Die Zukunft der Laser-Mikrofertigung auf den Märkten für medizinische Geräte

1. Oktober 2019 Durch gesponserte Inhalte

Laser-Mikrofertigungstechnologien und ihre Auswirkungen auf die Herstellung medizinischer Geräte Die Laser-Mikrofertigung ist eine Zusammenstellung von Technologien, die entwickelt wurden, um der ständig steigenden Nachfrage nach Mikrofertigung in den Märkten für medizinische Geräte und fortgeschrittene Diagnostik gerecht zu werden. Zu diesen Technologien gehören Laserablation, Laserschneiden, Laserbohren und Laserschweißen.

Jede Technologie erfüllt einen allgemeinen Bedarf von Herstellern medizinischer Geräte, medizinische Geräte im Mikromaßstab aus Metallen oder Polymeren herzustellen. Der Vorteil der Verwendung eines Lasers gegenüber herkömmlichen mechanischen Verfahren besteht darin, dass kein Teilekontakt besteht, Mikrometer-Maßstabsmerkmale möglich sind und der Wärmeeintrag minimal ist. Diese kombinierten Vorteile ermöglichen eine Miniaturisierung über mehrere medizinische Geräteanwendungen hinweg mit einem direkten Weg vom Prototyping bis zur Produktion.

Dieser Artikel enthält Einzelheiten zu Laser-Mikrofertigungstechnologien und deren Anwendung auf medizinische Geräte.

Die Laserablation ist ein vorteilhafter Prozess für die fortschrittliche Mikrofertigung medizinischer Geräteanwendungen, da sie ein breites Spektrum an Materialkompatibilität bietet, was zu einer Vielzahl von Produkten führt.

Die Laserablation erfreut sich immer größerer Beliebtheit und Nachfrage, da Forschungs- und Entwicklungsingenieure ihre Vorteile bei der Miniaturisierung von Geräten erkannt haben.

Beispielanwendungen für medizinische Geräte:

3D-Laserablation

Ein Beispiel ist die 3D-Ablation, ein Verfahren, das entwickelt wurde, um unerfüllte Kundenbedürfnisse im neurovaskulären Markt zu erfüllen.

HerausforderungEin Kunde benötigte ein Metallteil, das zehnmal kleiner war, als ein Schweizer CNC-Bearbeitungsprozess liefern konnte.

Lösung

Anwendungsbeispiele der 3D-Ablation finden Sie in den Abbildungen 2 und 3.

Eine weitere einzigartige Anwendung der Laserablation ist das Abisolieren von Drähten per Laser. Bei diesem Verfahren wird die äußere Beschichtung entfernt, um die darunter liegende Schicht oder den Kernmetalldraht freizulegen.

Herausforderung In Abbildung 4 zeigen wir Querschnitte eines idealen mehrschichtig beschichteten Drahtes (I) und eines realen Drahtes mit (übertriebenen) Nichtkonzentrizitätsproblemen (II). Die Beschichtungsschichten sind an einigen Stellen rund um den Draht dicker und an anderen Stellen dünner. Wenn wir den Draht in einem Prozess mit offenem Regelkreis lasern (d. h. indem wir an allen Drehstellen die gleiche Anzahl von Impulsen liefern), dann ist das Endergebnis ein ungleichmäßiger, ungleichmäßig abisolierter Draht mit verbleibenden Beschichtungsschichten und möglicherweise einem Kern Drahtschäden an einigen Rotationsstellen (III, IV).

Lösung Um eine 100-prozentige Entfernung jeder Beschichtungsschicht sicherzustellen und unerwünschtes Eindringen in die nächste Schicht zu minimieren, hat Resonetics eine einzigartige Prozesssteuerung mit geschlossenem Regelkreis namens ASSURE End Point Detection™ entwickelt und patentiert. Durch die Überwachung der Plasmafahne am Ablationspunkt, deren Signatur zwischen den Materialien nachfolgender Schichten unterscheidet und das Vorhandensein und die Art des verbleibenden Materials erkennt, kann der Laser ein- und ausgeschaltet werden, um zu vermeiden, dass er zu tief in die dünneren Abschnitte der Drahtbeschichtung eindringt oder diese auch entfernt in den dickeren Abschnitten (V, VI) wenig.

