Proč roste zájem MDM o řezání femtosekundovými lasery

Vláknové lasery již několik let dominují aplikacím řezání a vrtání v průmyslu výroby zdravotnických prostředků díky svým relativně nízkým nákladům, škálovatelnému výkonu a vysoké spolehlivosti. Femtosekundové lasery nabízejí jasnou výhodu z hlediska kvality řezu, ale dlouhou dobu si zajišťovaly jen malý podíl na trhu. To se však najednou poměrně rychle mění, jak dokládají údaje o prodeji řezacích systémů Coherent. Podívejme se, co je příčinou tohoto dramatického růstu podílu na trhu ve srovnání s vláknovými lasery.

Femtosekundové lasery - lepší a jemnější řezy

Jedinečná kombinace výhod při použití femtosekundových (fs) laserů pro zpracování materiálů je známa již dlouho. U tradičních laserů, jako jsou vláknové lasery, je většina interakcí s materiálem fototermická, což vede ke vzniku tepelně ovlivněné zóny (HAZ). V přesných aplikacích to omezuje minimální velikost prvků, které lze čistě opracovat bez jejich poškození vlivem tepla. Poškození může znamenat roztavení ale i nepřijatelné funkční nebo kosmetické poškození povrchu, které by vyžadovalo následné mechanické zpracování (např. odjehlování, ruční leštění nebo vystružování). Protože femtosekundový laser poskytuje řádově kratší pulzy s mnohem vyšším špičkovým výkonem, materiál se odpařuje dříve, než se teplo dostane do dílu. Toto chladnější a přesnější řezání umožňuje vytvářet menší prvky bez odlévaných zbytků, takže není nutné broušení ani leštění. Navíc tato metoda funguje na téměř jakémkoli materiálu, včetně dílů ze smíšených materiálů, jako jsou vrstvy polymeru a kovu - viz obrázek.

Miniaturní zařízení s jemnějšími detaily

Velkou hnací silou, která v poslední době způsobuje zvýšené rozšíření fs laserového obrábění, je poptávka po lékařských přístrojích (např. periferní stenty, hypoinvazivní trubičky, minimálně invazivní nástroje atd.), které se vyznačují menšími součástmi s tenčími stěnami a zvýšeným počtem řezaných detailů. Vidíme to zejména na poptávce po strojích nakonfigurovaných pro řezání geometrických tvarů do trubiček, jak je uvedeno na obrázku výše. Kromě toho je sekundárním faktorem také používání náročnějších a dražších materiálů. Příkladem jsou hořčíkové bioabsorbovatelné stenty, u nichž může vlivem následného zpracování po řezání na vláknových laserech snížit výtěžnost až na 50 %. Protože ale řezání fs laserem žádné následné zpracování výrobků nepotřebuje, zůstává zachována plná výtěžnost.

K technologii fs laserů směřují i další průmyslová odvětví (např. výroba displejů/elektroniky), což představuje další poptávku na trhu, která dále motivuje výrobce laserů k vývoji pokročilejších fs laserů a strojů.

Pokroky v oblasti fs laserů - vyšší výkon, nižší náklady na watt

Femtosekundové lasery dosáhly nové úrovně vyspělosti z hlediska výkonu, hospodárnosti a spolehlivosti. Výkon je obzvláště důležitým výkonnostním parametrem, protože přímo určuje propustnost výroby. Příkladem fs laserů nové generace je řada Coherent Monaco, u níž se maximální výkon postupně zvýšil z méně než 20 W na více než 60 W za poslední čtyři roky. Současně s tím ale i poklesly pořizovací náklady na jeden W výkonu. První modely Monaco již několik let pracují v náročném výrobním prostředí 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, což podtrhuje vyšší spolehlivost fs laserů, která dále přispívá k nižším celkovým nákladům na provoz. Spolu s úsporami nákladů plynoucími z eliminace mechanických kroků následného zpracování to rozhodně vedlo k ekonomickému zlomu u mnoha úloh přesného řezání.

Zefektivněné, automatizované stroje

Většina zákazníků, kteří vyrábějí lékařské přístroje, samozřejmě nechce laser, ale spíše kompletní laserový stroj. A toje poslední část obrazu trhu - dostupnost pokročilých fs laserových strojů se zjednodušenou automatizovanou manipulací s díly a kontrolou výrobků. Součástí strojů je také snadno použitelný software, který nevyžaduje rozsáhlé školení ani odborné znalosti. To uživateli poskytuje flexibilitu při rychlém přepínání mezi jednotlivými úlohami nebo při provádění dlouhých bezobslužných sérií. Příkladem je řada ExactCut od společnosti Coherent, která obsahuje náš nejnovější obslužný software: Coherent Laser FrameWork.

Sečteno a podtrženo: Vlákno, fs laser, nebo obojí?

Jednou z největších otázek pro každého, kdo si dnes v oblasti MDM pořizuje nový stroj, je volba mezi femtosekundovým nebo vláknovým laserem. Hlavní zbývající výhodou vláknového laseru je možnost řezat rychleji a řezat silnější díly díky vyššímu dostupnému výkonu. U tenčích dílů se však výhody výkonu a rychlosti často snižují kvůli nutnosti snížit počet opakování úlohy v čase a zabránit tím kumulativnímu tepelnému poškození materiálu a výrobků. Závěr je tedy takový, že optimální typ laseru skutečně závisí na specifikách aplikace.

To je důvod, proč jsou nejnovější laserové stroje pro řezání lékařských přístrojů nyní k dispozici s možností volby fs nebo vláknového laseru, případně jako hybridní varianta s oběma lasery. Díky této druhé možnosti mohou uživatelé plynule přepínat mezi lasery, a to i v rámci jedné zakázky, kdy mohou existovat řezy, které lze provést úsporněji vláknovým laserem oproti fs laseru, a naopak.

Zdroj: www.coherent.com