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Laser in derMaterialbearbeitung

und Medizin

von Daniel Rollert

und René Jurentschk

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Grundlagen

Industrielaser

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

Daniel Rollert & René Jurentschk

CO2 Laser

•Gaslaser•hohe Leistungen•λ=10,6µm

Skript und Infos unter www.jurentschk.de/Laser/laser.html

Nd:YAG –Laser

•Festkörperlaser•λ=1,06µm•über Lichtleitfaser übertragbar

Eximerlaser

•Gaslaser•kleine Wellenlängen•Verwendung in der Medizin

Halbleiterlaser

Siehe Skript:„Der Halbleiterlaser“

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Grundlagen

Eigenschaften der Laserstrahlung

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

Daniel Rollert & René Jurentschk

•hohe Leistungsdichten erforderlichLeistungsdichte = Laserleistung / Fokusquerschnitt

•Puls- und DauerstrichbetriebLeistungsregulierung bei Pulsbetrieb P = W / T ;mit T = Abstand der Pulse

•Fokussierbarkeit StrahlparameterproduktStrahlparameterprodukt = Divergenz · Radius an der Strahltaillie

•Modenstruktur = Leistungsverteilung im Strahlquerschnitt

Leistungsdichte ist abhängig vonLeistungDivergenzWellenlängeModensstruktur

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Materialbearbeitung

Absorption und Reflektion

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

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•Wärmeeinkopplung Absorptionsgrad

•meist nur sehr oberflächliche Wärmeeinwirkung weil Wärme schnell abgeleitet wird

•Absorption von Wellenlänge und Material abhängig

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Materialbearbeitung

Schneiden

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

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•Aufschmelzen und verdampfen des Materials Laserschnitt

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Sublimationsschneiden

•Werkstoff verdampf und entweicht•Schneidgase schützen Mat.•Holz, Papier u.ä.

Schmelzschneiden

•Mat. wird durch Gasausgeblasen•sehr schnell ! Riefenbildung!Schnittfugenbreite

Brennschneiden

•Scheidgas = O2zus. Energieeinspeisung

•Erhöhte Schnittgeschw.!Oxidation der Schneidkanten

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Materialbearbeitung

Schneiden

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

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Weitere Anwendungen

•Schneiden von Kunststoffen

•Schneiden von Glas

•BohrenEinzelimpulsPerkussionsbohrenTrepanieren

FazitPräzisehohe gleich bleibende Qualität und Produktionsgeschwindigkeitentfallende Nachbearbeitung (!)Schnittdicken bis zu 40 mm!Anlagenkosten!Handling

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Materialbearbeitung

Schweißen

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

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Wärmeleitungsschweißen

•kleinflächiges therm. Aufschmelzen•geringer Tiefeneinfluss!langsam

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Laserstrahltiefschweißen

•Erhöhung der LaserleistungÄnderung des Ref.-Verhaltens

•Plasmabildung•Dampfkapillare•Mehrfachreflektion

Fazitbegrenzte Wärmeeinflußzone mit geringer Verzugswirkungunterschiedliche Werkstoffe miteinander fügbarschwer zugängliche Stellen und kompl. Formen schweißbargeringer Verschleiß !Anlagenkosten/Handling!

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Materialbearbeitung

Löten

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

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•Weich- oder Hartlöten ohne Aufschmelzen der zu verbindenen Materialien•Automobil- und Elektronikindustrie •kleine Laserleistungen •keine thermische Belastung durch geringe Wärmeeinbringung

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Materialbearbeitung

Andere Anwendungen in der Industrie

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3D Prototyping

StereolithographieLasersinternLaminated Objekt Manufacturing

Oberflächenbehandlung

UmschmelzenLaserhärtenLegierenBeschichten

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Laser in der Medizin

Diagnostik

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

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hohe Kohärenzmonochromatisches Licht

Meist als Indikator und Messgerät

•Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessung Messung der Blutströmung im Auge

•Aufspüren von Krebswucherungen schon bei geringen Zellumfang

•Netzhautvermessung

•ATR-Spectrometer zum Nachweisen von chemischen und biologischen Substanzen

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Laser in der Medizin

Chirurgie

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

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Photochemische EffektAufbrechen von Molekülverbindungen mit langen Bestrahlungsdauern

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Photothermische Wirkung

Zellwasser verdampftVerkohlung des Gewebes

Schneidwirkung

Photoablation

sehr kurze Pulsehohe EnergiedichteAufbrechen der Moleküleörtlich sehr begrenztgeringe Umgebungswärme

Photodisruption

GewebsdurchbruchExpandierendes PlasmaDruckwellen

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Laser in der Medizin

Chirurgie

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

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Anwendungsbeispiele

•Tumorentfernung durch Bestrahlung (Lunge, Magen-Darm-Trakt)

•Entfernung von Nieren- Blasensteinen

•Ablagerungen in Blutgefäßen beseitigen

•Laserskalpell

•Kosmetische Korrekturen (Narben, Flecken)

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Fazit

keine Keimverschleppungwenig Blutverlust beim Schneidengeringer postoperativer SchmerzEinsatz in Mikrochirurgie möglichberührungsfrei

!hoher Aufwand für Strahlführung

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Laser in der Medizin

Behandlung von Fehlsichtigkeit / LASIK

Laser in der Materialverarbeitung und Medizin

Daniel Rollert & René Jurentschk

Veränderung der Linsenkrümmung durch Abtragen von Gewebe (Photoablation)Eximerlaser (kurze Pulse)

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