Oficjalne ogłoszenie o osiągnięciach

Bazując na głębokiej wiedzy specjalistycznej w zakresie wieloosiowej obróbki precyzyjnej i obróbki mikrospecjalistycznej, z powodzeniem pokonaliśmy wyzwania produkcyjne dotyczące nieregularnych wieloprześwitowych obudów dystalnych o dużej gęstości i wprowadziliśmy na rynekSeria MixCore. Bez zwiększania średnicy zewnętrznej, seria ta umożliwia złożone kombinacje asymetrycznych prześwitów, w tym profili w kształcie litery D, prostokątnych i trapezowych w obudowie, a także stabilnie przetwarza ultracienkie żebra przegrodowe o grubości zaledwie 0,05 mm oddzielające sąsiednie prześwity. To przełomowe rozwiązanie umożliwia endoskopom nowej generacji integrację czujników obrazu o większych rozmiarach, bardziej funkcjonalnych kanałów (np. dedykowanych kanałów doprowadzających wodę/powietrza/ssących/instrumentów) oraz czujników pomocniczych, wiodąc trend projektowania modułowych funkcji i integracji o dużej gęstości na dystalnych końcówkach endoskopów.

Tło badań i rozwoju oraz problemy

Szybki postęp w diagnostyce i leczeniu endoskopowym spowodował gwałtowny wzrost wymagań funkcjonalnych końcówek dystalnych: od prostej obserwacji po jednoczesną irygację, odsysanie, biopsję, interwencje terapeutyczne (np. laser, częstotliwość radiowa) i wykrywanie wielowymiarowe (np. ciśnienie, ultradźwięki). Jednakże zewnętrzne średnice endoskopów są ograniczone naturalnym światłem ludzkiego ciała i nie można ich zwiększać w nieskończoność. Inżynierowie są zatem zmuszeni do rozmieszczania różnych kanałów w ograniczonym obszarze przekroju poprzecznego (np. dystalnej końcówki endoskopu żołądkowo-jelitowego o średnicy 2,8 mm), podobnie jak w przypadku planowania miniaturowego układu urbanistycznego. Konwencjonalne wiercenie kołowe jest nieefektywne przy niewielkim wykorzystaniu przestrzeni i nie może tworzyć nieregularnych prześwitów, aby pomieścić elementy niecylindryczne. Co więcej, obróbka ultracienkich żeber przegrodowych dla oddzielnych prześwitów łatwo powoduje wygięcie żeber, pęknięcie lub przekroczenie tolerancji wymiarowej z powodu niewystarczającej sztywności narzędzia, sił skrawania lub odkształcenia termicznego -, co jest powszechnie uznawaną strefą zakazaną w produkcji.

Podstawowe innowacje technologiczne

1. Układ światła i konstrukcja żeber oparta na topologiiAngażujemy i świadczymy usługi optymalizacji inżynieryjnej już na etapie projektu koncepcyjnego klienta. Wykorzystując algorytmy optymalizacji topologii, automatycznie generujemy optymalnie rozłożoną sieć żeber przy ograniczeniach zadanych konturów zewnętrznych i wymagań przestrzennych komponentów. Mając na celu maksymalną ogólną sztywność i minimalną koncentrację naprężeń, algorytm tworzy bioniczne geometrie żeber (np. zakrzywione żebra, żebra o strukturze plastra miodu), a nie proste proste przegrody. Dzięki takiej konstrukcji żebra o grubości nawet 0,05 mm mogą osiągnąć niezwykłą odporność na zginanie i ściskanie, co stanowi wykonalną podstawę konstrukcyjną dla późniejszej obróbki.
2. Skanowanie warstwowe Obróbka mikroerozyjna (μ-EDM)W przypadku ultracienkich żeber, głębokich, wąskich rowków i nieregularnych profili stosujemy głównie obróbkę elektroerozyjną. Opracowaliśmy warstwową obróbkę wyładowczą ze skaningiem z wykorzystaniem mikroelektrod o średnicach 0,02–0,1 mm. Dzięki precyzyjnej kontroli energii pojedynczego impulsu i szczelin wyładowczych, ablację materiału w skali mikronowej osiąga się przy niemal zerowej sile obróbki, unikając deformacji cienkich żeber wywołanej wytłaczaniem w wyniku cięcia mechanicznego. W połączeniu ze strategią koordynacji wieloelektrodowej i kompensacją zużycia elektrod on-line, struktury prześwitów o dowolnie złożonych przekrojach 2D i głębokościach kilku milimetrów są obrabiane z dokładnością ± 3 μm.
3. Ultraszybkie mikrofrezowanie z tłumieniem drgań w trybie on-lineW obszarach, w których można frezować, używamy wrzecion silnikowych o bardzo dużej prędkości obrotowej do 160 000 obr./min w połączeniu z dynamicznie wyważonymi mikrofrezami walcowo-czołowymi (minimalna średnica: 0,1 mm). Obrabiarki posiadają zintegrowany system aktywnej kontroli wibracji, który w czasie rzeczywistym przeciwdziała drganiom powstającym podczas cięcia za pomocą siłowników piezoelektrycznych. Tymczasem zaawansowane strategie, takie jak frezowanie precyzyjne i interpolacja śrubowa, wraz ze smarowaniem minimalną ilością (MQL), minimalizują siły skrawania i optymalizują rozpraszanie ciepła podczas obróbki ultracienkich żeber, zachowując stabilność wymiarową i prostopadłość żeber.

