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醫(yī)療激光新聞

血管支架切割并行于高精度激光加工

星之球科技 來源:北京普利時機(jī)電2011-11-05 我要評論(0 )   

心血管支架市場的增長要求激光加工技術(shù)的提高 激光加工技術(shù)的提高,有助于支架制造商迎接大量生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。支架支柱厚度通常小于70微米,因研究發(fā)現(xiàn)了減小厚度的支架的優(yōu)...

心血管支架市場的增長要求激光加工技術(shù)的提高

  激光加工技術(shù)的提高,有助于支架制造商迎接大量生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。支架支柱厚度通常小于70微米,因研究發(fā)現(xiàn)了減小厚度的支架的優(yōu)點,薄支柱的需求越來越大。為了滿足這些嚴(yán)格的要求,精確的激光切割技術(shù)是必不可少的。微制造雜志最近的一篇文章討論了如何用先進(jìn)的運(yùn)動技術(shù)幫助支架制造商回答這些關(guān)鍵行業(yè)的很多需求。

  為了滿足對越來越小的支架支撐的需求,激光工作站的運(yùn)動部件,控制器(軟件),以及激光器本身必須具有前所未有的精度。VascuLathe ®圓柱形激光加工系統(tǒng)是一種滿足支架制造應(yīng)用的苛刻要求的革命性的創(chuàng)新,它全集成的運(yùn)動系統(tǒng)采用高性能直接驅(qū)動線性和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動技術(shù),且配備自動化物料輸送功能和濕切割作業(yè)功能。

  集成的直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動設(shè)計與基本部件配置的系統(tǒng)相比,具有更高剛性和較小運(yùn)動質(zhì)量,使得總體動態(tài)剛度更高。由此產(chǎn)生的增加的帶寬與傳統(tǒng)的組件級的制造方法相比,生產(chǎn)能力提高了2至5倍,同時仍嚴(yán)格保持亞微米級的幾何公差。VascuLathe ®更高的生產(chǎn)能力意味著使用更少的機(jī)器就能 生產(chǎn)出同等數(shù)量的支架,不僅大大降低總勞動力成本和而且對總房屋面積的需求也大大減小。另外,VascuLathe ®可用于在現(xiàn)有生產(chǎn)空間內(nèi)滿足日益增長的生產(chǎn)量的需求,減少因夸大產(chǎn)能產(chǎn)生的費(fèi)用。.

  新生活:先進(jìn)的激光加工技術(shù)是心血管支架市場增長的關(guān)鍵

  冠狀動脈支架行業(yè)----一次性醫(yī)療器械發(fā)展聲勢浩大,僅僅在過去的5年前以雙位數(shù)增長,然后迅速跳入一個兩位數(shù)的衰退期,正卷土重來。 Frost&Sullivan,圣安東尼奧公司療器械市場醫(yī)研究經(jīng)理Venkat拉詹說:經(jīng)過2年的近乎停滯后,由于擔(dān)心安全及過度關(guān)注已得到妥善處理,1.8億美元的支架市場在2009年發(fā)布了百分之三的增值。雖然這對支架制造商是好消息,但仍然存在重大挑戰(zhàn)。激光加工技術(shù)將承擔(dān)起日益關(guān)鍵的角色來盡力協(xié)助他們應(yīng)付這些挑戰(zhàn)。

  競爭和創(chuàng)新

  2000年,科迪斯(Cordis Corp)公司,邁阿密湖的強(qiáng)生公司,佛羅里達(dá)州和波士頓科學(xué)公司,納提克,馬薩諸塞州的公司被美國食物及藥物管理局批準(zhǔn)為藥物洗脫支架的唯一供應(yīng)商。 (售出的支架百分之九十是DES,百分之十是裸金屬)?,F(xiàn)如今,原始設(shè)備制造商的競爭力已經(jīng)倍增,與雅培血管(伊利諾伊州雅培公園,雅培實驗室的一個部門),以及美敦力公司(Medtronic Inc),克利夫蘭,與其競標(biāo)美國FDA檢查的產(chǎn)品的利潤份額。約有10個其他公司在發(fā)展自己的血管支架。此外,在過去10年,數(shù)十名合同制造商進(jìn)入該行業(yè)。

  為了有效地參與日益激烈的競爭領(lǐng)域,OEM和合同制造商依靠不斷的技術(shù)創(chuàng)新,降低成本,提高質(zhì)量或兩者兼而有之。據(jù)激光時代科技開發(fā)公司(伊利諾伊州沃基根)銷售開發(fā)部副總裁丹卡普Dan Capp介紹,近幾年來,激光支架切割技術(shù)的發(fā)展提高集中激光工作站,運(yùn)動系統(tǒng),控制器(軟件)及激光器本身。

