Laser-Abisolieren von Drähten für die Montage medizinischer Geräte

Das Abisolieren von Drähten per Laser ermöglicht Präzision auch bei kleinsten Drähten, wie diesem Katheterdraht. Foto mit freundlicher Genehmigung von Schleuniger Inc.

Mikrokoaxial-Flachbandkabel, wie sie beispielsweise in Ultraschallgeräten verwendet werden, verfügen über kleine flexible Drähte, die sich für herkömmliche Abisoliermethoden als schwierig erweisen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Schleuniger Inc.

Das Abisolieren von Drähten per Laser wurde in den 1970er Jahren von der NASA im Rahmen des Space-Shuttle-Programms entwickelt. Die Technologie ermöglichte die Verwendung kleinerer Drähte mit dünnerer Isolierung, ohne dass das Risiko von Schäden bestand, die durch herkömmliche mechanische Methoden zum Abisolieren von Drähten verursacht werden können.

Die Laser-Abisoliertechnologie wurde in den 1990er Jahren kommerzialisiert, zunächst für den Einsatz in Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsanwendungen. Als der Markt für Unterhaltungselektronik explodierte, wuchs das Abisolieren von Laserkabeln erheblich. Laser waren die einzige Möglichkeit, die winzigen Datenkabel in Laptops, Mobiltelefonen und anderen Produkten der Unterhaltungselektronik zu abisolieren. Eine weitere große Branche, die aus gutem Grund Laserdrahtabisoliermethoden eingeführt hat, ist die Herstellung hochwertiger medizinischer Geräte.

Der Einsatz von Laserlicht zum Entfernen von Isolations- oder Beschichtungsschichten von elektrischen Drähten, Kathetern und anderen Komponenten für medizinische Geräte ist heute die Norm, da der Einsatz eines Laser-Entlackungsprozesses viele Vorteile bietet. Am bedeutendsten ist die hohe Wiederholgenauigkeit, die dem Prozess innewohnt. Bei der Verwendung eines CO2-Lasers zum Entfernen der Polymerisolierung, beispielsweise von einem Drahtleiter, wird die Laserenergie leicht von der Isolierung absorbiert, aber stark vom darunter liegenden Metallleiter reflektiert. Da der Leiter das Laserlicht reflektiert, besteht keine Gefahr einer Beschädigung beim Abisoliervorgang. Beim Laserabisolieren sind der Abisolierlänge eines Drahtes keine Grenzen gesetzt. Außerdem besteht unabhängig von der Drahtgröße keine Gefahr einer Beschädigung des Leiters.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Laser-Abisoliermaschinen runde, unrunde, flache Bänder oder jede andere Form von Drähten oder Kabeln abisolieren können. Zu den Abisoliergeometrien gehören Endabmantelung, Fensterabmantelung, Schlitzen oder vollständige Flächenablation. Der Prozess ist benutzerfreundlich. Im Gegensatz zu mechanischen Abisoliermethoden müssen keine Klingen oder Verbrauchsmaterialien ausgetauscht werden. Der Prozess erfolgt berührungslos, sodass keine Wartungs- oder Verschleißteile anfallen, die häufig ausgetauscht werden müssen.

Auch Laser-Abisoliermaschinen sind vielseitig einsetzbar. Es gibt viele verschiedene Lasertypen auf dem Markt, die jeweils eine unterschiedliche Wellenlänge haben. Die Idee besteht darin, einen Laser mit einer Wellenlänge und Leistung auszuwählen, die von der äußeren Beschichtungsschicht leicht absorbiert wird, aber von der darunter liegenden Schicht stark reflektiert wird.

Laserabstreifer können in einem halbautomatischen Prozess eingesetzt werden, bei dem der Bediener das abzustreifende Material der Maschine vorführt. Dies wird typischerweise zum Abisolieren von Enden verwendet und kann für einzelne Enden oder eine Charge auf einmal verwendet werden. Darüber hinaus kann der Laser-Stripper auch vollständig in eine nachgeschaltete Schneid- und Abisoliermaschine integriert werden, um in einem vollautomatischen Prozess zu messen, zu schneiden und zu abisolieren.

