In vielen Märkten für Laserbearbeitung schreitet die Miniaturisierung voran, entweder um die Funktionalität zu erhöhen, ohne die Gesamtabmessungen zu vergrößern, oder um völlig neue Anwendungen zu erschließen. Medizinische Instrumente wie periphere Stents oder minimal-invasive Werkzeuge, die sich durch kleinere, dünnwandigere Komponenten mit einer höheren Anzahl von Schnittdetails auszeichnen, sind zweifellos der Hauptgrund für den jüngsten Anstieg der Nachfrage nach fs-Laserbearbeitung. Dies gilt insbesondere für die Nachfrage nach Maschinen, die für das Schneiden von rohrförmigen Geometrien konfiguriert sind. Aber auch andere Branchen setzen auf diese Technologie.
Einer der Vorteile der fs-Lasertechnologie ist ihre Fähigkeit, nahezu jedes Material bearbeiten zu können. Zu den ersten Anwendungen dieser Lasertechnologie gehörten bioresorbierbare Stents. Stents, die im Laufe der Zeit vom Körper aufgelöst werden, sind eine Lösung für das Problem der Restenose, bei der Stents manchmal als Stellen für die Neubildung von Plaque und Gefäßverstopfung dienen.
Femtosekundenlaser: Schneidewerkzeug auch für empfindliche Materialien
Die ersten Beispiele wurden aus organischen Stoffen wie Polymilchsäure (Poly-L-Lactid, PLLA) hergestellt. Anfänglich wurden grüne Pikosekunden-Laser verwendet, doch die Ergebnisse waren nicht optimal, so dass bald fs-Laser als De-facto-Standard eingeführt wurden. Dann wurden resorbierbare Metallstents (Magnesium) entwickelt. Bei der Bearbeitung mit dem Faserlaser entstanden kleine Metalltröpfchen, die gereinigt werden mussten, wodurch die empfindlichen Stents oft zerbrachen und die Ausbeute nur 50 % betrug. Auch hier wurde der fs-Laser zum Standardverfahren. Andere frühe Anwender waren die dünnen Platin- und Iridium-Röntgenmarker, die aus dünnwandigen Rohren (~40 µm) aus diesen hochwertigen Metallen geschnitten wurden.
Heute werden fs-Lasermaschinen für alle Arten von Materialien für medizinische Instrumente eingesetzt, einschließlich der immer beliebteren Nitinol-Komponenten (superelastisches Metall) wie Stents und Herzklappengerüste. Diese Verlagerung ist eine unmittelbare Folge der niedrigeren Gesamtkosten dank der Verringerung des arbeitsintensiven Entgratens und Elektropolierens und einer entsprechenden Erhöhung der Ausbeute und Verringerung des Nitinolabfalls. Der fs-Laser macht auch das Nass-Schneiden überflüssig, das bei Faserlasern zur Kontrolle der Wärmeeinflusszone (WEZ) erforderlich ist. Die höhere verfügbare Leistung des neuesten fs-Lasers ermöglicht zudem dickere Instrumente wie periphere Venenstents, die einen größeren Durchmesser haben müssen als arterielle Stents, sowie Herzklappenrahmen (500 bis 700 µm Wandstärke).
Nicht die Frage nach mehr Präzision, sondern nach Produktivität treibt die Technologie an
Wahl zwischen Faserlaser oder Femtosekundenlaser
Das Laserschneiden mit Femtosekunden-Lasern gewinnt auf dem Markt für medizinische Instrumente immer mehr an Bedeutung. Die größte Frage für jeden, der heute eine neue Maschine erwirbt, ist vielleicht die nach der Wahl zwischen Femtosekunden- oder Faserlaser. Der verbleibende Hauptvorteil des Faserlasers besteht darin, dass er aufgrund seiner höheren verfügbaren Leistung schneller schneiden kann und dickere Teile schneiden kann. Bei dünneren Teilen werden die Leistungs- und Geschwindigkeitsvorteile jedoch oft geschmälert. Denn bei diesen Teilen müssen die Wiederholrate gesenkt und kumulative thermische Schäden vermieden werden.
Unterm Strich hängt die Wahl des optimalen Lasertyps also von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Und selbst bei einem einzelnen Bauteil kann es Schnitte geben, die mit einem Faserlaser wirtschaftlicher ausgeführt werden können als mit einem fs-Laser, und umgekehrt. Dies ist einer der Gründe, warum die neuesten Lasermaschinen zum Schneiden medizinischer Instrumente jetzt wahlweise mit Femtosekunden- oder Faserlaser oder als Hybridoption mit beiden Lasern erhältlich sind.
