Die Kombination aus einem besseren Preis-Leistungs-Verhältnis dieser Laser und der steigenden Nachfrage nach ihrer hervorragenden Schnittqualität in kleineren medizinischen Geräten ist die treibende Kraft hinter ihrer zunehmenden Verbreitung.

Faserlaser dominieren bereits seit einigen Jahren die Schneid- und Bohranwendungen in der Medizinprodukteindustrie dank ihres relativ niedrigen Preises, ihrer skalierbaren Leistung und ihrer hohen Zuverlässigkeit. Femtosekundenlaser bieten einen klaren Vorteil hinsichtlich der Schnittqualität, konnten sich jedoch lange Zeit nur einen geringen Marktanteil sichern. Dies ändert sich nun jedoch relativ schnell. Schauen wir uns an, was der Grund für diesen dramatischen Anstieg des Marktanteils im Vergleich zu Faserlasern ist.

Femtosekundenlaser – bessere und feinere Schnitte

Die einzigartige Kombination der Vorteile von Femtosekunden- (fs) Lasern für die Materialbearbeitung ist seit langem bekannt. Bei herkömmlichen Lasern, wie beispielsweise Faserlasern, ist der Großteil der Wechselwirkungen mit dem Material photothermischer Natur, was zur Entstehung einer thermisch beeinflussten Zone (HAZ) führt. In Präzisionsanwendungen schränkt dies die Mindestgröße der Elemente ein, die sauber und ohne Schmelzen bearbeitet werden können; es kann zu inakzeptablen funktionalen oder kosmetischen Schäden führen und erfordert häufig eine mechanische Nachbearbeitung (z. B. Entgraten, manuelles Polieren oder Aufreiben). Im Gegensatz dazu liefert der Fs-Laser um eine Größenordnung kürzere Impulse mit einer wesentlich höheren Spitzenleistung, die das Material sofort verdampfen, bevor die Wärme in das Werkstück eindringen kann. Dieses kühlere und präzisere Schneiden ermöglicht die Herstellung kleinerer Elemente ohne Grate, sodass weder Schleifen noch Polieren erforderlich ist. Darüber hinaus funktioniert das Verfahren bei nahezu jedem Material, einschließlich Bauteilen aus Verbundwerkstoffen wie Polymer- und Metallschichten – siehe Abbildung.

Abbildung: Femtosekundenlaser können praktisch jedes Material mit hervorragender Kantenqualität und ohne Umschmelzen des Materials schneiden.

Miniaturgeräte mit feineren Details

Ein wichtiger Treiber für die zunehmende Verbreitung der Fs-Laserbearbeitung in letzter Zeit ist die Nachfrage nach medizinischen Geräten (z. B. periphere Stents, minimalinvasive Katheter, minimalinvasive Instrumente usw.), die sich durch kleinere Bauteile mit dünneren Wänden und einer höheren Anzahl an geschnittenen Details auszeichnen. Dies zeigt sich insbesondere an der Nachfrage nach Maschinen, die für das Schneiden von Rohrgeometrien konfiguriert sind, wie in der Abbildung oben dargestellt. Darüber hinaus ist die Verwendung anspruchsvollerer und teurerer Materialien ein weiterer Faktor. Ein Beispiel hierfür sind bioabsorbierbare Stents aus Magnesium, bei denen die Nachbearbeitung nach dem Einsatz von Faserlasern die Ausbeute um bis zu 50 % verringern kann, während das Schneiden mit einem Faserlaser keine Nachbearbeitung erfordert. Auch andere Industriezweige (z. B. die Display-/Elektronikfertigung) orientieren sich an dieser Technologie, was eine zusätzliche Nachfrage auf dem Markt darstellt, die die Laserhersteller wiederum dazu motiviert, fortschrittliche Fs-Laser und -Maschinen zu entwickeln.

Fortschritte im Bereich der Fs-Laser – höhere Leistung, geringere Kosten pro Watt

Femtosekundenlaser haben in Bezug auf Leistung, Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit tatsächlich ein neues Reifegradniveau erreicht. Die Leistung ist ein besonders wichtiger Leistungsparameter, da sie die Durchsatzrate direkt bestimmt. Ein Beispiel für Fs-Laser der neuen Generation ist die Coherent Monaco-Serie, bei der die maximale Leistung im Zeitraum, den das Verkaufsdaten-Diagramm abdeckt, schrittweise von weniger als 20 W auf über 60 W gestiegen ist. Auch die Kosten pro Watt sind bei den meisten Femtosekundenlasern in letzter Zeit gesunken. Diese Laser können somit eine höhere Leistung bei gleichzeitig geringeren Stückkosten bieten. Die ersten Monaco-Modelle sind bereits seit mehreren Jahren in anspruchsvollen Produktionsumgebungen rund um die Uhr im Einsatz, was die höhere Zuverlässigkeit von Fs-Lasern unterstreicht, die wiederum zu niedrigeren Gesamtbetriebskosten beiträgt. Zusammen mit den Kosteneinsparungen durch den Wegfall mechanischer Nachbearbeitungsschritte hat dies bei mehreren Präzisionsschneidaufgaben definitiv zu einem wirtschaftlichen Durchbruch geführt.

Effizientere, automatisierte Maschinen

Die meisten Hersteller medizinischer Geräte wollen natürlich keinen Laser, sondern eine komplette Lasermaschine. Und der letzte Teil des Gesamtbildes ist die Verfügbarkeit fortschrittlicher Fs-Lasermaschinen mit vereinfachter automatisierter Teilehandhabung und Kontrolle. Dazu gehört auch eine benutzerfreundliche Software, die weder umfangreiche Schulungen noch Fachkenntnisse erfordert. Dies bietet dem Anwender Flexibilität beim schnellen Wechsel zwischen kleinen Losgrößen verschiedener Bauteile oder bei der Fertigung langer, unbeaufsichtigter Serien mit größeren Stückzahlen. Ein Beispiel hierfür ist die ExactCut-Serie von Coherent, die mit unserer neuesten Bedienungssoftware ausgestattet ist: Coherent Laser FrameWork.

Fazit: Faserlaser, Fs-Laser oder beides?

Eine der größten Fragen für jeden, der sich heute im Bereich MDM eine neue Maschine anschafft, ist die Wahl zwischen einem Fs- oder einem Faserlaser. Der wichtigste verbleibende Vorteil des Faserlasers ist die Möglichkeit, dank der höheren verfügbaren Leistung schneller und dickere Teile zu schneiden. Bei dünneren Bauteilen werden die Vorteile hinsichtlich Leistung und Geschwindigkeit jedoch häufig dadurch geschmälert, dass die Wiederholfrequenz gesenkt werden muss, um kumulative thermische Schäden zu vermeiden. Das Fazit lautet daher, dass der optimale Lasertyp tatsächlich von den spezifischen Anforderungen der Anwendung abhängt.

Aus diesem Grund sind die neuesten Laserschneidmaschinen für medizinische Geräte nun wahlweise mit einem Femtosekunden- oder einem Faserlaser oder als Hybridvariante mit beiden Lasern erhältlich. Dank dieser zweiten Option können Anwender nahtlos zwischen den Lasern wechseln, sogar innerhalb eines einzigen Auftrags, bei dem es Schnitte geben kann, die mit einem Faserlaser kostengünstiger als mit einem Fs-Laser durchgeführt werden können – und umgekehrt.

Erfahren Sie mehr darüber, wie der Coherent StarCut Tube-Hybridlaser dem Unternehmen Motion Dynamics dabei half, das Laserschneiden für neurologische Baugruppen zu nutzen.