  激光工作站和激光,直線電機(jī)運(yùn)動系統(tǒng),直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸,激光控制電路,以及CAD / CAM和控制軟件安裝在花崗巖底座上。該支架切割操作開始用直徑范圍從0.020到0.250不等的不銹鋼,鉻鈷合金或鎳鈦管,裝卡到工作站里。由于軟件管理工件的復(fù)雜運(yùn)動,激光切割進(jìn)入管材料支架模式。

一個激光切割且張開的血管支架


一個激光切割且張開的血管支架,經(jīng)過SAES Memry光學(xué)檢測。照片由SAES Memry提供。

鎳鈦合金支架結(jié)構(gòu)

鎳鈦合金支架結(jié)構(gòu),用一種Raydiance 50uJ超短脈沖激光切割,顯示沒有重鑄,浮渣或其他雜物。圖片由Rofin Sinar提供。

  加利福尼亞州,羅芬齊納爾公司激光制造工作站醫(yī)療器械銷售部經(jīng)理圣克拉拉。斯特凡匡特說:我描述的傳統(tǒng)的激光切割即融化并用氧氣或惰性氣體協(xié)助高壓吹走的過程。 “今天大多數(shù)支架用管的兩軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動切割。利用2軸運(yùn)動,你的激光束將始終朝著削減管的中心線,這使得支架支撐物從側(cè)面看為V形。3軸和4軸運(yùn)動也是可以使用的,舉個例子,如果你想配置的支撐物斷面有不同的角度或為了實現(xiàn)真正的通孔。

 匡特還說,支架生產(chǎn)商經(jīng)常問他的意見,如何使公司的生產(chǎn)工藝簡單,更快,更有效率。“許多激光工作站的改進(jìn)是在最近幾年里漸進(jìn)的,”他說。“不過,針對具體支架產(chǎn)品對系統(tǒng)元件及工作流程加以改進(jìn),可以優(yōu)化客戶的制造工藝。例如,有不同的方式把支架管夾持在套管里并引導(dǎo)它。對于管材料,直徑公差顯示不一致的,就開發(fā)先進(jìn)的管夾具。此外,用戶可以用其他材料替代我們的標(biāo)準(zhǔn)管導(dǎo)向材料,以減少襯套管內(nèi)的摩擦。”

  精密運(yùn)動控制

  由于支架支柱,可小至0.0025寬,精密激光切割是必要的,而且依賴于先進(jìn)的運(yùn)動控制技術(shù)。在過去40年里,匹斯堡的艾若泰克公司,一直在為政府,研究院所和工業(yè)應(yīng)用,包括激光工作站制造運(yùn)動控制和定位系統(tǒng)。艾若泰克先進(jìn)自動化事業(yè)部經(jīng)理羅恩類科夫斯基說,公司近年已經(jīng)推出了兩款重點發(fā)展項目。“之一,是優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)”他說。傳統(tǒng)的運(yùn)動平臺是由許多部分組成-線性和旋轉(zhuǎn)平臺螺接在一起。

一個生物可吸收支架

一個生物可吸收支架,直徑為80μm,支柱,用Raydiance 智能光Smart Light MD 50激光加工。圖片由Raydiance提供。

  “讓我們看看,幾年前的平臺,我們發(fā)現(xiàn)阻礙加工速度增長的一個關(guān)鍵限制是系統(tǒng)剛度。”,雷科夫斯基Rekowski說。因此,艾若泰克將集成的直線和旋轉(zhuǎn)設(shè)計能力納入其VascuLathe激光運(yùn)動機(jī)械,比用零件組成的系統(tǒng)生產(chǎn)能力提高2-5倍。同時仍然提供微米級動態(tài)公差。

  “支架支撐大約70μm寬,而且他們可能有一個半徑為20μm的特征。”雷科夫斯基說。他說:“這種尺寸的特征,關(guān)鍵是非常精確地跟蹤零件幾何形狀,因為過沖進(jìn)一個小角就會切掉支架支撐下部而減少其屈服強(qiáng)度。”

  根據(jù)類科夫斯基介紹,艾若泰克也提高了它的運(yùn)動控制軟件。“我們可以讓客戶對正在運(yùn)行的零件編寫一個全局進(jìn)給速率”他說。“當(dāng)經(jīng)過異常小的特征所在的幾何位置時,該控制器自動減慢。”例如,如果一個零件的直徑(半徑)減小,程序會自動降低進(jìn)給速率,相應(yīng)的,對支架長而直的部分增加進(jìn)給速率。“我們的軟件現(xiàn)在可以直接處理所有的優(yōu)化,我們把客戶應(yīng)該承擔(dān)的這個開發(fā)責(zé)任刪除了。”雷科夫斯基說。

  激光創(chuàng)新

  克利夫蘭的諾曼貴族公司去年9月推出的無熱UltraLight 激光,能加工金屬和高分子材料而不產(chǎn)生熱影響區(qū)或燒傷的風(fēng)險,提供了不斷發(fā)展的激光加工技術(shù)的最新例子。UltraLight到來的新聞使支架行業(yè)由YAG激光器到更精密光纖激光器遷移。