Flexibles Laserschneiden mit einer Coherent-Anlage – auch für die Medizintechnik
Ein Beispiel für diesen Maschinentyp ist die Starcut-Tube-Serie der Coherent Inc., Santa Clara, CA/USA. Bei dieser Anlage des Anbieters von Lasern und Photoniklösungen ermöglicht die Software den Wechsel zwischen den Lasertypen sogar während des Schneidens eines einzelnen Bauteils, was eine äußerst kosteneffiziente Produktion ermöglicht.
Motion Dynamics aus Fruitport, MI/USA, ist ein Hersteller, der sich auf kundenspezifische Mikrofedern, medizinische Spulen und Drahtkomponenten spezialisiert hat und sich zum Ziel gesetzt hat, die Probleme seiner Kunden in kürzester Zeit zu lösen. Ganz gleich wie komplex oder scheinbar unmöglich sie erscheinen.
Einsatz bei Unterbaugruppen für neurologische Verfahren
Im Bereich der Medizintechnik liegt der Schwerpunkt auf komplexen Baugruppen für neurovaskuläre Verfahren. Sie umfassen die Entwicklung, Herstellung und Montage von hochwertigen Drahtkomponenten für Anwendungen wie steuerbare Kathetergeräte, einschließlich „Pull-Wire“-Baugruppen. Chris Witham, Präsident von Motion Dynamics: „Mit dem Laserschneiden erzeugen wir die Komponenten, die wir brauchen, um die hochwertigen ‚schwierigen‘ Baugruppen herzustellen, die zu unserer Spezialität und unserem Ruf geworden sind. Wir verwenden seit mehreren Jahren eine Coherent Starcut Tube, die mit einem Femtosekunden-Laser ausgestattet ist. Die steigende Kundennachfrage führte dazu, dass wir diese Maschine in zwei oder sogar drei Schichten pro Tag betreiben mussten.“ Deshalb habe sein Unternehmen 2019 eine weitere Maschine angeschafft. Dieses Mal entschied man sich für ein Hybridmodell, das sowohl einen Femtosekunden- als auch einen Faserlaser enthält, um maximale Vielseitigkeit und Nutzen zu bieten, so Witham. Der Vorteil: Diese Maschinen funktionieren bei einer ganzen Reihe von Metallen wie Edelstahl, reinem Gold, Platin und Nitinol gleichermaßen gut.
Materialbearbeitung: Vorteile des fs-Lasers
Bei der Materialbearbeitung liefert der Femtosekunden(fs)-Laser wesentlich kürzere Pulse als Mikrosekunden- und Nanosekundenlasern mit viel höherer Spitzenleistung. Sie verdampfene das Material sofort, bevor die Wärme in das Teil gelangt. Diese Pulseigenschaften ermöglichen auch die Bearbeitung beliebiger Materialien sowie die Bearbeitung von Teilen aus gemischten Materialien wie Polymer-/Metallschichten. Zudem erzeugen fs-Laserpulse keine Ablagerungen, so dass nach dem Schneiden kein Schleifen/Polieren erforderlich ist.
Ebenso wichtig ist, dass die Femtosekunden-Laser einen neuen Reifegrad in Bezug auf Leistung, Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit erreicht haben. Ein Beispiel dafür ist die Monaco-Serie von Coherent, deren maximale Leistung sukzessive von weniger als 20 W auf über 60 W erhöht wurde.
Ein weiterer Vorteil ist die Verfügbarkeit schlüsselfertiger industrieller Schneid- und Bearbeitungssysteme, die für gängige Aufgaben optimiert sind. Hersteller von Elektronik, medizinischen Instrumenten und anderen Präzisionskomponenten benötigen Komplettlösungen und keine Einzellaser. Flexible, leicht zu bedienende Software sowie die Flexibilität und Vielseitigkeit der Maschinen sind der Schlüssel zu vielen Anwendungen in der Medizintechnik, wo Auftragsfertiger in der Regel kleine Chargen vieler verschiedener kundenspezifischer Geräte herstellen.
Mehr zur Monaco-Serie: hier.pro/CRvtj
Vom Faserlaser zum Femtosekundenlaser
Für die Verschiebung von länger gepulsten Lasern wie beispielsweise Faserlasern hin zur fs-Laserbearbeitung mit Femtosekundenlasern gibt es vier Hauptgründe:
- eine wachsende Nachfrage nach Bauteilen, die nur oder viel besser mit fs-Lasern geschnitten werden können,
- die überlegene Kantenqualität bei der fs-Laserbearbeitung,
- die verbesserten Gesamtkosten von fs-Lasern haben einen wirtschaftlichen Wendepunkt erreicht,
- einfacher zu bedienende schlüsselfertige fs-Systeme mit intuitiver, benutzerfreundlicher GUI sind heute verfügbar.
Kontakt zum Unternehmen:
Coherent Munich GmbH & Co. KG
Zeppelinstr. 10
82205 Gilching
www.coherent.com
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