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Lasermarkierter Herzschrittmacher
Aktive implantierbare medizinische Geräte (AIMDs)

AIMDs effizienter fertigen mit Lasertechnologie

Implantierbare medizinische Geräte zu fertigen ist extrem kompliziert – vor allem aufgrund der sensiblen Elektronik in ihrem Inneren. Wir zeigen Ihnen, wie Sie mithilfe der Lasertechnik stabile elektrische Verbindungen und heliumdichte Schweißnähte herstellen, die hohen Belastungen standhalten.

Welche Herausforderungen gibt es bei der Fertigung medizinischer Implantate?

Implantierbare medizinische Geräte wie beispielsweise Herzschrittmacher bestehen aus kleinsten Bauteilen und empfindlichen elektrischen Komponenten. Im menschlichen Körper müssen sie einwandfrei funktionieren und dürfen dabei keinen Schaden anrichten. Sie unterliegen einer Fülle an technischen Anforderungen und stellen deshalb hohe Ansprüche an Produktionsprozesse und -anlagen: Da die verwendeten Bauteile häufig sehr filigran und die Produktionsschritte sehr komplex sind, setzen viele Hersteller bei der Montage der Implantate auf Handarbeit. Das ist zum einen problematisch, weil es immer schwerer wird, qualifizierte Mitarbeiter zu finden. Zum anderen macht es einen Ausbau der Fertigung – vor allem mit weiteren Produktionsstätten – schwierig. Außerdem sind Hersteller verpflichtet, sämtliche Produktionsschritte nachvollziehbar zu dokumentieren

Da implantierbare Medizingeräte für viele Menschen lebensnotwendig sind, müssen sie ausreichend verfügbar sein. Um das zu gewährleisten, sollten Produktionsanlagen zuverlässig funktionieren, nur minimale Ausfallzeiten haben und einen schnellen (Wartungs-)Service ermöglichen. Immer wichtiger wird es in diesem Zusammenhang, dass Fertigungskapazitäten und -technik sich mit notwendigen Systemkomponenten modular erweitern lassen, damit sie für diverse Produkte flexibel einsatzfähig sind.

Beispiele für aktive Implantate sind Herzschrittmacher, Defibrillatoren oder neuronale Sensoren. Sie bestehen aus mehreren Bauteilen (z. B. Batterien, Leitungen oder Schaltkreisen), die zunächst einzeln hergestellt und dann zusammengesetzt werden. Die Gehäuse dieser Implantate müssen hermetisch abgedichtet sein, um sowohl die sensible Elektronik als auch den Körper des Patienten zu schützen.

Welche Vorteile bietet Lasertechnik bei der Entwicklung und Fertigung implantierbarer Medizingeräte?

Lasersysteme bieten eine Lösung für zahlreiche komplexe, technische Herausforderungen und Limitationen bei der Entwicklung und Produktion von aktiven Implantaten. Ihr Einsatz ermöglicht ein präzises und automatisiertes 3D-Schweißen von Leitungen. Damit lassen sich enge Toleranzen einhalten und neuartige Materialien wie Glas und Keramik bei den Gerätegehäusen verbinden. Lasersysteme und -anwendungen bieten deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren, wenn es darum geht, verlustfreie elektrische Anschlüsse und stabile, heliumdichte Schweißnähte herzustellen, die gleichzeitig hohen mechanischen Belastungen standhalten.

 

 

Laser sichern Sterilität und Biokompatibilität

Laser können biokompatible Werkstoffe ideal bearbeiten. Außerdem erzeugen sie glatte Verbindungsnähte und nicht-poröse Oberflächenstrukturen, an denen Keime nicht haften bleiben. Dadurch lassen sich Medizinprodukte leichter steril halten. 

Laser erzielen hermetische Abdichtung

Laserschweißnähte sind heliumdicht. Undichte Stellen bei Implantaten sind damit ausgeschlossen. Das schützt sowohl die inneren Bauteile des Geräts als auch die Gesundheit des Patienten.

