Das Laserschneiden überwindet erfolgreich die Probleme bei der Herstellung von Medizinprodukten aus Spezialmetallen, die ansonsten spröde oder bruchanfällig sind, sich nur schwer bearbeiten lassen oder mit hohen Materialkosten verbunden sind.

Die meisten Medizinprodukte, insbesondere solche zur Wiederverwendung, werden aus einer der verschiedenen Edelstahlsorten hergestellt. Das Laserschneiden dieser Stähle ist gut bekannt und weit verbreitet. Beim Schneiden von Edelstahlprodukten dominieren Faserlaser mit Nanosekunden-Impulsen, da diese Laser eine höhere Geschwindigkeit und eine höhere Durchsatzleistung bieten. Femtosekunden- (fs) Laser werden nur zum Schneiden sehr dünner Mikrorohre oder für Bauteile mit feinen Details eingesetzt oder dort, wo die hervorragende Kantenqualität, die diese Laser erzeugen, ein entscheidender Vorteil ist.

Das Schneiden anderer „Nickel-Metalle“, die bei der Herstellung von Medizinprodukten (MDM) verwendet werden, stellt oft ganz eigene Herausforderungen dar, doch die Vielseitigkeit des Laserschneidens führt praktisch immer zu einer optimalen Lösung. Schauen wir uns an, wie und warum es bei drei völlig unterschiedlichen Metallarten zum Einsatz kommt: Magnesium, Nitinol und Platin (sowie Gold).

SCHNEIDEN VON MAGNESIUM-STENTS MIT EINEM FEMTOSEKUNDENLASER

Allein in den USA werden jährlich mehr als 2 Millionen Stents implantiert. Das Laserschneiden, insbesondere mit einem Femtosekundenlaser, eignet sich ideal für die Herstellung dieser Stents, da sich die gewünschte Kantenqualität leicht erzielen lässt und der Bedarf an anschließender mechanischer und/oder chemischer Nachbearbeitung minimiert wird. Ebenso wichtig ist, dass vollständig integrierte und automatisierte Maschinen das 3D-Schneiden aus Rohrhalbzeugen vereinfacht haben. Diese Maschinen unterstützen das Nassschneiden, was zum Schutz der Rückwand vor thermischen Schäden nützlich ist, die sonst beim Schneiden von Rohren mit sehr dünnem Durchmesser häufig auftreten.

In den letzten Jahren werden zur Lösung des Problems der Restenose zunehmend bioresorbierbare Stents eingesetzt. Die ersten Exemplare wurden aus organischen Substanzen wie Polymilchsäure (PLLA) hergestellt. Anfangs wurden grüne Pikosekundenlaser verwendet, doch die Ergebnisse waren nicht optimal, sodass sich FS-Laser bald als De-facto-Standard durchsetzten. Anschließend wurden resorbierbare Metallstents (aus Magnesium) als weiteres alternatives Material entwickelt. Die thermischen Eigenschaften von Magnesium führten bei der Bearbeitung mit einem Faserlaser zu einem ungewöhnlichen Problem, nämlich kleinen Metalltröpfchen an den Schnittflächen. Diese mussten durch mechanische Reinigung entfernt werden. Dies führte jedoch dazu, dass die dünnen Streben, die bei vielen Stentkonstruktionen erforderlich sind, häufig beschädigt wurden; die Ausbeute dieser zusätzlichen Bearbeitung konnte unter 50 % liegen. Daher wurden FS-Laser erneut zur Standardtechnologie für das Schneiden.

SCHNEIDEN VON NITINOL MIT EINEM FASERLASER

Nitinol, auch „Formgedächtnismetall“ genannt, bietet die besonderen Eigenschaften der Superelastizität und des Formgedächtnisses. Diese Eigenschaften machen es zu einem hervorragenden Werkstoff und ermöglichen in vielen Fällen den Einsatz dieses Metalls in verschiedenen implantierbaren Geräten und Verfahren, einschließlich TAVR. Derzeit liegen die Durchmesser der meisten Nitinol-Röhrchen im Bereich von 3 bis 6 mm. Es werden jedoch auch Nitinol-Röhrchen mit einem Durchmesser von 0,56 mm verwendet. 

Bei den meisten heutigen MDM-Anwendungen ist die optimale Lasermethode in der Regel eine direkte Wahl zwischen Faser- und Femtosekundenlasern. Einige Hersteller setzen jedoch stattdessen ein neues Verfahren ein, das als Erosionsschneiden bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um eine kostengünstigere Alternative zu FS-Lasern für Produkte, darunter platinbasierte Komponenten für medizinische und biotechnologische Anwendungen sowie für Brennstoffzellen. Das Erosionsschneiden nutzt die schnelle Technologie des galvanometrischen Abtastens, die üblicherweise für Markierungsanwendungen eingesetzt wird. Ein Nachteil dieser Methode ist jedoch der deutlich höhere Zeitaufwand. Das Prinzip besteht darin, dass das Erosionsschneiden anstelle eines einzigen Durchgangs eines fokussierten Lasers mindestens Dutzende und manchmal sogar Tausende wiederholter Durchgänge umfasst, von denen jeder einige Mikrometer Material abträgt. „Dank des Hochgeschwindigkeitskopfes des PowerLine F20-Systems lassen sich jedoch auch Tausende von Durchläufen innerhalb weniger Minuten durchführen“, fügt er hinzu und erklärt, dass dieses einzigartige Verfahren tatsächlich für praktisch jedes Metall sowie für andere härtere Werkstoffe wie beispielsweise Keramik einsetzbar ist.

Quelle:Coherent.com