Laser: saubere Schnitte mit ultrakurzen Pulsen

Interview mit Dr.-Ing. Benjamin Schöps, Geschäftsführer, femtos GmbH

Immer kleinere Medizinprodukte mit feinen Strukturen machen auch immer genauere Herstellungsprozesse notwendig. Wo mechanische Bearbeitungsprozesse nicht genau genug sind, kommen Laser zum Einsatz. Und wo die konventionellen Laser zu ungenau arbeiten, können Hersteller mit ultrakurzgepulsten Lasern sauber schneiden.

04.01.2016

Foto: Dr.-Ing. Benjamin Schöps

Dr.-Ing. Benjamin Schöps; ©Yuriy Ogarkov

Dr.-Ing. Benjamin Schöps spricht auf COMPAMED.de über den Unterschied zwischen ultrakurzen und konventionellen Laserpulsen, was das für die Herstellung von Stents bedeutet und wohin sich der Lasereinsatz in der medizintechnischen Fertigung entwickeln wird.

Herr Dr. Schöps, was versteht man unter sogenannten ultrakurzen Laserpulsen?

Dr.-Ing. Benjamin Schöps: Allgemein sind das Laserpulse mit Pulsdauern im Bereich von Piko- und Femtosekunden. Bei genauerer Betrachtung ist diese Bezeichnung aber auch abhängig vom Material: Der Laserpuls muss kürzer sein als die Zeitkonstante des Materials für den Energieübergang vom Elektronensystem auf das Gitter. Dann ist es ein ultrakurzer Laserpuls.

Was ist der Unterschied zu kontinuierlichen Lasern?

Schöps: Mit langen Laserpulsen oder cw-Lasern (continuous wave) lassen sich Materialien aufschmelzen und schneiden. Die Schmelze wird dann mit einem Prozessgas aus der Schnittfuge entfernt. Dabei nimmt das Material aber sehr viel Wärmeenergie auf, denn die Einwirkdauer des Lasers ist sehr lang. Es wird durch den Wärmeeinfluss beschädigt, dieses geschädigte Material muss hinterher entfernt werden. Ultrakurze Laserpulse bringen weniger, im Idealfall gar keine, Wärmeenergie in das Material ein.
Foto: Kardiovaskulärer Stent

Kardiovaskuläre und Neurovaskuläre Stents werden mit immer feineren Stegen und Wandstärken hergestellt. Unterschreiten sie eine gewisse Größenordnung, müssen sie mit ultrakurz gepulsten Lasern geschnitten werden; ©panthermedia.net/ Sonja Wittke

Wofür setzt man dieses Verfahren in der medizintechnischen Fertigung ein?

Schöps: Gerade hier sind sehr viele kleine Strukturen gefragt und man benötigt bei vielen Bauteilen eine sehr gute Oberflächenqualität. Das Paradebeispiel hierfür sind neurovaskuläre Stents, aber auch kardiovaskuläre Stents werden zunehmend kleiner, das heißt sie haben geringere Stegbreiten und kleinere Querschnitte. Je kleiner die Strukturen sind, desto angepasster und spezieller muss auch das Laserverfahren werden.

Von welchen Größenordnungen reden wir denn hier?

Schöps: Im Moment arbeiten wir an Stegen mit einer Breite von 60 Mikrometern. Diese sind auch noch konventionell zu fertigen. Bei Stegbreiten von 30 Mikrometern und eine Wandstärke von 120 Mikrometern kann man aber zum Beispiel nicht mehr konventionell arbeiten.

Welche Grenzen gibt es für die Bearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen?

Schöps: Wenn die Wandstärke des zu bearbeitenden Materials zu groß ist. Dann verliert man die Vorteile der Femtosekundenlaser und es gibt keine Rechtfertigung für diesen Prozess mehr, da er teurer ist als die Bearbeitung mit Laserpulsen im Nanosekundenbereich. Das wird meiner Meinung nach aber abgeschwächt werden, wenn die Femtosekundenlaser in Zukunft billiger werden. Meiner Einschätzung nach wird sich der Femtosekundenlaser in zehn Jahren als Standard in der medizintechnischen Fertigung durchgesetzt haben.

Der reine Schneideprozess dauert mit dem Femtosekundenlaser bis zu viermal so lange wie beim konventionellen Laserschneiden. Dafür entfallen Nachbearbeitungsschritte zur Entfernung des geschädigten Materials.

Welche zukünftigen Anwendungen sehen Sie?

Schöps: Der Trend zu immer kleineren Strukturen wird anhalten. Gleichzeitig ermöglichen die ultrakurzen Laserpulse auch eine Bearbeitung der Oberfläche, da die Abtragstiefe gut steuerbar ist. Ich denke da an Oberflächenstrukturierungen, um beispielsweise Reibung und Benetzungseigenschaften zu beeinflussen.

Foto: Timo Roth; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview wurde geführt von Timo Roth.
COMPAMED.de