Laser erzeugen verlustfreie elektrische Verbindungen

Das Leben von Patienten hängt oftmals von der einwandfreien Funktion implantierbarer Geräte ab. Mittels Laserpulsschweißen erhalten Sie stabile und verlustfreie elektrische Verbindungen, welche die hohen Qualitätsansprüche von Medizinprodukten erfüllen.

Laser bringen Ihnen einen Qualitätsvorsprung

Innovative Lasersysteme von TRUMPF enthalten zahlreiche Funktionen zur Qualitätssicherung in der Medizintechnik, z. B. Sensoren für die Prozessüberwachung und die visuelle Überprüfung der Geometrie, selbstlernende Systeme sowie künstliche Intelligenz.

Wie können Sie Laser bei der Fertigung aktiver Implantate einsetzen?

Kontaktschweißen von Elektroden (Batterie)

Mittels Laserschweißen lassen sich verlustfreie elektrische Verbindungen innerhalb eines vorgegebenen Kontaktbereichs sicherstellen.

Dabei lassen sich Pulsfrequenzen und -stärken steuern, was Laserschweißen bei geringer Hitze und das Fügen fast aller metallischer Materialien ermöglicht. Das ist vor allem relevant bei flexiblen Leiterplatten in Defibrillatoren und Herzschrittmachern oder auch beim Anschluss empfindlicher Sensorsysteme. Diese Schweißnähte halten hohen mechanischen Belastungen stand.

Gasdichtes Wärmeleitschweißen von AIMD-Gehäusen

Aktive Implantate werden bei geringer Hitzeentwicklung verschweißt, damit die empfindlichen Materialien im Inneren nicht beschädigt werden. Denn Sensoren oder Kunststoffbauteile liegen aufgrund des speziellen Designs oft sehr nah am Schweißbereich der Implantate – vor allem je kleiner und komplexer sie sind. 

Der Vorteil von Laserschweißnähten ist, dass sie sehr fein und glatt sind und hygienische, nicht-poröse Oberflächen besitzen. Außerdem sind sie hermetisch dicht, sodass nach der Implantation sowohl der Patient als auch die inneren Gerätebauteile geschützt sind.

Laserschneiden von Multihelix-Leitungen

Beim Schneiden von Multihelix-Leitungen stellt der Laser sicher, dass die Beschichtung einzelner Spulen unversehrt bleibt. So lässt sich die Geometrie je nach Bedarf per radialem, axialem, gestaffeltem oder rechtwinkligem Schnitt zurechtschneiden, um sie für eine weitere Verarbeitung – beispielsweise für das Laserschweißen von Leitungsenden – vorzubereiten. 

Bei dieser Technologie entstehen keine Splitter, welche die Isolierung beschädigen könnten. Außerdem kommt es weder zu Hitzeeinwirkungen noch zu Verschleiß. Der Prozess läuft automatisiert ab. Somit braucht es auch weniger Zeit und Nacharbeit im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden.

Laserstrukturieren und -ablation als Oberflächenvorbereitung

Mit Lasertechnik können Sie Komponenten medizinischer Geräte für das Verkleben vorbereiten, indem sie ihre Oberflächen strukturieren. So lässt sich beispielsweise die Rauheit von Elektrodenköpfen mit dem Laser derart optimieren, dass sie beim Verkleben perfekt haften.

Außerdem ermöglicht es der Laser, Oberflächen zu reinigenBeschichtungen abzutragen und Unebenheiten zu entfernen – beispielsweise ETFE, PTFE, PFA, Polyurethan oder Parylen auf Wärmetauschern oder Gerätegehäusen.

Laserheftschweißen von Bauteilen

Eine Elektrode oder Leitung besteht oft aus mehreren Teilen. Mit kurzen Heftschweißpunkten lassen sich diese Einzelteile in der richtigen Position zueinander fixieren, bevor die Baugruppe verschweißt wird.

