 - 더 양호하고 더 미세한 절단
재료 가공에 펨토초(fs) 레이저를 사용하는 특유의 장점 조합은 오랫동안 알려져 왔습니다. 파이버와 같은 기존 레이저의 경우 대부분의 재료 상호 작용은 광열이어서 열 영향 구역(HAZ)이 발생합니다. 정밀 응용 분야에서 이는 용융 없이 깨끗하게 가공할 수 있는 최소 형상 크기를 제한하고, 허용할 수 없는 기능적 또는 미용적 손상을 일으킬 수 있으며, 종종 기계적 후처리(예: 디버링, 수동 연마 또는 리밍)가 필요합니다. 반대로 fs 레이저는 훨씬 더 높은 피크 전력에 훨씬 더 짧은 펄스를 제공하여 열이 부품으로 전달되기 전에 즉시 재료를 증발시킵니다. 이러한 온도가 낮고 더 정밀한 절단은 재주조 파편 없이 더 작은 형상을 만들 수 있으므로 연삭이나 연마가 필요하지 않습니다. 또한 이 방법은 폴리머/금속 층과 같은 혼합 재료 부품을 포함하여 거의 모든 재료에서 작동합니다(그림 참조).
펨토초 레이저는 뛰어난 엣지 품질에 재주조 재료 없이 거의 모든 재료를 절단할 수 있습니다.
더 정밀한 디테일을 가진 소형화된 장치(예: 스트럿)
최근 fs 레이저 가공의 채택 증가를 초래한 주요 요인은 더 작고 얇은 벽 구성 요소와 더 많은 절단 세부 정보가 특징인 의료 기기(예: 말초혈관 스텐트, 하이포 튜브, 최소 침습 도구 등)에 대한 수요입니다. 이는 특히 위 그림과 같이 튜브 절단 형상에 맞게 구성된 기계에 대한 수요에서 보여줍니다. 게다가, 더 까다로운 재료와 더 비싼 재료의 사용도 2차적인 요인입니다. 예를 들어, 파이버 레이저 후 후처리로 수율을 50%까지 낮출 수 있지만 fs 레이저 절단에는 후처리가 필요하지 않은 마그네슘 생분해성 스텐트가 있습니다. 다른 산업(예: 디스플레이/전자)도 이 기술로 옮겨가고 있으며, 이는 추가적인 시장 수요를 제공하여 레이저 제조업체가 고급 fs 레이저와 기계를 개발하도록 더욱 장려합니다.
fs 레이저의 발전 - 더 높은 전력, 더 낮은 와트당 비용
실제로 펨토초 레이저는 성능, 경제성, 신뢰성 측면에서 새로운 성숙 수준에 도달했습니다. 전력은 처리량을 직접 결정하기 때문에 특히 중요한 성능 매개변수입니다. 차세대 fs 레이저의 한 예는 Coherent Monaco 시리즈로서, 판매 차트에 포함된 기간 동안 최대 전력이 20W 미만에서 60W 이상으로 연속적으로 증가했습니다. 대다수 펨토초 레이저의 와트당 비용도 최근에는 떨어졌습니다. 따라서 이러한 레이저는 더 낮은 부품당 비용과 함께 더 높은 처리량을 제공할 수 있습니다. 초기 Monaco 모델은 몇 년 동안 24시간 연중무휴로 수요가 많은 생산 환경에서 작동해 왔으며, 이는 fs 레이저의 향상된 신뢰성이 전반적인 소유 비용을 더욱 낮추는 데 기여한다는 것을 강조합니다. 기계적 후처리 단계를 제거함으로써 발생하는 비용 절감과 함께, 이는 확실히 여러 정밀 절단 작업에 대한 경제성 있는 전환점이 되었습니다.
간소화된 자동화 기계
물론 의료 기기를 만드는 대부분의 사람들은 단순히 레이저를 원하는 것이 아니라, 오히려 완전한 레이저 기계를 원합니다. 그리고 이 그림의 마지막 부분은 간소화된 자동화 부품 처리 및 검사 기능을 갖춘 고급 fs 레이저 기계의 가용성입니다. 여기에는 광범위한 교육이나 전문 지식이 필요하지 않은 사용하기 쉬운 소프트웨어도 포함됩니다. 이를 통해 사용자는 다양한 장치의 소규모 배치 간에 빠르게 전환하거나 더 많은 양의 구성 요소에 대한 장시간 자동 실행을 수행할 수 있는 유연성을 제공합니다. 한 가지 예는 Coherent의 ExactCut 시리즈로, 최신 운영 소프트웨어인 Coherent Laser FrameWork를 포함하고 있습니다.
결론: 파이버, fs 레이저 또는 둘 모두?
MDM에서 오늘날 새로운 기계를 구매하는 모든 사람에게 가장 큰 문제 중 하나는 fs 또는 파이버 레이저 중에서 선택하는 것입니다. 파이버 레이저의 나머지 주요 장점은 더 높은 가용 전력으로 인해 더 빠르게 절단하고 더 두꺼운 부품을 절단할 수 있다는 것입니다. 그러나 더 얇은 부품의 경우 반복률을 낮추고 누적 열 손상을 방지해야 하기 때문에 전력 및 속도 상의 이점이 대개 감소합니다. 따라서 결론은 최적의 레이저 유형은 실제로 응용 분야의 특성에 따라 달라진다는 것입니다.
이것이 의료 기기 절단을 위한 최신 레이저 기계가 이제 fs 또는 파이버 레이저 중에서 선택하거나 두 레이저를 모두 사용하는 하이브리드 옵션으로 제공되는 이유입니다. 후자의 옵션을 사용하면 사용자는 단일 작업에서도 레이저를 원활하게 전환할 수 있으며, 파이버 대 fs 레이저로 더 경제적으로 절단할 수 있고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
Coherent StarCut Tube Hybrid가 Motion Dynamics가 신경학 관련 하위 어셈블리를 위해 레이저 절단을 활용하는 데 어떻게 도움이 되었는지 자세히 알아보십시오.
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