Der Hauptvorteil von ASSURE End Point Detection™ besteht darin, dass beschichtete Drähte gleichmäßig und konsistent abisoliert werden können, unabhängig von den unvermeidlichen Schwankungen der Drahtbeschichtung von Charge zu Charge oder sogar innerhalb derselben Spule.

Beim Laserschneiden wird typischerweise ein Nd:YAG- oder Faserlaser verwendet. Resonetics verwendet diese Laser nicht nur, sondern hat auch ultraschnelles (Pikosekunden- und Femtosekunden-)Laserschneiden entwickelt, um den Wärmeeintrag zu eliminieren und so die nachgelagerte Teilebearbeitung zu minimieren.

Ultraschnelles Laserschneiden kann für verschiedene Arten von Metallen und Polymeren eingesetzt werden, mit folgenden Vorteilen: Keine Wärmeeinflusszone, saubere Schnittkanten und keine Grate.

Anwendungsbeispiele für das Laserschneiden finden Sie in den Abbildungen 6 und 7.

Beispielanwendungen für medizinische Geräte:

Anwendungen und Fortschritte für die Medizingeräteindustrie

Die lasergeschnittenen Hypotubes (LCT) aus dem PRIME™-Verfahren haben viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Katheterherstellungsmethoden (wie der geflochtenen Spulenkonstruktion). Nachfolgend sind die wichtigsten Vorteile der PRIME™ Laser Cut LCT-Katheterkomponenten aufgeführt:

Anpassung: Ein wesentlicher Vorteil der LCT gegenüber der herkömmlichen Katheterkonstruktion ist die Möglichkeit, die Teilegeometrie vollständig an die klinischen Anforderungen des Katheters anzupassen. Wenn Sie beispielsweise einen Katheter mit erheblicher Steifigkeit am proximalen Ende entwerfen, am distalen Ende jedoch eine einachsige Flexibilität benötigen, kann dies mit einer herkömmlichen Flecht-/Wickeltechnik schwierig zu erreichen sein.

Drehmomentübertragung: Bei der LCT wird typischerweise ein unterbrochener Schnitt verwendet, der Flexibilität ermöglicht, aber eine monolithische Verbindung vom proximalen zum distalen Ende des Katheters aufrechterhält. Diese direkte Verbindung gewährleistet eine gute Drehmomentreaktion beim In-vivo-Betrieb des Geräts.

Knickfestigkeit: Ein zusätzlicher Vorteil des monolithischen Aspekts ist die optimierte Knickfestigkeit. Da Geräte flexibler werden, besteht naturgemäß ein höheres Risiko, dass sie beim Einführen/Ausbreiten durch die Anatomie abknicken. Der PRIME™-Prozess ermöglicht die Gestaltung von Flexibilität und die Optimierung der Knickfestigkeit ohne Einbußen bei der Funktionalität.

Ovalität: Eine Herausforderung bei geflochtenen/spiralförmigen Kathetern ist die Abflachung oder Ovalität, wenn sie sich durch schwierige anatomische Gegebenheiten bewegen. Da LCT monolithisch ist, kollabiert es nicht, da es die gewundene Anatomie fortpflanzt. Dies ist entscheidend, wenn zusätzliche Geräte durch den Innendurchmesser des Katheters eingeführt werden.

Niedriges Profil: LCT-basierte Katheter können mit einem relativ dünnwandigen Schlauch (bis zu <0,0005 Zoll) beginnen und gleichzeitig die Festigkeitsanforderungen des Katheters beibehalten. Auch hier ermöglichen die monolithischen Vorteile der LCT eine geringere Wandstärke des Katheters, was Platz für größere Geräte schafft, die durch den Innendurchmesser geführt werden.

Resonetics hat auch Fortschritte beim Nitinolschneiden mithilfe der ultraschnellen Lasertechnologie erzielt. Nitinol wird häufig zur Herstellung von Katheterkomponenten und Implantaten verwendet und reagiert empfindlich auf thermische Wärmeeinträge. Abbildung 9 unten zeigt ein ultraschnell lasergeschnittenes Nitinol-Teil. Über die Eliminierung der Wärmezufuhr hinaus sorgt das ultraschnelle Laserschneiden auch für ein Teil, das näher an der Endform liegt, wodurch der nachgeschaltete Bedarf an Elektropolieren minimiert wird.

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