Lasertechnik

Schlüsselfertiges Lasersystem formt den Knochenbohrer

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Lasertechnik | Der Laser ist ein ideales Werkzeug für die Fertigung hochpräziser medizinischer Produkte wie Knochenbohrer und Stents. Neue Produkte wie die Exact Cut 430, neue Anwendungsentwicklungen und komplette Prozessrezepte machen die Technologie für Hersteller praktischer und kostengünstiger denn je.

Thomas Schreiner
Coherent, Gilching bei München

Im Hinblick auf die insbesondere in der westlichen Welt älter werdende Bevölkerung und den wachsenden Wohlstand in Asien erhöht sich die Nachfrage nach miniaturisierten, hochpräzisen Instrumenten. Diese profitieren von der Laserfertigung, denn das Schneiden mit gepulsten Lasern bietet zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Fertigungsmethoden wie mechanisches Schneiden, Stanzen und Funkenerosion (EDM).

Der Laserstrahl kann auf einen Punktdurchmesser fokussiert werden, der viel kleiner ist als die Breite eines mechanischen Sägeblattes oder einer Säge, was die Herstellung feinerer Details mit höherer Präzision ermöglicht. Er erzeugt typischerweise eine hochwertige Schnittkante, die keine Nachbearbeitung erfordert und daher die Gesamtfertigungskosten reduziert. Darüber hinaus ist die berührungslose Laserbearbeitung im Gegensatz zu Bohr- oder Erodier-Werkzeugen werkzeuglos und liefert so gleichbleibende, einheitliche Ergebnisse. Zudem ist das Laserschneiden sehr flexibel, mit dreidimensionalen Design- und Herstellungsmöglichkeiten.

Laserstrahl schützt die Geometrie des Bohrers

Zwei Anwendungen veranschaulichen diese Vorteile. Knochenbohrer wie Kraniotome werden heute routinemäßig durch Laserschneiden hergestellt. Diese Edelstahlgeräte weisen kleine scharfe Kanten auf. Das Laserschneiden vermeidet das Erwärmen des Materials und eliminiert praktisch jede thermische Umwandlung, da diese Kanten sonst abbrechen könnten. Darüber hinaus hängt die korrekte Funktion des Bohrers von der genauen Geometrie seiner verschiedenen Merkmale wie Schneidkante, Spanfläche oder Flankenfläche ab, so dass die hohe räumliche Genauigkeit des Laserschneidens ideal für die Herstellung solcher medizintechnischen Instrumente ist.

Obwohl im Gesamtmaßstab viel kleiner, werden flexible arterielle Stents in ähnlicher Weise aus Edelstahl, Nitinol und anderen Metallen hergestellt. Auch hier sind Maßhaltigkeit und glatte starke Kanten wichtige Faktoren, die das Risiko von postoperativen Folgen wie Restenose minimieren.

Im Bereich der Lasertechnologie bietet Coherent, Anbieter von Lasern und laserbasierten Systemen, ein umfassendes Angebot an Lasern mit Pulsbreiten von Millisekunden bis Femtosekunden, Ausgangsleistungen von wenigen Watt bis Multi-
Kilowatt und Wellenlängen vom tiefen UV- bis zum mittleren Infrarotbereich. Für medizinische Instrumente und Implantate werden viele Anwendungen durch Infrarot-Laser mit einstellbaren Pulsbreiten abgedeckt – die Star-Fiber-Serie des Unternehmens ist hier die Technologie der Wahl.

Im Vergleich zu älteren Lasertechnologien bieten diese Faserlaser ein gutes Leistungs-/Kostenverhältnis, einen hohen Wirkungsgrad bei einem sehr geringen Wartungsaufwand und einer hohen Langzeitstabilität. Die Laser bieten einstellbare Pulsraten – von Einzelpuls bis 50 kHz, so dass die Pulse in Echtzeit angesteuert werden können, um schwierige und komplexe Formen in einer Vielzahl von Metallen wie Stahl, Titan, Nitinol zu schneiden.

Exact Cut bietet höchste Präzision in der Medizintechnik

Heute erfordern die meisten Anwendungen in der Fertigung schlüsselfertige Laser-Schneidanlagen. Die Exact Cut ist ein für die Medizintechnik optimiertes System, das entweder mit einem 150-W- oder 300-W gepulsten Faserlaser ausgestattet ist. Um eine höchstmögliche Präzision zu erreichen, sind die Achsen auf einem Granitmodul montiert, das im Vergleich zu Stahl eine hohe thermische Stabilität bietet. Die Anlage ist für bis zu fünf Achsen ausgelegt. Die Fertigungspräzision wird durch den Einsatz eines Schneidkopfes weiter erhöht, der von der Schweizer Coherent-Niederlassung (ehemals Lasag) bereitgestellt wird, die über 45 Jahre Erfahrung im Bereich Hochleistungsoptiken verfügt. Die Faserkopplung sorgt für eine sehr gute Ausrichtung, sowohl auf die Mitte der Schneidlinse als auch der Schneiddüse, und ermöglicht so konstante Schneidergebnisse. Die Exact Cut eignet sich als Stand-alone-System für kleine Losgrößen oder Prototypenarbeiten. Sie kann aber auch in die Pick-and-Place-Robotik und Produktionslinien mit Förderband integriert werden.

Als Option ist ein Laserleistungsmessgerät erhältlich, welches in frei definierbaren Zyklen die tatsächliche Ausgangsleistung des Laserstrahls hinter dem Schneidkopf misst; die Aufzeichnung dieser Daten ist nur eine von vielen automatisierten, softwaregesteuerten Funktionen. Zusätzlich zur Eigenüberwachung kann das System für jedes einzelne produzierte Teil eine detaillierte Prozessprotokollierung bereitstellen, beispielsweise für die Rückverfolgbarkeit und die Einhaltung der ISO 13485. Diese Daten können lokal gespeichert und in externe Dokumentationssysteme wie die ERP-Software und die Customer Relationship Management (CRM)-Funktionen exportiert werden. Die Exact Cut ist für Industry 4.0 (IIoT) ausgelegt.


Zum Spezialisten für Lasertechnik

Der Einsatz der Laserbearbeitung nimmt aufgrund von Fortschritten in der Technologie selbst sowie intelligenter Werkzeuge weiter zu, aber auch aufgrund der Entwicklung der Patientendemographie und aktueller chirurgischer Trends, wie Roboter-Chirurgie und Minimal-invasive-Chirurgie. Als Anbieter von Lasern und Laserschneidsystemen unterstützt Coherent dieses Marktwachstum. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Santa Clara, Kalifornien/USA, bietet ein umfassendes Angebot an Lasern mit Pulsbreiten von Millisekunden bis Femtosekunden, Ausgangsleistungen von wenigen
Watt bis Multi-Kilowatt und Wellenlängen vom tiefen UV bis zum mittleren Infrarot.

www.coherent.com

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