Ken Hetrick, Aerotech,
כאשר בוחנים את ההתקדמות הטכנולוגית של היום, היא מתייחסת לרוב לאחד או יותר מהתחומים הבאים: יותר תכונות, יותר מהיר ו/או יותר קטן. ללא ספק אנו חיים בעולם בו השינויים הטכנולוגיים המהירים הם הכלל ולא היוצא מן הכלל. התקנים רפואיים לא חסינים בפני התקדמות זו, ולמעשה, הם צועדים בראשה.
עם התקדמות תעשיית ההתקנים הרפואיים, שיפור הזמן עד לשיווק, התפוקה והאפיצויות בייצור הפכו לחשובים ביותר. דוגמה מעניינת היא ייצור הסטנטים, שם אפיצויות הייצור הגיעו למעשה לרמה התת-מיקרונית. בנוסף, מאחר שהתקנים אלה עתידיים להיות מוחדרים לתוך עורקי אדם, הם חייבים להיות חופשיים מחריצים ומקצוות חדים והם גם צריכים להיות היגייניים ביותר.
דרישות ייצור אופייניות מסטנטים כוללות:
•סטנטים מיוצרים לרוב מפלדת אל-חלד, ניטינול או סגסוגת על-בסיס קובלט.
•מבנה הסטנט הוא לרוב רשת או סליל .
•חומרי הסטנט צריכים להיות דקים עד כדי 0.001” (25.4 מיקרו-מטר).
•קוטר טיפוסי של סטנט נע בין 0.08” (2 ממ’) עד 0.2” (5 ממ’).
•גיאומטריות מורכבות דורשות דיוק ואפיצויות חיתוך של ±0.0001” (2.54 מיקרו-מטר).
כדי לקבל מושג על מספרים אלה, קוטר שיער אדם הוא בערך 100 מיקרו-מטר, כך שעובי הדופן המלא של החומר בסטנט הוא 25% מעובי שיער אדם. מבחינת ערכים אלה ניתן להבין בנקל את הקשיים של אבטחת איכות הייצור. אך מהי שיטת הייצור הטובה ביותר כדי לענות לאפיצויות מחמירות אלה?
בשל היכולות המיוחדות שלו, עיבוד הלייזר הפך לשיטה השולטת של חיתוך, קטיעה וריתוך חומרים עבור ייצור הסטנטים. בהשוואה לשיטות חיתוך אחרות, העיבוד בלייזר מייצר קצוות מאוד חלקים המקצרים משמעותית את מלאכת הגימור. יתרון נוסף של העיבוד בלייזר הוא היכולת לבצע חיתוכים מאוד מסובכים בדיוק מרבי. גורמים אלה מאפשרים למערכת להיות יותר יעילה-לעלות ולספק תפוקה משופרת.
מרכז עיבוד מכני של הלייזר האידיאלי יספק איכות גבוהה ביותר, הדירה ביותר וימטב את התהליך כולו. כאשר מתכננים מרכז עיבוד מכני ללייזר, יש לשקול מספר גורמים: הלייזר, ציוד ההינע, הבקר ומבנה היסוד.
חלופות עיבוד
גורמים שיש לשקול כאשר בוחרים את הלייזר הם הספק הלייזר, רוחב-הפס, אורך-הגל, תדר הפעולה, גודל הכתם, אורך הפולס ואיכות האלומה. בחירת הלייזר, שהוא לרוב YAG או סיב, תהיה תלויה בסוג החומר שיש לעבד, עובי הדופן של הצינור וסוג ופירוט החיתוך הדרוש.
ככלל, מכונה החותכת סטנטים דורשת ציר סיבובי וציר ליניארי. בצורה הפשוטה ביותר, הדבר ניתן להשיג על-ידי צירוף של רכיבים פרטניים ביחד. חיוני אז להוסיף יכולת מסוימת של טיפול בחומרים. אולם, בשל השגיאות הבלתי-נמנעות ברכיבים הפרטניים והצירוף של הצירים ביחד, והוספת מערכת לטיפול בחומר, אין אפשרות להרכיב מערכת ממוטבת באמת.
תכנון משופר
עם הנטייה של אפיצויות מחמירות יותר ותפוקה גבוהה יותר, תכנון מיטבי אשר ישלב את הציר הסיבובי והליניארי, כמו גם את מנגנון הטיפול בחומרים, יספק את הפיתרון היותר טוב. דוגמה של מערכת ממוטבת, משולבת, היא סדרת ה-Vascul-athe. הציר הסיבובי תוכנן לשילוב ישיר לתוך הציר הליניארי כך שהוא נמצא באותו הקו עם המנוע והמסבים הליניאריים. תכנון זה משפר את קשיחות המערכת כולה ומעלה את תדר התהודה. לציר הסיבובי יש גם מנגנון טיפול בחומר משולב המופעל פניאומאטית, המקטין ביעילות את מורכבות המערכת וממזער את מסת התנועה של המערכת כולה. למערכת גם תצורת חיתוך-רטוב אופציונאלית עבור יישומים המשתמשים בנוזל כדי למזער את האזור המושפע מחום ואת הנזק לדופן האחורית, וכדי לסייע לסילוק הפסולת.
התוצאה המצטברת של התכנון הממוטב של Vascul-athe היא שיפורים בתפוקה מ-200% עד 500% בהשוואה לשיטות ייצור ברמת-הרכיב מסורתיות, תוך שמירה על האפיצויות התת-מיקרוניות של הגיאומטריות המחמירות.
