Das Beschriften medizintechnischer Produkte erlaubt eine exakte Identifikation abseits der Verpackung – und schließt so die unbeabsichtigte Verwendung außerhalb des vorgesehenen Einsatzzweckes aus. Bei Kunststoffprodukten bietet sich dazu der Laser als Alternative zu Druck oder Haftetiketten an.
Bei der Beschriftung von medizintechnischen Artikeln wird häufig die Oberfläche bedruckt, oder es kommen Haftetiketten zum Einsatz. Neben der technischen Herausforderung des Bedruckens mancher Kunststoffe haben diese konventionellen Verfahren jedoch meist den Nachteil einer gewissen Unbeständigkeit gegenüber mechanischer Belastung wie Abrieb der Bedruckung, Medienkontakt, beispielsweise mit Desinfektionsmitteln, oder sie können mit einfachen Mitteln manipuliert werden, wie zum Beispiel durch das Abziehen von Klebeetiketten. Eine alternative Möglichkeit der Beschriftung von Kunststoffoberflächen ist der Einsatz eines Lasers. Er bietet Vorteile bei der effizienten und flexiblen Produktion medizinischer Einwegartikel.
Das Beschriften von Kunststoffoberflächen unter Einsatz von Lasersystemen stellt keine Konkurrenz zu klassischen Druckverfahren dar, sondern bietet eine Erweiterung der Gestaltungs- und Anwendungsmöglichkeiten und neue Funktionen. Beim Beschriften eines Produktes oder einer Verpackung mit variablen Elementen wie Chargennummern, Haltbarkeiten oder Barcodes, zeigt der Laser seine Vorteile. So sind für die Beschriftung keinerlei Masken oder Druckformen notwendig, die Zeichen werden über ein computergestütztes System direkt an die Lasersteuerung übergeben und allein durch das Abfahren der Oberfläche durch den Laserstrahl gesetzt. Daher können variable Zeichenabfolgen, welche sich von Produkt zu Produkt unterscheiden, schnell und flexibel aufgebracht werden.
Durch die hohe punktuelle Energiedichte des Lasersystems ist es möglich, berührungslos präzise Farbumschläge in Kunststoffoberflächen hervorzurufen. Dabei ergibt sich für viele Kunststoffe das Problem der mangelnden Absorption von Laserstrahlung. Die meisten Polyolefine wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP), aber auch viele styrolhaltige Kunststoffe wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Styrol-Acrylnitril (SAN) lassen sich aufgrund mangelnder Absorption nicht ohne weitere Modifikation mit einem Laser beschriften. Diese Modifikation besteht in der Zugabe von Additiven, welche die Laserenergie wesentlich stärker absorbieren als die umgebende Kunststoffmatrix und somit die Laserbeschriftung erst ermöglichen oder zum Positiven beeinflussen. Grundsätzlich führt die Absorption der Laserstrahlung zu einer starken lokalen Erhitzung des Kunststoffes in der Umgebung des Additivs, welche zur Karbonisierung, also der dunklen Verfärbung führt.
Von großer Wichtigkeit ist bei der Auswahl des richtigen Lasermarkierungsadditivs der Einfluss auf die ursprüngliche Farbgebung des Kunststoffes. Eine möglichst hohe Farbneutralität des Additivs und ein somit geringer Einfluss durch Verdunkelungen oder Eintrübung ist mit vielen am Markt erhältlichen Additiven nicht ohne weiteres zu erzielen. Des Weiteren wird eine Vielzahl an Additiven für technische Anwendungen angeboten, die aufgrund der Zusammensetzung aus Schwermetallen, wie Antimon oder Zinn, für biologisch sensible Produkte wie solche aus der Medizintechnikindustrie keinen Einsatz finden können. Hier bietet das Lasermarkierungsadditiv Actelar, das die Actega DS GmbH als Masterbatch für die Zudosierung im Fertigungsprozess oder bereits compoundiert in verschiedenen thermoplastischen Elastomeren und Vulkanisaten anbietet, zwei Vorteile:
- Farbneutralität Die Zugabe von Actelar in den meisten Standard- und technischen Kunststoffen hat einen minimalen bis keinen Einfluss auf die Farbgebung des Werkstoffes. Bei einer üblichen Zugabe von 2 % des Additivs zur Polymermatrix findet nahezu keine Eintrübung statt. Bei höheren Dosierungen kann eine Verdunkelung des Grundfarbtons auftreten, welche durch Anpassung der Farbzugabe leicht ausgeglichen werden kann.
- Schwermetallfreiheit Es wurde vollständig auf die Nutzung von Schwermetallverbindungen verzichtet. Die benötigte Absorption der Laserstrahlung wird durch anorganische Komponenten ausgelöst, welche toxikologisch unbedenklich und selbst für den direkten Lebensmittelkontakt zugelassen sind.
Auf Seiten des zu verwendenden Lasersystems hat sich der Einsatz von Nd:YAG (Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat) Lasersystemen mit einer Wellenlänge von 1064 nm in Kombination mit Actelar bewährt.
Diese Systeme bieten eine optimierte Kombination aller relevanten Eigenschaften für die Laserbeschriftung. So unterstützt die vergleichsweise einfache Programmierung über einen PC die Flexibilität des Systems, und die hohe Schreibgeschwindigkeit von bis zu 2500 mm/s lässt die einfache Integration in Serienprozesse mit kurzen Taktzeiten zu. Für den Produktwechsel ist das Laden des Datensatzes eines weiteren Motivs oder Schriftzuges nötig, nicht aber der Wechsel von Werkzeugen oder sonstige Rüstarbeiten.
Anwendung findet die Laserbeschriftung vielfach für Produkte, welche mit einer individuellen Kennzeichnung wie einer Chargenbezeichnung, einem Haltbarkeitsdatum oder einem Barcode ausgestattet werden müssen. Dabei ist der Einsatz des Lasers nicht auf Einmalartikel beschränkt, sondern spielt seine großen Vorteile auch bei Produkten aus, die mehrfach im klinischen Alltag verwendet werden. Einer der wesentlichen Aspekte ist hier die Beständigkeit gegenüber wiederholtem Reinigen mit Desinfektionsmitteln. Ein weiterer Vorteil gegenüber konventionellen Beschriftungsmethoden ist die Unabhängigkeit von der zu beschriftenden Oberflächenform. Durch punktuelle Bestrahlung können selbst komplexe Geometrien beschrieben werden, die durch Bedruckung oder mit Etiketten nicht erreichbar wären.
Bei der Beschriftung eines Folienbeutels beispielsweise wird die transparente Folie durch Einsatz eines Lasersystems mit einer Produkt- und Chargenbezeichnung sowie einem Haltbarkeitsdatum versehen. Ebenfalls wurde der Barcode durch den Laser aufgebracht. Die Beschriftung des Grundmaterials (PP) ist aufgrund hoher Transparenz und gleichzeitig mangelhafter Absorption der Laserenergie erst nach Zugabe von 2 % Actelar bei der Verarbeitung des Kunststoffgranulates möglich. Hier zeigt sich die Flexibilität des lasergestützten Beschriftens anhand der Aufbringung wechselnder Chargennummern und Haltbarkeiten ohne Rüstzeiten. Die Oberfläche wurde mit einer Geschwindigkeit von 2000 mm/s beschrieben, wobei die Zeichenabfolge für alle weiteren Produkte frei programmiert werden kann. Fortlaufende Chargennummern oder Haltbarkeiten können also vollautomatisch für jeden Artikel vorgegeben werden.
Dennis Siepmann Actega DS, Bremen
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