LASERSCHNEIDEN VON POLYESTER-GESTRICK FÜR TISSUE … · 1 2 9090 Jahresbericht 2016...
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90 90 Jahresbericht 2016 Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01 Änderungen bei Spezifikationen und anderen technischen Angaben bleiben vorbehalten. 04/2017. 1 1 Lasergeschnittene 10 mm Ronde aus 3 mm dickem Polyestergestrick. CO 2 -Laserschnitt bei 110 W, 2 m/s, 5 Überfahrten, 230 µm Strahldurchmesser. Aufgabenstellung Für die Herstellung textiler Implantate im Bereich Tissue Engineering soll ein mit Zellen besiedeltes Kunststoff-Gestrick aus Polyester hergestellt werden. Für die erforderlichen Vorversuche zur Implantation in Mäuseherzen werden dazu kleine Ronden mit ca. 10 mm Durchmesser und 3 mm Dicke als Probekörper benötigt, um verschiedene Zellkulturen anzulegen. Mechanische Trennverfahren sind in der Regel mit Gestrickschädigung verbunden, daher soll das Laserschneiden als alternatives Trennverfahren erprobt werden. Vorgehensweise Da Polyester wie viele andere Thermo- und Duroplaste hohe Absorptionswerte im infraroten Spektralbereich besitzt, ist eine CO 2 -Laserquelle mit 10,6 µm Emissionswellenlänge gut zum Schneiden geeignet. Bei vorgegebener Schnittgeschwindigkeit und Verwendung eines Standardschneidkopfs mit Plankon- vexlinse von 63 mm Brennweite sowie xyz-Linearachsen zur Strahlbewegung wird die erforderliche Laserleistung ermittelt, um das etwa 3 mm dicke Gestrick vollständig zu schneiden. Die Schnittkanten werden mit einem Auflichtmikroskop analysiert. Ergebnis Durch Anpassung von Fokusdurchmesser und Vorschubge- schwindigkeit können hochwertige Schnittergebnisse erzielt werden. Der flach auslaufende Randbereich eines gaußförmigen Grundmode CO 2 -Laserstrahls verursacht dabei die Ausbildung von Schmelzzonen an den Schnittkanten. Diese Bereiche verhärten nach der Erstarrung und verringern die Biegeflexi- bilität des zugeschnittenen Formteils. Dies ist für die geplante Anwendung des Bauteils als Herzimplantat allerdings durchaus vorteilhaft, da die mechanische Stabilität der im Vergleich zu seinem Durchmesser dicken Ronde zunimmt. Anwendungsfelder Lasergeschnittene Polyestergewirke für medizintechnische Anwendungen können mit großer Formflexibilität auch für kleine Bauteile mit Dimensionen bis hinunter zu 5 mm herge- stellt werden. Die entstehenden Schmelzkantenverhärtungen erhöhen die mechanische Stabilität, verhindern ein Ausfransen des Gestricks und lassen sich erfahrungsgemäß bei zu hoher Ausbildung durch Mehrfachüberfahrten reduzieren. Im nächsten Schritt soll das Polyester-Gestrick durch biokompatibles Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Gestrick ersetzt werden. Ansprechpartner Dipl.-Phys. Gerhard Otto Telefon +49 241 8906-165 [email protected] Dr. Alexander Olowinsky Telefon +49 241 8906-491 [email protected] LASERSCHNEIDEN VON POLYESTER-GESTRICK FÜR TISSUE ENGINEERING ANWENDUNGEN
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90 90 Jahresbericht 2016 Jahresbericht 2016 91Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de
DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de
DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01
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1 Lasergeschnittene 10 mm Ronde aus 3 mm dickem
Polyestergestrick. CO2-Laserschnitt bei 110 W, 2 m/s,
5 Überfahrten, 230 µm Strahldurchmesser.
Aufgabenstellung
Für die Herstellung textiler Implantate im Bereich Tissue
Engineering soll ein mit Zellen besiedeltes Kunststoff-Gestrick
aus Polyester hergestellt werden. Für die erforderlichen
Vorversuche zur Implantation in Mäuseherzen werden dazu
kleine Ronden mit ca. 10 mm Durchmesser und 3 mm Dicke
als Probekörper benötigt, um verschiedene Zellkulturen
anzulegen. Mechanische Trennverfahren sind in der Regel mit
Gestrickschädigung verbunden, daher soll das Laserschneiden
als alternatives Trennverfahren erprobt werden.
Vorgehensweise
Da Polyester wie viele andere Thermo- und Duroplaste hohe
Absorptionswerte im infraroten Spektralbereich besitzt, ist eine
CO2-Laserquelle mit 10,6 µm Emissionswellenlänge gut zum
Schneiden geeignet. Bei vorgegebener Schnittgeschwindigkeit
und Verwendung eines Standardschneidkopfs mit Plankon-
vexlinse von 63 mm Brennweite sowie xyz-Linearachsen zur
Strahlbewegung wird die erforderliche Laserleistung ermittelt,
um das etwa 3 mm dicke Gestrick vollständig zu schneiden.
Die Schnittkanten werden mit einem Auflichtmikroskop
analysiert.
Ergebnis
Durch Anpassung von Fokusdurchmesser und Vorschubge-
schwindigkeit können hochwertige Schnittergebnisse erzielt
werden. Der flach auslaufende Randbereich eines gaußförmigen
Grundmode CO2-Laserstrahls verursacht dabei die Ausbildung
von Schmelzzonen an den Schnittkanten. Diese Bereiche
verhärten nach der Erstarrung und verringern die Biegeflexi-
bilität des zugeschnittenen Formteils. Dies ist für die geplante
Anwendung des Bauteils als Herzimplantat allerdings durchaus
vorteilhaft, da die mechanische Stabilität der im Vergleich zu
seinem Durchmesser dicken Ronde zunimmt.
Anwendungsfelder
Lasergeschnittene Polyestergewirke für medizintechnische
Anwendungen können mit großer Formflexibilität auch für
kleine Bauteile mit Dimensionen bis hinunter zu 5 mm herge-
stellt werden. Die entstehenden Schmelzkantenverhärtungen
erhöhen die mechanische Stabilität, verhindern ein Ausfransen
des Gestricks und lassen sich erfahrungsgemäß bei zu hoher
Ausbildung durch Mehrfachüberfahrten reduzieren. Im nächsten
Schritt soll das Polyester-Gestrick durch biokompatibles
Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Gestrick ersetzt werden.
Ansprechpartner
Dipl.-Phys. Gerhard Otto
Telefon +49 241 8906-165
Dr. Alexander Olowinsky
Telefon +49 241 8906-491
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