Erst durch diesen Montageprozess können Sie enge geometrische Toleranzen ohne Verzug sicherstellen. Außerdem wird dadurch auch der Zusammenbau vereinfacht, da die Teile ohne größere Krafteinwirkung zusammenhalten.

Laserablation zur Verringerung von Wanddicken

Mittels Laserablation reduzieren Sie die Wanddicken in polymeren Schläuchen, um lokal eine erhöhte Flexibilität und damit bestmögliche Durchflussraten zu erreichen.

Typische Anwendungsbereiche sind Multilumenschläuche für Katheter und Endoskope.

Lasermarkieren von Seriennummern

Die innovative Laserkennzeichnung sorgt für kontrastreiche, permanente und nicht korrodierende Markierungen, die auf den unterschiedlichsten Materialien gut lesbar sind.

Damit lassen sich fortlaufende Chargennummern und Serienbezeichnungen auf einzelnen Teilen und Geräten anbringen, um sie in der Fertigung und Logistik schneller und einfacher identifizieren und nachverfolgen zu können.

Erzeugen individueller Musterungen

Wenn Gerätebauteile spezielle Musterungen erfordern, ist es üblich, diese zu stanzen oder mittels chemischer Verfahren einzuätzen. Diese Verfahren sind technisch sehr anspruchsvoll und mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden.

Die Mikromaterialbearbeitung mit dem Laser und die Laserablation stellen eine effiziente Alternative dar, die zuverlässig präzise Ergebnisse liefert. Fürs Laserschneiden ist nichts weiter erforderlich als eine Programmänderung in der Steuerungssoftware. Anschließend können Sie schnell und präzise beliebig viele Wiederholungen in höchster Qualität durchführen.

Laseranwendungen im Bereich der Elektronik

Beim Schneiden von Sensoren mit polymeren Trägermaterialien wie beispielsweise flexiblen Leiterplatten (PCBs) ermöglicht Ihnen der Laser größte Geometriefreiheit. Erst diese Flexibilität erlaubt es, Leiterplatten zu falten und in kleine kompakte Gehäuse, wie zum Beispiel die Herzschrittmacherelektronik oder Kamera- und Sensorsysteme flexibler Endoskope zu setzen. Derselbe Laser, der hier zum Schneiden zum Einsatz kommt, kann dann unter anderem auch für die Laserbeschriftung von Seriennummern, verwendet werden.

 

 

Erfahren Sie, wie unser Kunde Miethke seine neurochirurgischen Implantate mit TRUMPF Lasern fertigt

Wenn man hohe Qualität erzeugen will, dann muss man gute Qualität einkaufen, die die hohe Qualität erzeugen kann. Und da sind wir direkt auf TRUMPF gekommen.

Jörg Knebel
Abteilungsleiter Qualitätsmanagement, Christoph Miethke GmbH & Co. KG

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Kurzpulslaser

Kurzpulslaser weisen eine Pulsdauer im Nanosekundenbereich auf und lassen sich bei zahlreichen Arbeitsvorgängen in der Industrie einsetzen. Sie bieten Ihnen eine unvergleichliche Flexibilität für Prozesse wie das Schweißen, Schneiden, Bohren, Markieren, die Ablation oder Reinigung.

Ultrakurzpulslaser

Ob beim Strukturieren, Schneiden, Bohren oder dem Abtragen von Material – Ultrakurzpulslaser sind ein unverzichtbares Werkzeug für die Mikrofertigung in der Medizintechnik. Eines ihrer besonderen Leistungsmerkmale: Sie übertragen nahezu keine Wärme auf das Material (Kaltbearbeitung).

Automatisierte Mehrachssysteme

In der 3D-Fertigung werden zum Schneiden, Schweißen oder zur Oberflächenbehandlung oft automatisierte Mehrachssysteme verwendet. Diese Systeme lassen sich mit Faserlasern, Scheibenlasern und Ultrakurzpulslasern kombinieren und konfigurieren.

Beschriftungslaser

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Sensorik & Software

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