Suchen

Trumpf

Kalter Laser für kontrastreiche Kennzeichnung ohne Korrosion

| Redakteur: Peter Reinhardt

Für den US-amerikanischen Markt müssen heute schon bestimmte Medizinprodukte gekennzeichnet werden, damit sie sich lückenlos rückverfolgen lassen. Ultrakurzpulslaser sorgen dafür, dass solche Markierungen auch bei häufiger Sterilisation korrosionsfrei bleiben und dauerhaft hohen Kontrast aufweisen.

Firmen zum Thema

Produktkennzeichnung und Rückverfolgung: Medizinprodukte der Klasse III wie diese Pfanne einer Hüftgelenksprothese müssen gemäß FDA-Vorgaben schon heute gekennzeichnet sein. Mit Pikolasern geht das kontrastbeständig und dauerhaft.
Produktkennzeichnung und Rückverfolgung: Medizinprodukte der Klasse III wie diese Pfanne einer Hüftgelenksprothese müssen gemäß FDA-Vorgaben schon heute gekennzeichnet sein. Mit Pikolasern geht das kontrastbeständig und dauerhaft.
( Bild: Trumpf )

Das Lasermarkieren spielt bereits seit Jahren eine wichtige Rolle bei der Kennzeichnung von Medizinprodukten. Entsprechende Verfahren ermöglichen das sogenannte Schwarzmarkieren, bei dem es zu keinen fühlbaren Veränderungen an der Oberfläche der Werkstücke kommt. Das Schwarzmarkieren ist jedoch ein thermischer Prozess, der letztlich zu chemischen Veränderungen des bearbeiteten Materials führt. Kritisch ist das gerade bei Produkten, die rostfrei sein müssen und nach dem Gebrauch wieder aufbereitet und sterilisiert werden. Denn rostfreier Stahl enthält einen Anteil von etwa 12 bis 15 Prozent Chrom. Aufgrund dieses chemischen Elements kommt es an der Stahloberfläche zur Passivierung durch eine dünne Chrom-oxidschicht. Thermisch arbeitende Markierlaser zerstören diese Schicht, wodurch es bei den betroffenen Werkstücken leichter zur Korrosion kommen kann. Vermeiden lässt sich dies durch eine Passivierung. Gerade bei wiederverwendbarem OP-Besteck, das ja sehr viele Sterilisationszyklen durchläuft, sind solche Passivierungen immer wieder erforderlich, damit es nicht zur Korrosion kommt. Weil die Passivierung ein separater Prozess ist, den für gewöhnlich ein Dienstleister ausführt, entstehen hierdurch zusätzliche Kosten.

Material kalt bearbeiten

Dank der Entwicklung von extrem kurz gepulsten Laserquellen lässt sich dieses Problem künftig jedoch umgehen. Die Pulse dieser sogenannten Pikosekundenlaser sind so kurz, dass eine kalte Materialbearbeitung möglich wird. Denn die Zeitspanne, innerhalb derer die Laserenergie absorbiert wird, ist kürzer als die Zeitspanne des thermischen Aufheizens des umliegenden Materials. Die Wärmeeinflusszone ist deshalb minimal – und in der Folge bleibt die passivierte Oberfläche eines Werkstücks intakt, der Chromanteil sinkt nicht aufgrund hoher Temperaturen. Möglich wird dieser Bearbeitungsprozess jedoch erst bei sehr kurzen Laserpulsen – 50 Pikosekunden zum Beispiel wären noch zu lang für eine kalte Bearbeitung. Die Pikosekundenlaser-Modellreihe Tru-Micro 2000 von Trumpf etwa erzeugt daher Pulse von 20 Pikosekunden Dauer.

Bildergalerie

Doch die Korrosionsfreiheit markierter Werkstücke ist nicht der einzige Vorzug der neuen Lasertechnologie. Die kurzen Pulsdauern des Pikosekundenlasers prägen der Materialoberfläche zudem durch die Wechselwirkung zwischen den einfallenden Photonen und den Gitterschwingungen des Festkörpers eine dauerhaft bestehende periodische Nanostruktur auf. Dieses Phänomen wird sozusagen kostenlos – da unvermeidlich – aufgrund der Physik der Wechselwirkung mitgeliefert. Diese Nanostruktur wirkt wie eine Lichtfalle: Sie unterdrückt durch Beugungseffekte einen gewissen brechenden Anteil der Streuung, die das einfallende Licht im Allgemeinen erfahren würde; die Markierung des Werkstücks streut beziehungsweise reflektiert daher also weniger Licht. Mit anderen Worten: Der Kontrast der Markierung bleibt herstellungsbedingt in vollem Umfang erhalten, solange die Markierung nicht abrasiv entfernt wird. Bei der Sterilisation zum Beispiel bleibt die Markierung unverändert.

Ergänzendes zum Thema

Pilotkunde ist überzeugt

Von der Leistungsfähigkeit der Technologie konnte sich auch ein Pilotkunde von Trumpf überzeugen. Das Unternehmen testete Markierungen, die mit einem Pikosekundenlaser in kalter Bearbeitung aufgebracht wurden. Im eigenen Labor musste sich die Markierung nach einer definierten Zahl von Autoklavierungen als noch immer korrosionsfest erweisen. Die Tests mit dem neuen Markierungsverfahren lieferten sogar um den Faktor 20 bessere Werte.

Die Pikosekundenlaser Tru-Micro 2000 von Trumpf gibt es in drei Paketen: Sie sind als reine Strahlquelle erhältlich, die sich in andere Systeme integrieren lässt. Es gibt sie aber auch als Einheit aus Strahlquelle, Scannerkopf, Kühlung und Softwaresteuerung fürs Markieren. Zudem ist die Pikosekundenlaser-Modellreihe als vollintegrierte Markierstation erhältlich.

Natürlich muss sich das Markieren mit Pikosekundenlasern bei Medizinprodukten nicht auf OP-Besteck beschränken. Überall dort, wo Korrosionsfreiheit und dauerhafter Kontrast erwünscht sind, können Pikosekundenlaser die passende Lösung sein. Der Fantasie sind hier keine Grenzen gesetzt, solange sich die Prozessparameter an das Material und die weiteren Randbedingungen anpassen lassen.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 43700092)

gemeinfrei; Foba; ©Chinnapong - stock.adobe.com; Domino; Bild: Trumpf; Uta Wagner / IW; Devicemed; Dassault Systèmes; DPMA; Sensirion; Kraiburg TPE; Raumedic AG; Raumedic; Rico Elastomere Projecting; Fraunhofer IPT; Consense; ©auremar - stock.adobe.com; Chris Kettner; Transline; Die Storyfactory / Devicemed; BV-Med; Spectaris; Projekt HIPS; Radware; TITK; Volker Mai; Hochschule Stralsund; NUS National University of Singapore