Markierlaser | Auf der Basis eines Industrielasers hat Trumpf einen PikosekundenMarkierlaser entwickelt, der vor allem für Medizintechnik-Anwendungen interessant ist. Produktmanager Dr. Max Kahmann beschreibt die technischen Hintergründe und die Möglichkeiten, die sich damit bieten.
Dr. Birgit Oppermannbirgit.oppermann@konradin.de
Herr Dr. Kahmann, was ist das Besondere an dem neuen Lasermarkiersystem?
Wir nutzen hier für die Markierung einen Pikosekundenlaser. Dieser wurde aus einem System weiterentwickelt, das bereits in der industriellen Laserbearbeitung im Einsatz ist. Mit den Pulsen von nur 20 Pikosekunden Dauer können wir aber nicht nur beim Bearbeiten, sondern eben auch beim Markieren Effekte erzielen, die über das hinausgehen, was mit den heute schon verbreiteten Nanosekundenlasern möglich ist.
Welche Vorteile bietet der Pikosekundenlaser beim Markieren?
Die Lasereinwirkung ist so kurz, dass praktisch kein Wärmetransport im Material stattfinden kann – was auch als kalte Bearbeitung bezeichnet wird. Beim Markieren von Edelstahl folgt daraus, dass seine Korrosionsbeständigkeit erhalten bleibt. Denn weder verdampft das korrosionshemmende Chrom von der Oberfläche des Werkstoffs, noch wandert es in tiefere Schichten, wie das unter Hitzeeinwirkung sonst passiert. Somit ist nach dem Markieren mit dem Pikosekundenlaser keine erneute Passivierung erforderlich – ein ganzer Prozessschritt entfällt. Und wir können eine kontrastreiche, nicht reflektierende Schwarzbeschriftung auf dem markierten Produkt erzeugen, die beispielsweise auf Instrumenten auch unter der im OP üblichen Beleuchtung gut zu erkennen ist. Ferner erlauben es die ultrakurzen Pulse, auch hochreflektierendes Material wie etwa Kupfer oder verchromte Kunststoffe zu markieren.
Wodurch kommen diese Eigenschaften der Markierung zustande?
Nach dem derzeitigen Wissen bilden sich durch die ultrakurzen Laserpulse an der Oberfläche periodische Strukturen auf Nanometer-Ebene, deren Entstehung aktuell erforscht wird. Diese Strukturen sind kleiner als die Wellenlänge des Lichts. Durch Beugung werden die Lichtwellen hier so beeinflusst, dass Reflexion weitgehend unterdrückt wird. Vereinfacht könnte man sagen, die Nanometerstrukturen wirken wie eine Lichtfalle, der Lichtstrahl läuft sich in ihnen quasi tot.
Welche Anwendungen hatten Sie bei der Entwicklung des Markierlasers vor allem im Blick?
Die Medizintechnik hat viele Einsatzgebiete, in denen die beschriebenen Eigenschaften des Pikosekundenlasers für den Anwender von Vorteil sind. Durch die Einführung von UDI in den USA steigen zum Beispiel gerade die Anforderungen an die Markierung von Produkten wie Instrumenten oder Implantaten. Im gleichen Umfeld spielt auch die Korrosionsbeständigkeit eine große Rolle. Daher loten wir derzeit vor allem die Möglichkeiten der neuen Markierlaser in der Medizintechnik mit einer Handvoll Pilotanwender aus.
Welche Erfahrungen machen die Anwender bisher mit Ihrem System?
Zunächst ging es um die Frage, ob die Korrosionsbeständigkeit nach dem Autoklavieren erhalten bleibt. Es hat uns sehr gefreut, in gewissen Abständen zu hören, dass die markierten Teile auch ohne anschließende Passivierung erst 50, dann 500 und zuletzt 1000 Durchgänge ohne Anzeichen von Rostbildung durchlaufen haben. Das hat übrigens auch den Anwender erstaunt. Darüber hinaus optimieren wir in unseren Laserapplikationszentren den Prozess mit Medtech-Fachleuten und passen Pulsenergie und -frequenz an die Anforderungen an.
Welche Werkstoffe lassen sich mit dem Pikosekundenlaser markieren?
Die kontrastreiche Schwarzbeschriftung ist auf Metallen wie Edelstahl, Titanlegierungen und Kupfer möglich. Dass der Laser bei so vielen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften einsetzbar ist, liegt an der hohen Pulsspitzenleistung, die in den ultrakurzen Pulsen gebündelt ist. Wir erreichen bei der Laserbearbeitung Energien bis in den Megawattbereich. Daher lassen sich, obwohl wir einen Infrarotlaser verwenden, sogar transparente Materialien markieren. In Keramik haben wir ebenfalls schon Feingravuren erstellt.
Wo sind die Grenzen zum Beispiel für das Gravieren?
Das lässt sich schlecht in Zahlen fassen, denn wie klein eine Gravur sein kann, hängt in der Praxis auch davon ab, welche Qualität in der jeweiligen Größe gebraucht wird. Tendenziell können wir mit dem Pikosekundenlaser deutlich kleinere Gravuren präzise ausführen als bisher mit dem Nanosekundenlaser.
Ab wann und in welcher Form ist der Markierlaser verfügbar?
Der Industrielaser Trumicro 2000 ist bereits seit vergangenem Jahr weltweit im Einsatz. Die Pilotphase der Variante für das Markieren dauert noch bis in den Sommer, dann soll der Markierlaser unter der Bezeichnung Trumicro-Mark 2000 auf den Markt kommen. Wir wollen ein OEM-Integrationspaket anbieten aus einer Laserstrahlquelle, Steuerrechner, Scanner, Kühler und der Markiersoftware, so dass dieses in bestehende Systeme integriert werden kann. Schlüsselfertige Lösungen werden in Laserbearbeitungsstationen vom Typ Trumark Station 5000 integriert.
Welche Alleinstellungsmerkmale zeichnen den Trumicro-Mark 2000 aus?
Wir nutzen darin eine Strahlquelle, die wir für den Dauereinsatz in der industriellen Bearbeitung entwickelt haben. Wegen der Anforderungen in diesem Umfeld muss die Strahlquelle auch unter schwankenden Umgebungsbedingungen – insbesondere bei wechselnden Temperaturen – präzise und vor allem stabil arbeiten und eine hohe Verfügbarkeit ermöglichen. Das gilt selbstverständlich auch für das Einsatzgebiet des Markierens.
Was ist der nächste Schritt in der Entwicklung der Markiersysteme?
Wir werden in Zukunft mehr Funktionalitäten sehen, die es ermöglichen, beispielsweise eine on-the-fly-Markierung durchzuführen und den Markierlaser somit auch in der großindustriellen Fertigung zu nutzen. Dank fortentwickelter Optikkonzepte werden wir auch über Oberflächenstrukturierungen sprechen: Dann sind tribologische Oberflächen oder auch solche, die das Anhaften und Wachsen von Bakterien verhindern, in greifbare Nähe gerückt.
Teilen:
