Rofin-Baasel Swiss AG: Validierung von Laserschweissprozessen

>> Für ein neu entwickeltes Rückenimplantat müssen zwei Stifte als redundante Sicherheit zusätzlich mit Laser geschweisst werden. Die feinsten Schweissnähte sind kaum sichtbar und mit dem Hand- und CNC-Schweisslaser Performance von Rofin Baasel bearbeitet. Im Artikel werden Entwicklung und Validierung des Schweissprozesses dargestellt.

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Das Medizintechnikunternehmen Ulrich Medical hat eine neue Generation Cosmic-Schrauben zur dynamischen Stabilisierung der Wirbelsäule entwickelt. Bei zahlreichen Erscheinungsformen degenerativer Veränderungen der Wirbelsäule ist weder die Implantation einer Bandscheibenprothese noch die Versteifungsoperation die erste Wahl. Für diese Fälle stellt das dynamische Stab-Schrauben-System eine elegante Alternative dar.

Zentraler Bestandteil des Cosmic-Konzepts ist ein Scharniergelenk zwischen Schraubenkopf und Gewindeteil. Um die Operationstechnik zum Einschrauben der Implantate in die Wirbelkörper noch präziser und sicherer zu machen, hat Ulrich Medical die weiterentwickelten Schrauben kanüliert, also mit einer zentralen Bohrung versehen. So kann Position und Winkel des späteren Schraubkanals zunächst mit einem dünnen Führungsdraht festgelegt werden. Dieser dient in der Folge auch zum präzisen Setzen der Schraube. Der bislang als Gelenkachse verwendete, durchgehende und beidseitig vernietete Verbindungsstift ist bei der neuen Hohlschraube im Weg.

Laserfeinschweissung als redundante Sicherung

Medizintechnische Zulassungen für Implantate verlangen redundante Sicherheiten für zentrale Funktionen. Die Presspassung der zwei kleinen Stifte, die nun die Verbindung der Schraube mit der Halbschale übernehmen, reicht dazu nicht. Deshalb muss eine Laserschweissung als redundante Sicherheit gegen die Lockerung der Stifte eingesetzt werden. Alle Teile sind aus einer Titanlegierung, die Stifte mit 1,5 mm Durchmesser und etwa 3 mm Länge einigermassen winzig. Hinzu kommt, dass ein kleiner Spalt überschweisst werden muss, da die Bohrungen als Montagehilfe für das Einsetzen der Stifte auf den ersten Zehntelmillimetern einen leicht vergrösserten Durchmesser aufweisen.

Entwicklung des optimalen Laserschweissprozesses

Wenn Unternehmen für die Entwicklung oder Validierung anspruchsvoller Laserschweissprozesse externe Unterstützung benötigen, können sie sich unter anderem an Spezialisten der schweisstechnischen Lehr- und Versuchsanstalt SLV München wenden. Der Laserspezialist Peter Limley hat mit den Laserschweisssystemen Integral und Performance, einigen anderen Rofin-Lasern und verschiedenen Prüflaboren alle Möglichkeiten zur Evaluierung und Validierung sowohl manueller als auch automatisierter Schweissprozesse. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit kommen die Hand- und CNC-Schweisslaser Performance, Select und Integral von Rofin in der medizintechnischen Produktion häufig zum Einsatz.

Nach dem Einlegen der Teile in die Werkstückaufnahme erzeugt ein automatischer, achsengesteuerter Schweissprozess die gewünschte, kreisförmige Schweissnaht. Peter Limley ermittelt mit Werkstückmustern in einigen Versuchsreihen auf Rofins Schweisssystem Performance geeignete Werte für Ladespannung, Pulsdauer und Pulsenergie. Ziel ist eine konstante Einschweisstiefe von 0,4 mm mit einem Gefüge ohne Poren und Mikrorisse. Die schliesslich ermittelten Laserparameter reduzieren die nötige Schweissnahtbreite auf etwa 500 μm und den unerwünschten Wärmeeintrag gegenüber den ersten Probeschweissungen auf einen Bruchteil.

Da in diesem Fall der Hersteller Ulrich Medical ein baugleiches Rofin-Lasersystem einsetzt, gestaltet sich die Übertragung des Schweissprozesses in die Vorserienproduktion ausgesprochen einfach. Die Proben daraus bestätigen dann auch die gute Übertragbarkeit der Schweissparameter. <<

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