Innovative Forschung verlangt innovative Fertigung. Insbesondere in einem Umfeld, in dem die Technik dem Menschen so nahe kommt wie in keinem anderen Bereich: Chirurgische Instrumente gehen dem Patienten tief unter die Haut. Winzige Implantate wie der Aneurysmen-Clip sehen zwar aus wie eine Büroklammer, entscheiden aber in der Neurochirurgie über Leben und Tod. Und aktive Implantate wie der Herzschrittmacher werden sogar zu einem festen Bestandteil des menschlichen Körpers. Die Anforderungen an Werkstoffe, Fertigungsqualität und Prozess-Dokumentation sind aus gutem Grund hoch. Ein anspruchsvolles Aufgabenfeld für Fertigungstechnik und Prozessplanung - und wie geschaffen für den Laser.

Seine Anwendungsvielfalt und seine besonderen Fähigkeiten machen den Laser beim Schneiden, Schweißen und Beschriften von medizintechnischen Produkten zu einem Fertigungswerkzeug erster Wahl. „Der Laser ist ein Wegbereiter der Miniaturisierung und ermöglicht mit minimalen Fokusdurchmessern von aktuell rund 25 Mikrometern beim Beschriften und etwa 10 Mikrometern beim Abtragen und Strukturieren ganz neue Produktgestaltungen. Auch Mikroverschweißungen in der Größenordnung von nur wenigen Mikrometern sind möglich", erläu­tert Dr. Alexander Knitsch, der als Applikationsmanager bei TRUMPF für den Bereich Medizintechnik verantwortlich ist. Hinzu kommt, dass sich der Laser auf etwa einen Mikrometer genau positionieren lässt - ein bislang für die Praxis noch theoretischer, durch die mechanischen Achsen und die Gesamtleistung der Anlagen limitierter Wert. Die Laserleistung ist präzise regelbar, der Wärmeeintrag kann dadurch exakt gesteuert und an die Charakteristika temperatursensitiver Materialien angepasst werden.

Seine große Flexibilität spielt der Laser gerade im Instrumentenbereich mit hoher Produktvielfalt und kleinen Losgrößen voll aus. Kleine Einheiten können von Hand oder halbautomatisch produziert werden. Bei Mengenprodukten ist der Laser einfach automatisierbar und in die Fertigungslinie integrierbar. Kurze Rüstzeiten und einfache Übertragung der CAD-Daten auf die Maschinensteuerung erhöhen die Wirtschaftlichkeit. Und je nach Anforderung und den vorhandenen Inhouse-Kompetenzen stehen schlüsselfertige „Turnkey-Lösungen" oder individuelle Systemkonfigurationen von spezialisierten Integratoren zur Verfügung. Unternehmen wie der US-amerikanische Integrator ILT Innovative Laser Technologies, Inc. kennen die Anforderungen der Medizintechnik an die Fertigung und empfehlen, bereits bei der Pla­nung die Möglichkeiten des Lasers zu berücksichtigen: „Der Erfolg eines Systems beginnt bei der Produkt-Konstruktion und Gestaltung der Fügestellen", sagt Steven D. Weiss, Mitgründer und Hauptgesellschafter von ILT.

Laser arbeiten mit sprichwörtlich chirurgischer Präzision. Sie erledigen ihre Aufgabe schnell, zuverlässig und bei entsprechender Puls-zu-Puls-Stabilität in konstanter, reproduzierbarer Qualität. „Der größte Vorteil des Lasers liegt für uns darin, dass keine oder nur noch geringe Nacharbeiten am Werkstück anfallen", erläutert Wolf­gang Karl, Meister der Laserabteilung beim Tuttlinger Endoskop-Spezialisten Karl Storz GmbH & Co. KG. „Auch die Abläufe werden durch den Einsatz des Lasers deutlich schlanker - bei bestimmten Produkten konnten wir unsere Durchlaufzeiten um bis zu 50 Prozent reduzieren", ergänzt Karl.

Die Güte der laserbearbeiteten Oberflächen ist einwandfrei. Keine Riefen, Rillen, Grate oder Furchen beeinträchtigen die Hygiene. Lasergeschweißte Nähte, etwa an Endoskoprohren, haben eine porenfreie, glatte Oberfläche und die gleiche Biokompatibilität wie der Grundwerkstoff. Zusatzwerkstoffe müssen in der Regel nicht verwendet werden. Laserbeschriftungen auf Instrumenten, wie beispielsweise Wundspreizern, können bei entsprechender Parametrisierung auch hochalkalische Reinigung und Hochtemperatur-Sterilisation nichts anhaben. Die Schnittwinkel, zum Beispiel an filigranen Implantat-Systemen für Knochenfrakturen, haben glatte Oberflächen und Kanten mit minimalem Grat. Und mit dem Laser gesetzte Schweißpunkte sind sehr stabil: Die nur wenige Mikrometer großen Schweißpunkte an Nitinol-Fangkörbchen halten beispielsweise bis zu 70 Newton.

Neben der Qualität des einzelnen Werk­stücks sind die Konstanz, Reproduzierbarkeit und Überprüfbarkeit des Fertigungsprozesses von vitaler Bedeutung. Schwankende Quali­täten und streuende Toleranzen sind in der Fertigung von Medizintechnik-Produkten aus­geschlossen, ein „Montags-Herzschrittmacher" undenkbar. Für gleichbleibende, reproduzier­bare Qualität vom ersten Werkstück an sorgt bei der Laserbearbeitung ein hoch entwickeltes Strahlmanagement. Bei den aktuellen TRUMPF Lasern bedeutet dies, dass im Mikrosekunden-Takt - 1 000 000 mal pro Sekunde - geprüft wird, ob die ange­forderte mit der tatsächlichen Leistung über­einstimmt. Alle 10 Mikrosekunden wird der Puls reguliert, sodass bei einer beispielhaften Pulsdauer von 5 Millisekunden auch die Puls­formung beliebig moduliert werden kann. Die entsprechenden Parameter können aufgezeich­net und gespeichert werden - Stichwort „Quali­ty Data Storage Tool". „Gerade in Bezug auf die Prozessqualität hat der Laser gegenüber anderen Fertigungsmethoden entscheidende Vorteile: Er arbeitet nach klar definierten Parametern wie Pulslänge, Pulsdauer oder Pulsfolgefrequenz, die man auslesen, speichern, prüfen und jeder­zeit reproduzieren kann", erläutert Dr. Knitsch. Eine Eigenschaft des Lasers, die vor dem Hin­tergrund der steigenden Anforderungen an Dokumentation und Überprüfbarkeit immer wichtiger werden wird.