Laserstrahlquellen mit ultrakurzen Pulsen sind als industrielle Werkzeuge stark im Kommen, besonders bei der Mikrobearbeitung medizintechnischer Produkte aus temperaturempfindlichen Materialien.
Bild 1. Besonders kompakte Laseranlage auf Basis eines Granitgestells: Die ›MFT 80‹ ist modular aufgebaut und kann mit unterschiedlichsten Strahlquellen sowie Automatisierungslösungen ausgestattet werden.
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Bild 2. Bioresorbierbarer Stent aus einer Magnesiumlegierung mit einem Außendurchmesser von 1,8 mm, trocken geschnitten mit einem Femtosekundenlaser bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 400 mm/min.
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Bild 3. Bioresorbierbarer Polymer-Stent mit einem Durchmesser von 3,18 mm, geschnitten mit einem Femtosekundenlaser bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 300 mm/min.
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Bild 4. Nitinol-Stent aus einer Memorylegierung mit einem Außendurchmesser von 1,8 mm, trocken geschnitten mit einem 4-W-Femtosekundenlaser bei einer Kontur-Schnittgeschwindigkeit von 400 mm/min.
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Die Lasertechnik hat sich in den letzten Jahren überaus dynamisch entwickelt und zu deutlichen Produktivitätssprüngen geführt. Besonders beim Blick auf die Innovationen bei den Strahlquellen wird dies sehr schnell deutlich. So führte die Industrialisierung von Faserlasern zu einer deutlichen Verbesserung beim Feinschneiden und der Mikrobearbeitung. Faserlaser überzeugen mit einem hohen Wirkungsgrad, einer exzellenten Strahlqualität, einem niedrigen Anschaffungspreis und einer einfachen Integrierbarkeit in verschiedenste Laseranlagen. Das Unternehmen Swisstec Micromachining aus Altstätten/Schweiz nutzt seit Jahren erfolgreich Faserlaser mit einer mittleren Leistung von 50 bis 400 W zum Feinschneiden von Stents sowie weiteren medizintechnischen Produkten wie Hypotubes, Nadeln, Endoskopen oder Kanülen. Auch beim Schweißen und Bohren dieser Teile finden Faserlaser heute Anwendung. Mit Schnittbreiten von 10 bis 30 μm im produktiven 24/7-Betrieb erreichen Laseranlagen wie die ›MFT 80 / MFT 120‹ von Swisstec Schnittgeschwindigkeiten von mehr als 3000 mm/min bei Faserlasern und bis circa 1000 mm/min bei Femtosekundenlasern mit einer Wiederholgenauigkeit von ±0,1 μm (Bild 1).
Ultrakurzpulslaser mit Vorteilen
Zu den Strahlquellen, die in den letzten Jahren zu vielversprechenden Resultaten in der Mikrobearbeitung geführt haben, zählt insbesondere die Klasse der Ultrakurzpulslaser, bei denen zwischen Piko- und Femtosekundenlasern unterschieden wird. Mit Pulslängen im Bereich von 6 bis 15 ps bei Pikosekundenlasern und 100 bis 500 fs bei Femtosekundenlasern werden enorme Pulsenergien ins Material eingebracht, beispielsweise 200 μJ bei einem Pikosekundenlaser mit einer Leistung von 100 W. Auf diese Weise wird das Material direkt verdampft; Schmelzeaufwürfe und thermische Schädigungen werden vermieden. Besonders Pikosekundenlaser stehen heute als industrielles Werkzeug zur Verfügung. Lediglich der nach wie vor recht hohe Anschaffungspreis steht einer breiten industriellen Anwendung noch entgegen. Im Gegensatz dazu ermöglichen Pikosekundenlaser schon jetzt Prozesse und Bearbeitungsergebnisse, wie sie sonst nicht oder nur mit hohem Aufwand erreicht werden können. In Bezug auf die Kosten pro Bauteil relativiert sich der hohe Preis für die Strahlquellen allerdings, wenn beispielsweise zeitaufwendige und kritische Nachbearbeitungsschritte wie das (mechanische-/manuelle und elektrochemische) Entgraten entfallen. In vielen Fällen sind Pikosekundenlaser sogar die wirtschaftlichste Lösung zur Herstellung innovativer Produkte aus schwer zu bearbeitenden Materialien.
Femtolaser für Polymer- und metallische Stents
Während Pikosekundenlaser aufgrund ihrer einzigartigen Produkteigenschaften den Einzug in eine Vielzahl industrieller Applikationen bereits vollzogen haben, sind in jüngster Zeit Femtosekundenlaser mit Pulslängen von weniger als 500 fs in den Fokus industrieller Anwender gerückt. Zwar stehen diese Strahlquellen in Bezug auf ihre Abtragsleistung denen der Pikosekundenlaser noch um einiges nach, aufgrund der hohen Pulsenergien von bis zu 200 μJ lassen sich mit Femtosekundenlasern aber praktisch alle Materialien ohne thermische Schädigungen bearbeiten. Die Vorteile dieser Strahlquellen kommen beispielsweise bei sehr temperaturempfindlichen Bauteilen wie Polymer-, Nitinol- und Magnesium-Stents zum Tragen. Trotz teils extrem dünner Wanddicken von 500 bis 50 μm und darunter müssen diese verzugsfreisowie ohne thermische Schädigungen produziert werden (Bilder 2 bis 4). Weil bei derartigen Mikrobauteilen prinzipbedingt keine mechanische Nachbearbeitung mehr erfolgen kann, führt an Femtosekundenlasern kaum ein Weg vorbei. Dank eines modularen Baukastensystems ist Swisstec in der Lage, sowohl Faser- als auch Piko- und Femtosekundenlaser in die Anlagen des Typs ›MTF‹ (Multi FlexibleTube) zu integrieren. Pikosekundenlaser sind dabei mit Leistungen zwischen 25 und 100 W verfügbar und stehen im IR- und UV-Wellenlängenbereich bereit. Die implementierten Femtosekundenlaser haben eine Leistung von 5 bis 100 W und sind als Systemlösung die derzeit kompaktesten modularen Laseranlagen am Weltmarkt.
HERSTELLER
swisstec micromachining ag
CH-9450 Altstätten
Tel. +41 71 755 31 12
info@swisstecag.com
http://www.swisstecag.com