בנוסף לבחירת השלבים המכניים המתאימים, חשוב באותה המידה לבחור בקר תנועה רב-צירי מתאים. דוגמה של בקר רב-צירי עשיר-בתכונות שהוא טוב מאוד עבור ייצור התקנים רפואיים הוא ה- AeroTech Automation 3200 (A3200). ה-A3200 הוא בקר מבוסס-תוכנה המציע עד 32 צירים של תנועה סינכרונית. תכונות מפתח של ה-A3200 המשמש לייצור סטנטים רפואיים כוללות תנועת מיתאר (contour), תיחול לייזר PSO, יחידות היקפיות וקידום עיבוד רב-גושי.
אחת התכונות השימושיות ביותר היא היכולת לתכנת ביחידות היקפיות. מה דבר זה עושה ואיך הוא שימושי? על-ידי קביעת הקוטר של החלק הצירי, ניתן לכתוב תוכנית הנמצאת כאילו במרחב ה-XY. התוכנית מתרגמת לאחר מכן את קואורדינטות ה-XY לחלק הצירי וחותכת בהתאם.
תכונה אחרת המהותית לחיתוך עיגולים קטנים או קשתות על חלק צירי היא תנועת מיתאר. תנועת מיתאר מתייחסת לתנועה בה דרושים צירים מרובים אשר יעבדו ביחד. ה-A3200 לא רק יכול לספק תנועת מיתאר, אלא הוא גם משתמש בתנועה מתקדמת, “multi-block look-ahead” כדי למטב את מהירות החיתוך כפונקציה של גיאומטריית החלק.
כאשר היא מבצעת תכנית, פונקציית ה- multi-block look-ahead בוחנת ברציפות קווי-קוד שיש לבצע מאוחר יותר בתכנית. התאוצה הנגרמת על-ידי קשתות ועיגולים בחלק מחושבת על-ידי פונקציית look-ahead ומושווית לערך של תאוצת-סף המוגדר על-ידי המשתמש. אם התאוצה בקשת היא מעל הסף המותר, הבקר יאט את מהירות החיתוך לפני העיבוד של החלק הנדון, כדי להבטיח שגבול התאוצה לא נחצה.
לאחר עיבוד התוכנה, מהירות החיתוך המתוכננת חוזרת. על-ידי כוונון גבול התאוצה בתכנית, אפשר לבקר ישירות את דיוק החלק ואת תפוקת המערכת.
הקטנת סף התאוצה גורמת לשגיאות מצב יותר נמוכות וזמני עיבוד ארוכים יותר. קביעה של תאוצה גבוהה יותר גורמת לשגיאת מצב מוגברת ותפוקת מערכת מוגברת.
תכונת-מפתח נוספת היא היכולת של A3200 לתחל ולבקר את הלייזר על-פי המצב. מוצא מסונכרן מצב (position synchronized output – PSO) משתמש בשילוב של חומרה ותוכנה כדי לאפשר לתיחול הלייזר להתבסס על המצב האמיתי של הצירים. כאשר משתמשים בה בשילוב עם multi-block look-ahead, פונקציית ה-PSO תבטיח חפיפה עקבית של כתם הלייזר בשעה שמהירות החיתוך משתנה, ומכאן איכות קצוות משופרת ואזור השפעת חום מוקטן.
מבנה בסיסי
המבנה הבסיסי כולל את בסיס המכונה, לוח בסיס המערכת והתמיכה באופטיקת הלייזר. אם המערכת איננה ממוטבת עבור יציבות, יכולות להיווצר שגיאות משמעותיות אשר ישפיעו על איכות החלקים המיוצרים. השגיאות מוכנסות לתהליך מהדינמיקה הגבוהה של המערכת המעבירה אנרגיה לתוך המערכת, דבר המשפיע על יציבות המערכת ושגיאת עיקוב המצב במשך התהליך. כאשר הצירים נעים, נוצרים כוחות ריאקטיביים בתוך המערכת. כדי למזער את השפעות הדינמיקה של המערכת, מומלץ תכנון מבנה על בסיס יציב, אשר יכול לכלול רכיבים כגון לוח בסיס מגרניט, בידוד אלסטומרי ובסיס-מכונה עשוי פלדה.
נושא אחר של דאגה הוא השגיאה שיכולה להיווצר בתנועה הדיפרנציאלית בין החלק וראש הלייזר. שגיאה זו לא ניתנת להבחנה בתוך מערכת הבקרה ולכן לא ניתן לתקנה דרך לולאת הבקרה. השיטה הטובה ביותר להקטין שגיאה זו היא למטב את קשיחות המבנה המחזיק את הלייזר והאופטיקה. אחת השיטות המומלצות היא לספק מבנה גשר מגרניט מוצק כדי להרכיב את האופטיקה ולמזער את אורך ראש הלייזר הלא-נתמך. התכנון לא רק יספק את התמיכה הדרושה כדי לקזז עבור הצירים הנעים, אלא גם יוכל לתמוך באופטיקה, ומכאן איכות חלקים משופרת.
סיכום
בשעה שייצור סטנטים וחלקים גליליים אחרים מוסיף לדרוש אפיצויות מחמירות יותר, חשוב ביותר לשקול את כל ההיבטים של מרכז עיבוד מכני מבוסס לייזר. התוצאה הסופית של מרכז עיבוד מכני ממוטב זה היא מערכת החוסכת כסף על-ידי הספקת תפוקה משופרת ואיכות חלקים טובה יותר.
*הכתבה נמסרה באדיבות חברת להט טכנולוגיות, נציגתה הבלעדית של חברת Aerotech בישראל