  “當(dāng)10多年前支架開始生產(chǎn)時,標(biāo)準(zhǔn)工具是燈光激發(fā)的波長為1064nm的 Neodium YAG激光。”羅芬齊納爾的奎特說。“但在過去幾年中,用戶已采用光纖激光作為標(biāo)準(zhǔn),由于它的高光束質(zhì)量和更高頻率。切割速度是以前所能達(dá)到速度的兩倍,導(dǎo)致更高的生產(chǎn)量。此外,可以實現(xiàn)更精細(xì)的切割,例如,在100μm的壁厚的材料上實現(xiàn)0.0006um的切割寬度。在冠狀動脈支架領(lǐng)域,用燈光激發(fā)YAG激光加工20μm到25μm的切縫是標(biāo)準(zhǔn)的,但用光纖激光,它可以切出具有狹窄切縫的微小支架。”

  與YAGs相比,光纖激光器可高出百分之三十以上的能源效率。此外,光纖激光器通常要求每5萬小時換新燈,而YAGs每500小時需要更換,所以他們的維修需求較低。

  正如YAG激光器,光纖激光器也還對支架產(chǎn)生熱影響區(qū)(HAZ)。“有辦法來限制進(jìn)入的材料的激光熱輸入,例如,當(dāng)發(fā)出脈沖激光時,你可以在加工過程中減少切割寬度或泵液體通過管道材料,”奎特說。“但是,總有一些熱影響區(qū),這意味著一個激光切割金屬支架總是需要后續(xù)處理(化學(xué)腐蝕和電化學(xué)拋光)。”

  但由于諾曼貴族的新UltraLight飛秒激光切割不產(chǎn)生熱影響區(qū),不需要后處理材料,省去電解拋光,不成問題。UltraLight包括Smart Light MD 50 飛秒光纖激光器被Raydiance Inc. (加州,佩塔盧馬)介紹引入。智能光(50微焦耳/每脈沖)系統(tǒng)切割材料比連續(xù)波激光困難的多。這種激光將固體材料熱熔為液體,最終燒掉或變成氣體,據(jù),Raydiance營銷總監(jiān)Adam Tanous說。

  子體羽狀物。正離子離開互相排斥的目標(biāo),并通過庫侖驅(qū)逐,材料是從目標(biāo)區(qū)彈出。而這一切發(fā)生在一個“用飛秒光纖激光器,你提供800飛秒50微焦耳的能量”Tanous說。“你獲得非常高的峰值功率,而不是一個熱力學(xué)過渡,你有一個電子的過程。”波束在目標(biāo)點電離物質(zhì),他繼續(xù)說,這條過電子,在目標(biāo)上形成了等離800飛秒的脈沖時限里,在熱量可以擴(kuò)散到燒蝕范圍之外引起熱損傷之前就完成了

  該技術(shù)省去昂貴和費(fèi)時的化學(xué)腐蝕后處理,后處理降低了制造商的支架產(chǎn)量,根據(jù)Tanous。此外,無熱效應(yīng),飛秒光纖激光器能加工不斷精細(xì)的支架,就增長而論,一個關(guān)鍵特點是強(qiáng)調(diào)是微創(chuàng)手術(shù)日益受到重視。

  聚合物支架

  其中的調(diào)查結(jié)果:

  零利率支架血栓(血液凝塊的形成)為2年的患者,沒有重大不利6個月至2年心臟事件的發(fā)生,

  在支架植入后2年bioabsorption恢復(fù)vasomation(對血管收縮和擴(kuò)張的能力)及減少動脈斑塊的治療。

  支架生產(chǎn)的最新進(jìn)展已超過革命性的進(jìn)化,根據(jù)Frost&Sullivan的拉詹。 “我認(rèn)為在未來的技術(shù)飛躍可能會在6年左右,如果可生物降解的支架等待FDA的批準(zhǔn)來到市場。有些公司現(xiàn)在發(fā)展他們,他們本質(zhì)上來說就解散,因此沒有長期風(fēng)險。”

  該激光燒蝕技術(shù)的最大優(yōu)勢可能是機(jī)器的生產(chǎn)能力。許多觀察家肯定可生物降解聚合物支架是支架行業(yè)的未來。由于熔點介于175℃和200℃之間,聚合物太脆弱了不能用于以熱為基礎(chǔ)的激光切割。不同于金屬支架,可能會導(dǎo)致血液凝塊,聚合物支架的生物可吸收性迄今被證明是沒有危險的。 2009年3月在醫(yī)學(xué)雜志上,發(fā)表了一項對由Abbott實驗室制作的生物可吸收DES的一個2年的臨床試驗結(jié)果的手術(shù)刀分解般詳細(xì)的研究報告。

 

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