Bei der Herstellung medizinischer Geräte ist die Auswahl und ordnungsgemäße Verarbeitung der richtigen Drähte und Kabel wichtig. In manchen Fällen kann es für einen Patienten über Leben und Tod entscheiden. Das Abisolieren von Drähten per Laser kann bei mehreren medizinischen Anwendungen eine qualitativ hochwertigere Verarbeitung gewährleisten.

Katheterkabel werden verwendet, um eine medizinische Sonde oder ein medizinisches Gerät an die spezifische Gewebestelle zu führen. Die höchsten Anforderungen werden an die Reduzierung der Kabelgröße gestellt, um die Manövrierfähigkeit zu verbessern und die Funktionalität zu erhöhen. Typische Anwendungen umfassen die Hochfrequenzablation, bei der der Katheter mehrere Leiter, eine Reihe von Thermoelementen und das HF-Ablationssignal trägt. Diese feinen Drähte werden in der Regel entweder aus Emaille wie Polyimid, Beschichtungen oder biokompatiblen Fluorpolymeren hergestellt.

Kleinere Drähte in Kathetern können bei herkömmlichen mechanischen Abisoliermethoden leicht beschädigt werden. Da der Leiter jedoch den Laser reflektiert, gewährleistet das Laser-Drahtabisolieren ein völlig kerbenfreies Abisolieren.

Herzschrittmacherelektroden sind flexibel und federartig. Diese Elektroden stellen aufgrund ihrer Fluorpolymerbeschichtung und ihrer Hitzeempfindlichkeit während der Verarbeitung besondere Herausforderungen an die Laserablation. Diese Herausforderungen können durch die Auswahl des richtigen Lasers und der richtigen Bearbeitungstechnik gemeistert werden, sodass das Laser-Strippen eine praktikable Option ist.

Medizinische Elektrowerkzeuge, wie zum Beispiel Bohrer für die Gehirnchirurgie, erfordern ein Höchstmaß an Qualität und Zuverlässigkeit. Für die Verkabelung der Wicklungen von Hochleistungsmotoren wird mit Lasern der Lack abgetragen. Durch herkömmliches mechanisches Bürsten und Schleifen der Wicklungen können gefährliche Partikel in das Endprodukt gelangen. Eine saubere Alternative bietet das Laser-Entlacken.

Ein Hypotube ist ein langes Metallrohr mit mikrotechnischen Merkmalen entlang seiner Länge. Es ist ein wichtiger Bestandteil minimalinvasiver Katheter, die in Verbindung mit Ballons und Stents zur Öffnung verstopfter Arterien verwendet werden. Der Ballonteil des Katheters wird am Kopf des Hypotubes befestigt. Diese Rohre sind typischerweise mit einem Polymer wie PTFE, ETFE oder einer Verbindung auf Nylonbasis beschichtet. Bei der Herstellung eines Katheters ist es notwendig, einen Teil der extrudierten Beschichtung auf dem Schlauch zu entfernen. Die Laserentfernung erweist sich gegenüber traditionelleren klingenbasierten Methoden als beliebter, vor allem aufgrund der Möglichkeit, den Prozess zu automatisieren.

Einzelleiter mit kleinem Durchmesser sind in medizinischen Geräten weit verbreitet, sei es in einem über einen Katheter eingeführten Gerät oder in einem Cochlea-Implantat oder Hörgerät. Mit der Laserentfernung können Drähte mit einem Durchmesser von nur 50 AWG und kleiner abisoliert werden, ohne dass der Leiter beschädigt wird.

Flache Mikrokoaxial-Flachbandkabel finden sich in einer Reihe medizinischer Geräte, beispielsweise in Ultraschallscannern. Hochdichte und hochfrequente Signale müssen mit einer möglichst flexiblen Verkabelung übertragen werden. Das Laserabisolieren garantiert hochwertige Ergebnisse beim Abisolieren der kleinen Leiter in Mikrokoaxialbändern mit hoher Dichte.

Der Markt für die Herstellung medizinischer Geräte erfordert hochwertige Prozesse gepaart mit komplexen und empfindlichen Verkabelungssystemen. Das Laserabisolieren von Drähten kann vielen Herausforderungen der Branche gerecht werden und wird auch weiterhin die Methode der Wahl sein, da immer kleinere und empfindlichere medizinische Geräte weiterentwickelt werden.