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Anlassbeschriftung versus Lasergravur Medizinprodukte mit dem Laser beschriften

Redakteur: Kathrin Schäfer

Laserbeschriftungen stellen sicher, dass Instrumente, Implantate, Knochenschrauben oder Herzschrittmacher rückverfolgt werden können. Bei diesen Produkten aus Edelstahl oder Titan kommen zwei unterschiedliche Verfahren zum Einsatz: die Anlassbeschriftung und die in manchen Fällen angewandte Lasergravur.

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Laserbeschriftetes Hüftgelenksimplantat: Eine Nummer oder ein Code geben Auskunft darüber, um welches Teil es sich handelt und wann es hergestellt wurde.
Laserbeschriftetes Hüftgelenksimplantat: Eine Nummer oder ein Code geben Auskunft darüber, um welches Teil es sich handelt und wann es hergestellt wurde.
(Bild: Trumpf)

Jedes Teil wird mit einer individuellen Nummer oder einem Code versehen. So weiß der Hersteller bei Rückfragen immer, um welches Teil es sich handelt und wann es hergestellt wurde.

Laserbeschriftungen sind leicht anzubringen …

Die Laserbeschriftung bietet Vorteile gegenüber Methoden wie Drucken oder Ätzen. Denn es handelt es sich um ein umweltfreundliches Verfahren ohne Farben, Säuren oder Lösungsmittel. Die Beschriftung schont das Material, da der Prozess berührungslos von Statten geht und keine Krafteinwirkung auf das Werkstück erfolgt. Schwer zugängliche Stellen sind leicht erreichbar bei beliebiger Geometrie der Beschriftung. Mit hohen Beschriftungsgeschwindigkeiten lassen sich Präzision, Qualität und Reproduzierbarkeit erzielen. Bei variablen Markierungen und kleinen Losgrößen bietet der Laser Flexibilität.

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… und lange korrosionsbeständig

In der Medizintechnik ist die Dauerhaftigkeit einer Markierung eine besondere Herausforderung. Mit Hilfe aggressiver Verfahren, wie einer hochalkalischen Reinigung (pH>10) und einer anschließenden Sterilisation bei einer Temperatur von mindestens 134°C, wird die Gefahr der Übertragung von Erregern im klinischen Alltag gebannt. Dabei drohen Korrosion sowie das Verblassen und Abplatzen der Beschriftungen.

Doch an jedes einzelne Instrument oder Implantat werden höchste Qualitätsanforderungen gestellt. Mängel im Bereich von Beschriftungen können wichtige Informationen zerstören und führen zu Ausschuss. Aufgrund von Qualitätsstandards, die auf der DIN ISO 9001 basieren, ist eine Rückverfolgbarkeit der Artikel seitens des Herstellers zu garantieren. In der Industrie wird dies heutzutage zu einem großen Teil mittels Laserbeschriftungen sichergestellt.

Das Verfahren an Material und Oberflächenstruktur anpassen

Ein Großteil medizinischer Instrumente und Implantate wird aus nichtrostenden Stählen mit unterschiedlichen Legierungsanteilen gefertigt. Nichtrostende Stähle müssen mindestens 10,5 Prozent Chrom enthalten, um eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit aufzuweisen.

Die Beständigkeit dieser Stähle beruht auf einer Anreicherung des Chroms an der Oberfläche. Durch die Laserbeschriftung sowie nachfolgende chemische Einflüsse durch Aufbereitung und Alterung etc. kann es zu Störungen an der Oberfläche der Edelstahllegierung kommen und das Chrom- zu Eisenverhältnis herabgesetzt werden. Die Laserbeschriftungsparameter müssen daher für verschiedene Laserbeschriftungsverfahren auf die Stahlsorte und die Oberflächenstruktur angepasst werden.

Anlassbeschriftung mit anschließendem Passivierungsprozess

Bei der häufig verwendeten Anlassbeschriftung wird die Edelstahl- oder Titanoberfläche lokal bis unterhalb des Schmelzpunktes erwärmt. Dabei werden Oxidschichten an der Werkstückoberfläche generiert, womit Anlassfarben verbunden sind. Der Kontrast ist dabei abhängig von der Oxidschichtdicke. Die Oberflächenqualität bleibt vollständig erhalten, weshalb diese Art der Beschriftung sehr gerne in der Medizintechnik eingesetzt wird.

Durch die Anlassbeschriftung kann das Chrom- zu Eisenverhältnis negativ beeinflusst werden, d.h. die Korrosionsanfälligkeit kann durch diese Art der Beschriftung ansteigen. Durch einen im Anschluss an die Beschriftung durchgeführten Passivierungsprozess wird die Korrosionsanfälligkeit aber wieder sehr stark herabgesetzt. Somit ist dieser Prozess im Anschluss an eine Anlassbeschriftung unbedingt zu empfehlen. Da der Passivierungsprozess den Kontrast schwächen kann, müssen die Laserbeschriftungsparameter darauf angepasst sein ob und wie die Passivierung erfolgt.

Lasergravur gewinnt an Bedeutung

Informationen können bei Metallen, aber auch bei Keramiken und einigen Kunststoffen auch mit dem Laser graviert werden. Dabei ist die Leistungsdichte des Laserstrahls so hoch, dass das Material während der Bearbeitung schmilzt und teilweise verdampft. Im Werkstoff entsteht eine Vertiefung, die Gravur. Bei Metallen bilden sich durch die Wechselwirkung des aufgeschmolzenen Grundmaterials mit dem Luftsauerstoff Oxide, die aufgrund ihrer Farbe die Beschriftung deutlicher hervortreten lassen.

Bei Gravuren lassen sich bessere Chrom- zu Eisenverhältnisse erkennen als bei Anlassbeschriftungen. Untersuchungsergebnisse liefern Hinweise darauf, dass die ins Material eingebrachte Energie einen bestimmten Wert nicht unterschreiten sollte, damit ein geeignetes Verhältnis zwischen Chrom und Eisen erhalten bleibt bzw. entsteht. Ein Anhaltspunkt: der aufsummierte Energieeintrag muss mindestens 0,4 kJ/cm² betragen. Um ausreichend Energie einzubringen, kann es sinnvoll sein, diese durch Aufsummieren zu erhöhen.

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Folglich können für alle Oberflächen und Materialien Parameter ermittelt werden, die – gegebenenfalls als modifizierter, oberflächlich leicht angeschmolzener – Anlassparameter bzw. als reiner Gravurparameter in der Praxis Verwendung finden. Da bei dem richtigen Verhältnis von Energieeintrag und Fläche Korrosion vermieden kann, könnte die Gravur in der Medizintechnik an Bedeutung gewinnen. Bisher wird sie eingesetzt, wenn ein tieferes Eindringen in das Material gefordert ist. Insgesamt lassen sich mit Laserbeschriftung flexibel individuelle Informationen dauerhaft auf medizinische Instrumente und Implantate schreiben.

Kontakt:

Trumpf GmbH + Co. KG

D-71254 Ditzingen

www.trumpf.com

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