Lasermarkierung von Kunststoffen in der Medizintechnik

Kunststoffe kommen in der Medizintechnik in einer Vielzahl von Bereichen zum Einsatz. Dabei ist häufig eine Direkt-Beschriftung zur Teilekennzeichnung erforderlich. Und da eine Markierung mittels Laser dauerhaft haltbar und in hoher Qualität umsetzbar ist, erweist sich die Lasermarkierung als erprobte Methode für die Kennzeichnung von Kunststoffanwendungen.

Die Medizinindustrie verwendet Plastik sowohl für hygienische Verbrauchsmaterialien zum Einmalgebrauch als auch für Implantate, Hightech-Wearables oder Mehrweginstrumente. Weitere Beispielanwendungen sind Spritzen und Kanülen, Beatmungsmasken, Hörgeräte oder Insulinpumpen.

Kunststoff gilt aufgrund seiner geringen Kosten und hohen Vielseitigkeit als enorm effizient. Materialeigenschaften wie Transparenz, Flexibilität, geringes Gewicht und Robustheit gegen Abnutzung sind im medizinischen Einsatz gefragt.

In jedem Fall muss die Biokompatibilität bei Medizinprodukten aus Plastik berücksichtigt werden, um die Patientengesundheit nicht zu gefährden. Dies gilt auch für ein Kunststoffteil, das lasermarkiert ist. Hier darf eine mögliche Veränderung der Materialoberfläche nicht zu einer Emission von Schadstoffen führen.

Rückverfolgbarkeit: Entscheidend für die Patientensicherheit

Neben der Biokompatibilität ist Rückverfolgbarkeit eine weitere Prämisse für die Patientensicherheit. Dies gilt insbesondere im Falle von Produktfehlern und -rückrufen. Aber auch zur Rationalisierung von Verarbeitungsprozessen über die gesamte Herstellungskette ist die Teileidentifikation entscheidend. Daher sollen Markierungen auf der Produktoberfläche dauerhaft für Mensch und Maschine lesbar sein.

Dies gilt vor allem, wenn ein Medizinprodukt mehrfach verwendet und nach jedem Gebrauch wiederaufbereitet wird. Dann ist eine Direktmarkierung gesetzlich vorgeschrieben und durch die FDA bzw. MDR-Bestimmungen geregelt. Dabei spricht man von der eindeutigen Produktkennzeichnung (Unique Device Identification).

Die Anforderungen an eine UDI-Code-Markierung können mithilfe der geeigneten Lasertechnik für fast jeden Kunststoff erfüllt werden. Darüber hinaus werden Kunststoffprodukte manchmal auch „nur“ zur Dekoration oder zur Erhöhung der Fälschungssicherheit gekennzeichnet.

Methoden der Kunststoffmarkierung: Vom Aufschäumen bis zum Materialabtrag

Abhängig von den Eigenschaften der Kunststoffe können CO₂-, UV-, Faser- und andere Festkörperlaser zur Kunststoff-Markierung eingesetzt werden. Da die thermische Energie des Lasers lokal und mit hoher Genauigkeit wirkt, ist der erzielte Farbumschlag scharf begrenzt, kontrastreich und damit gut lesbar.

Ein weiterer Vorteil der Laserbeschriftung ist die hohe Abriebfestigkeit: Da die Markierung meist innerhalb der Materialsubstanz entsteht, bleibt die Kunststoffoberfläche glatt und weniger angreifbar. Dies hat nicht nur Vorteile für die Haltbarkeit der Zeichen, sondern auch für die Produkthygiene.

Kunststoffe absorbieren Licht am besten im ultravioletten Bereich (UV-Laser) und im fernen Infrarotbereich (CO₂-Laser). Jedoch können durch spezielle Additive im Rohstoffmix Kunststoffe „laseroptimiert“ werden. Dann helfen die verwendeten Zusätze, Füllstoffe und Pigmente, das Absorptionsverhalten zu verbessern.

Dies führt zu optimalen Markierergebnissen beim Einsatz bestimmter Laser. So wird die Verwendung der vielseitigen Faserlaser (mit einer Wellenlänge von 1.064 nm) oder des sichtbaren grünen Laserlichts (532 nm) erleichtert oder sogar erst ermöglicht.

Die durch den Laser herbeigeführten thermischen Veränderungen im Material erzeugen unterschiedliche Markiereffekte: während Farbveränderungen nach hell oder dunkel die Oberflächenstruktur kaum beeinflussen, kommt es beim Schmelzen oder Verdampfen zu Strukturveränderungen oder Gravureffekten.

Auf dunklen Kunststoffen entsteht meist eine Hellerfärbung, auf hellen Kunststoffen entsteht eine Dunkelfärbung oder – wie es bei transparenten Materialien manchmal der Fall ist – auch eine hellere Markierung. Die vier Markierverfahren, die bei der Beschriftung von Kunststoff zu nennen sind, sind das Karbonisieren, das Aufschäumen, der Schichtabtrag einschließlich Tag-Nacht-Design und die Gravur.

Mehr Details zur Markierung von Plastik im White Paper

Weitere Informationen zur Kunststoff-Laserbeschriftung finden Sie in FOBAs White Paper „Lasermarkierung von Kunststoffen“, das zum kostenlosen Download bereitsteht unter https://www.fobalaser.com/de/anwendungen/fallstudien/lasermarkierung-von-kunststoffen/