Fein- und Mikroschneiden

Lasertechnik für perfekte Stents

| Autor / Redakteur: Eduard Fassbind / Peter Reinhardt

Schneidflanke eines mittels Pico-Laser geschnittenen Nitinol-Rohrs unter 200-facher Vergrößerung: Solch saubere Schnittflächen ohne Grat und Schlacke reduzieren den Aufwand für teure Nachbearbeitungszeit drastisch.
Schneidflanke eines mittels Pico-Laser geschnittenen Nitinol-Rohrs unter 200-facher Vergrößerung: Solch saubere Schnittflächen ohne Grat und Schlacke reduzieren den Aufwand für teure Nachbearbeitungszeit drastisch. (Bild: Swisstec)

Die Leistungsfähigkeit von Laseranlagen zum Fein- und Mikroschneiden ist immer nur so gut wie deren Gesamtkonzept aus Maschinenbau, Strahlquelle, Inline-Qualitätsprüfung und Automation. Beim Schneiden von Stents wird das volle Potenzial deshalb nur durch applikationsspezifische Anlagen erschlossen.

Je nach Implantationsort im Körper kann der Durchmesser eines Stents 1 bis 10 mm betragen. Die Länge reicht von wenigen Millimetern bis hin zu einigen Zentimetern. Eines ist jedoch fast allen Stents gemeinsam: Erst wenn sie am endgültigen Ort platziert sind, ist der maximale Durchmesser gefragt. Um sie dorthin zu bringen, werden sie mit noch geringerem Durchmesser durch die Arterien geschoben. Erst dann werden sie aufgedehnt.

Laserschneiden mit 3.000 mm/min Vorschub

Bis jedoch aus einem Rohr ein fertig implantierbarer Stent wird, sind viele Fertigungsschritte notwendig. Ein zentraler Prozessschritt ist hierbei das Laserschneiden. Die meisten Metallstents werden aus Rohren mit Wandstärken von wenigen Zehntelmillimetern geschnitten. Ihr Design ist derart optimiert, dass der Blutfluss bestmöglich gewährleistet ist und eine größtmögliche Flexibilität erhalten bleibt. Außerdem sollen Stents das Aufdehnen bestmöglich überstehen. Für den Laserprozess bedeutet das, dass sehr feine Strukturen genauestens geschnitten und Wärmeeinwirkung sowie Mikrorisse verhindert werden müssen. Mit den von Swisstec eingesetzten Faserlasern und den hochpräzisen mechanischen Komponenten ist dies mit einer Genauigkeit von ±1 μm möglich.

Die Faserlaser arbeiten meist im infraroten Spektralbereich von 1.070 nm und mit Leistungen von 50 bis 100 W. Je nach Material, Dimensionen und Design werden dabei Schnittbreiten von 10 bis 20 μm und darunter erzielt. In der Systemlösung Multi Flexi Tube (MFT), die für das Schneiden von Rohren konzipiert ist, wird das Rohr mit einer mit Linearmotoren betriebenen X-Achse horizontal bewegt. Gleichzeitig dreht die A-Achse das in hochpräzisen Führungen gelagerte Rohr. Bei Anwendungen für Stents bleibt also der Laserkopf auf seiner Position. Nur für Anwendungen, bei denen ein Offset-Schnitt (Schnitt zeigt nicht zum Zentrum) gewünscht ist, werden zwei zusätzliche, voll NC-gesteuerte Achsen angeboten, die den Laserkopf auch horizontal oder vertikal bewegen.

Vom Prototyp bis zur Massenproduktion

Ein besonderes Highlight der MFT-Baureihe von Swisstec ist die leicht zu bedienende Funktion des Nassschneidens, bei der das Rohr mit Wasser gespült wird. Von Vorteil ist hierbei nicht nur die Kühlung, sondern auch der Schutz der gegenüberliegenden Wand. Meist wird fürs Laserschneiden ein an das Material angepasstes Prozessgas wie Argon, Stickstoff oder Sauerstoff verwendet. So sind Schnittgeschwindigkeiten über 3.000 mm/min möglich.

Sobald das Design eines Stents festgelegt ist, kann dieses von der 2D-Zeichnung einfach mittels CAM-Programm in einen NC-Code umgewandelt werden. Dieser steuert den Schneideprozess mit allen Parametern wie Schnittgeschwindigkeit, Gasdruck und Wasserdurchfluss. Aufgrund ihrer Kompaktheit – die kleinste Ausführung MFT 80 mit einer Schnittlänge von 75 mm kommt gerade auf einen Platzbedarf von 0,7 m2 – und der einfachen Handhabung werden diese Systeme auch in der Entwicklung der Stent-Designs eingesetzt.

Bei der Produktion von Nadeln, Kanülen und rohrförmigen endoskopischen Geräten sind natürlich andere Dimensionen gefragt. Soll die Produktion 24 Stunden pro Tag und sieben Tage die Woche laufen, sind oft automatische Systeme im Einsatz. Aus einem Lademagazin werden die Rohre dann nicht nur zugeführt, sondern auch vollautomatisch an die Wasserversorgung angekuppelt. Auch beim Entnahmesystem reicht die Palette vom einfachen Auffangbehälter über pneumatisches Ausstoßen bis hin zur Einzelentnahme durch einen Roboterarm mit sechs Achsen.

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