Nichtrostende Edelstähle für die Medizintechnik mit dem Laser sicher verkleben

Gestartetes BMBF-Verbundprojekt LaserPROMISE erforscht Vorbehandlungstechnologien, die schützende Chromdioxidschichten bei Klebeverbindungen nicht schädigen.
Ein breit aufgefächerter heller Laserstrahl auf einem metallenen Werkstück.

Bild 1: Laserreinigung und Oberflächenmodifikation einer Edelstahlkanüle ©Clean Lasersysteme GmbH

Ein heller Laserpunkt auf einem länglichen, runden Metallstab.

Bild 2: Reinigung einer Stanzmatrize / Entfernen von Schneidrückständen ©Clean Lasersysteme GmbH

16.10.14

BMBF-Verbundprojekt LaserPROMISE

Nichtrostende Edelstähle werden vielfach in der Medizintechnik eingesetzt. Das Geheimnis der nichtrostenden Edelstähle liegt an dem hohen Chromgehalt des Werkstoffs. Das Chrom im Edelstahl bildet zusammen mit dem Luftsauerstoff eine dünne Chromoxidschicht auf der Oberfläche, die den Stahl vor Korrosion schützt. Das Einsatzgebiet reicht von einfachen chirurgischen Instrumenten bis zu komplizierteren Geräten wie Endoskopen.

Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekts „Laserbasiertes Abscheiden haftvermittelnder Schichten auf rostfreien Edelstählen - LaserPROMISE“ ist die Erforschung einer Vorbehandlungstechnologie zum Verkleben nichtrostender Edelstähle durch eine chemische Modifizierung der Stahloberfläche mit Laserlicht.

Für das Verkleben nichtrostender Edelstähle ist eine Vorbehandlung der Klebflächen zwingend erforderlich, um die Festigkeit und Beständigkeit der Verbindung zu gewährleisten. Jede Vorbehandlung bedeutet aber auch eine Zerstörung der Chromoxidschicht, wodurch der Werkstoff anfällig für Korrosion wird. Medizinische Instrumente werden häufig mehrmals verwendet und nach jeder Verwendung durch heißen Dampf oder andere Methoden sterilisiert. Im schlimmsten Fall wird ein teures medizinisches Instrument durch die Korrosion unbrauchbar.

An diesem Punkt setzt das BMBF-Verbundprojekt LaserPROMISE an. Gängige Vorbehand-lungsverfahren für nichtrostende Edelstähle haben gemein, dass es nicht möglich ist, genau definierte Bereiche einer Vorbehandlung zu unterziehen. So kann es passieren, dass die Verklebung nicht alle behandelten Stellen abdeckt. Dies führt dazu, dass Bereiche mit beschädigter Chromoxidschicht heißem Wasserdampf ausgesetzt werden und korrodieren.

Die Lasertechnik bietet für dieses Problem eine elegante Lösung: Durch fokussiertes Laserlicht können genau die Bereiche eines Bauteils einer Vorbehandlung unterzogen werden, die auch verklebt werden sollen. Diese Genauigkeit macht das Laserlicht bei der Vorbehandlung nichtrostender Edelstähle zum Mittel der Wahl.

Doch der Laser trägt nicht nur Verunreinigungen von der Oberfläche ab, sondern bietet zudem die Möglichkeit, die Oberfläche mit zugeführten Gasen reagieren zu lassen. So lassen sich beispielsweise Silikate, chemische Verbindungen aus Silizium, Sauerstoff und Wasserstoff, in die Oberfläche des Werkstücks „einbauen“. An diesen Silikaten können speziell abgestimmte Klebstoffe besonders gut andocken. Dies führt zu hohen Festigkeiten der Klebverbindung und verringert die Anfälligkeit für Korrosion deutlich.

Neben der Medizintechnik sind für das Vorbehandlungsverfahren viele weitere Anwendungsfelder denkbar. Wann immer nichtrostende Edelstähle verklebt werden sollen und im Einsatz korrosiven Umgebungsbedingungen, wie Hitze oder Feuchtigkeit, ausgesetzt sind, ist der Erhalt der schützenden Chromoxidschicht sehr wichtig. So kann das Verfahren zum Beispiel auch für den Pumpenbau angewandt werden.

Das Verbundprojekt LaserPROMISE wird BMBF im Rahmen der Initiative „Funktionale Oberflächen und Schichten – die Basis der Photonik“ gefördert. Projektpartner sind die Clean Lasersysteme GmbH (Herzogenrath), die Polytec PT GmbH (Waldbronn), die Adelhelm Kunststoffbeschichtungen GmbH (Eningen), das Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut  der Universität Tübingen, der INNOVENT e.V. Technologieentwicklung (Jena) und die Universität Kassel. Das Projekt ist Anfang Oktober 2014 gestartet und wird über eine Laufzeit von drei Jahren bis Ende September 2017 vom BMBF mit 1,6 Millionen Euro gefördert.

Ansprechpartner

Universität Kassel
Dipl. Wirtsch.-Ing. Sascha Mechtold, M.Sc.
Abteilung Klebtechnik
Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren (tff)
Universität Kassel
Kurt-Wolters-Straße 3
34125 Kassel

Tel.: +49 561 804 7695
Fax: +49 561 804 2045

Clean-Lasersysteme GmbH
Dipl.-Ing., Dipl.-Kfm. Edwin Büchter
Dornkaulstraße 6
52134 Herzogenrath/Aachen

Tel.: +49 2407 9097-101
Fax: +49 2407 9097-111

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Verbundprojekt LaserPROMISE (PDF)

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