Mechanizm roboczy

Podstawowa wartość obudów serii MixCore polega naredefinicja przestrzennej struktury dystalnych końcówek endoskopów. Zasadniczo ich złożone wieloprześwitowe struktury działają jak precyzyjnie obliczone dystrybutory mikropłynów i rurociągów. Lumeny w kształcie litery D lub prostokątne ściśle otaczają czujniki obrazu CMOS, uwalniając cenną przestrzeń w zaokrąglonych rogach do ułożenia wiązek światłowodów. Zoptymalizowane przekroje płynów dedykowanych kanałów irygacyjnych i ssących zmniejszają ryzyko zatkania i poprawiają wydajność. Kanały zarezerwowane dla miniaturowych sond ultradźwiękowych lub włókien laserowych posiadają precyzyjne struktury prowadzące i uszczelniające na wlotach. Te jednostki funkcjonalne oddzielają żebra o grubości 0,05 mm -, cienkie, a jednocześnie mocne, niczym ściany nośne w wieżowcach. Wykonane z wytrzymałej stali nierdzewnej lub stopu tytanu i zoptymalizowane pod kątem topologii bionicznej, umożliwiają równomierne przenoszenie naprężeń w sieci żeber i zapobiegają pęknięciom spowodowanym lokalną koncentracją naprężeń. W ten sposób cała obudowa staje się miniaturowym funkcjonalnym nośnikiem równoważącym bardzo wysokie wykorzystanie przestrzeni i integralność strukturalną.

Walidacja wydajności

Przeprowadziliśmy ekstremalne testy obudów serii MixCore: podczas testów ciśnieniowych wewnętrzne niezależne kanały płynu pozostały szczelne pod ciśnieniem 0,5 MPa i nie występowały przesłuchy pomiędzy sąsiednimi światłami. Testy obciążenia mikrosondą na żebrach o średnicy 0,05 mm wykazały, że wytrzymują one siły boczne przekraczające 5 N bez odkształceń plastycznych lub pęknięć, co znacznie przekracza rzeczywiste obciążenia eksploatacyjne. Po zmontowaniu w endoskopach zintegrowane wewnątrz kanały funkcjonalne (włókna optyczne, przewody, instrumenty) nie wykazały żadnych uszkodzeń ani pogorszenia wydajności spowodowanych deformacją obudowy po dziesiątkach tysięcy cykli zginania zmęczeniowego symulujących perystaltykę jelit. Przypadki zastosowań klientów pokazują, że jeden producent zastosował tę technologię do zintegrowania kamery o wysokiej rozdzielczości, dwóch oświetlających kanałów światłowodowych, jednego kanału laserowego, jednego kanału irygacyjnego i kanału instrumentu roboczego o średnicy 1,2 mm z dystalną końcówką ureteroskopu o średnicy 3,5 mm, osiągając niespotykane dotąd rezultaty integracja funkcjonalna. Produkt ten uzyskał aprobatę FDA i został pomyślnie wprowadzony na rynek.

Strategia i filozofia badań i rozwoju

Realizujemy strategięzorientowane na funkcje zintegrowane projektowanie i produkcja. W przypadku niezwykle złożonych komponentów, takich jak obudowy dystalne, projektowanie i produkcja muszą być od samego początku ściśle zintegrowane. Nasi inżynierowie pełnią zarówno funkcję projektantów, jak i specjalistów ds. procesów. To, co zapewniamy klientom, to nie tylko usługi obróbki skrawaniem, ale kompletne rozwiązania, od funkcjonalnych list kontrolnych po projekty nadające się do produkcji. Zbudowaliśmy obszerną bazę danych „cechy-procesy-możliwości”, umożliwiającą szybkie dopasowanie dowolnej nowej koncepcji projektowej do zatwierdzonych procesów produkcyjnych lub zainicjowanie rozwoju nowego procesu. Nasza filozofia jest następująca:Żaden kształt geometryczny nie jest niewykonalny; jedynie metody produkcji pozostają nieodkryte. Każde zlecenie o wysokim stopniu trudności postrzegamy jako szansę na postęp technologiczny, dążąc do przesuwania granic precyzyjnej produkcji i usuwania barier dla miniaturyzacji i integracji wyrobów medycznych.

Perspektywa przyszłości

Przyszła integracja na dystalnych końcach endoskopu będzie ewoluować w kierunkumontaż mikrosystemów i fuzja heterogeniczna. Badamy formowanie hybrydowe łączące mikroformowanie z metalowymi obudowami, aby opracować technologie formowania wtórnego dla precyzyjnych wkładek z tworzywa sztucznego lub komponentów funkcjonalnych, tworząc struktury dystalne z materiału hybrydowego. W międzyczasie badamy bezpośrednie tworzenie wbudowanych cech funkcjonalnych, takich jak zawory mikropłynów i szczeliny montażowe filtrów optycznych wewnątrz obudów podczas obróbki. Patrząc w przyszłość, skupiamy się na integracji systemów mikroelektromechanicznych (MEMS) z obudowami. W przyszłości częściowe funkcje optyczne lub czujniki będą mogły być wytwarzane bezpośrednio na krzemowych lub szklanych podłożach obudów, co ostatecznie pozwoli osiągnąć ostateczny cel miniaturyzacji, jakim jestchip jako końcówka dystalna, otwierając nowe horyzonty dla nieinwazyjnej lub ultraminimalnie inwazyjnej diagnostyki i leczenia.