"Das höchstflexible Verfahren ist für Einzelstückproduktionen besonders interessant"

Interview mit Dr. Arnold Gillner, Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Laser-Produktionstechniken sind äußerst flexibel und genau. Deshalb finden sie auch immer mehr Anwendung in der Medizintechnik, wo oft Einzelstücke hergestellt werden. Mit Digital Photonic Production lassen sich individualisierte Implantate direkt aus einer computerbasierten Vorlage erzeugen.

04/03/2014

Foto: Arnold Gillner

Dr. Arnold Gillner; © Fraunhofer ILT

Auf dem LaserForum, das im November 2013 stattfand und vom Fachverband IVAM und Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT ins Leben gerufen wurde, haben Experten über die neuesten Technologien und ihr Potenzial für die Medizintechnik gesprochen. Dr. Arnold Gillner erzählt mehr über Digital Photonic Production auf COMPAMED.de.

COMPAMED.de
: Das LaserForum fand unter dem Motto „Digital Photonic Production“ statt. Was bedeutet dieser Begriff genau?

Arnold Gillner: Digital Photonic Production ist eine neue Technik, die immer mehr Anwendung findet. Im Gegensatz zu klassischen Abtragungs- oder formgebundenen Verfahren, wie Fräsen oder Spritzgießen, ermöglichen es photonische Verfahren, direkt aus einer digitalen Vorlage pulverbasiert und dreidimensional Bauteile zu produzieren.

COMPAMED.de: Eins der Schwerpunktthemen, die auf dem Forum besprochen wurden, waren additive Laserverfahren. Welche Lösungen gibt es in diesem Bereich aktuell?

Gillner: Zu den additiven Laserverfahren gehören das Selective Laser Melting (SLM) und Laser Metal Deposition (LMD). Beide Technologien sind photonisch basiert und können auf Basis von Computerdaten dreidimensionale Bauteile erzeugen. SLM-Verfahren zeichnen sich durch geringe Kosten und hohe Flexibilität im Fertigungsprozess aus. LMD-Verfahren finden wiederum durch neue System- und Prozesstechniken nun auch den Einzug in die Mikro- und Feinwerkwelt.

COMPAMED.de: Wie wichtig sind optische Technologien für die Medizintechnik?

Gillner: In der Medizintechnik werden meistens sehr individuelle Produkte wie Implantate gebraucht. Daher spielen solche Laserverfahren auf diesem Gebiet eine besonders große Rolle.

Implantate werden oft als Einzelstücke produziert. Mit optischen Technologien können auf der Basis eines CT-Bildes patientenspezifische Bauteile erzeugt werden, die man nur ein einziges Mal braucht. Dafür muss keine Form hergestellt und keine komplizierte Programmierung für Frästechniken durchgeführt werden.
Foto: Bauteil wird mit Pinsel freigelegt

Bauteilentnahme aus Pulver nach Ende eines SLM-Prozesses; © Fraunhofer ILT/Volker Lannert

COMPAMED.de: Ähnlich wie bei einem 3D-Drucker?

Gillner: Das stimmt, die Techniken ähneln einem 3D-Druck. Mit dem Unterschied, dass bei Digital Photonic Production mit Metallen oder Keramiken mit wesentlich höherer Genauigkeit gearbeitet wird und die erzeugten Bauteile funktional sind. 3D-Drucker sind häufig mit Techniken verbunden, die nur ein reines Anschauungsobjekt darstellen. Die ausgedruckten Bauteile bestehen aus Kunststoff und können deshalb keinem großen statischen, mechanischen und dynamischen Druck ausgesetzt werden. Denn dann zerfließt der Kunststoff sofort wieder. Metalle oder Keramiken sind viel beständiger und werden immer öfter mit photonischen Verfahren zu funktionalen und einsetzbaren Medizinprodukten verarbeitet.

COMPAMED.de: Strahlquellenkonzepte gehörten ebenfalls zu einem Themenblock des LaserForums. Welche Rolle spielen Kurz- und Ultrakurzpulslasersysteme in der Medizintechnik?

Gillner: Es gibt zwei Aspekte der digitalen photonischen Produktion: Entweder baut man ein Material Schicht für Schicht auf oder man trägt es Schicht für Schicht ab und erzeugt somit eine dreidimensionale Geometrie. Ultrakurzpulslaser sind als neue Produktionslaser in der Lage, Material mit einer sehr hohen Genauigkeit zu bearbeiten – im Bereich von einigen Hundert Nanometern. Und das ohne thermische Wirkung auf den jeweiligen Werkstoff.

Diese Eigenschaft macht diese Laser so besonders interessant für die Medizintechnik. So kann man beispielsweise Stents mit einem Ultrakurzpulslaser schneiden, ohne dass die Eigenschaften der kardiovaskulären Implantate verloren gehen.

COMPAMED.de: Wie groß ist der Bedarf und das Interesse an optischen Technologien im Bereich der Medizintechnik und warum?

Gillner: Der große Vorteil der Lasertechnologien ist, dass sie nicht werkzeuggebunden sind, wie es beispielsweise beim Fräsen oder Spritzgießen der Fall ist. Man arbeitet mit einem berührungslosen Strahl, wodurch Anforderungen an Reinheit und Verschmutzungsfreiheit gegeben werden.

Außerdem ist hier der thermische Einfluss eindeutig geringer im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren. In der Medizintechnik wird das Werkzeug Lasertechnik gerne aufgrund seiner Prozessvariabilität und seiner Schädigungsfreiheit für unterschiedliche Werkstoffe und Applikationen eingesetzt. Es ist ein höchstflexibles Verfahren, das für Einzelstückproduktionen besonders interessant ist.

Es lässt sich auch gut überwachen, was zum Beispiel bei der Herstellung von Herzschrittmachern eine große Rolle spielt. Dabei werden die Gehäuse verschweißt und man kann jede Schweißnaht während des Prozesses untersuchen. Dies ist wiederum für die Zertifizierung des Produktes von Bedeutung.
Foto: Michalina Chrzanowska; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview führte Michalina Chrzanowska.
COMPAMED.de