Laser in der Materialbearbeitung und Medizin - … · Grundlagen Eigenschaften der Laserstrahlung...
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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
Skript und Infos unter www.jurentschk.de/Laser/laser.html
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Materialbearbeitung
Absorption und Reflektion
Laser in der Materialverarbeitung und Medizin
Daniel Rollert & René Jurentschk
•Wärmeeinkopplung Absorptionsgrad
•meist nur sehr oberflächliche Wärmeeinwirkung weil Wärme schnell abgeleitet wird
•Absorption von Wellenlänge und Material abhängig
Skript und Infos unter www.jurentschk.de/Laser/laser.html
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Materialbearbeitung
Schneiden
Laser in der Materialverarbeitung und Medizin
Daniel Rollert & René Jurentschk
•Aufschmelzen und verdampfen des Materials Laserschnitt
Skript und Infos unter www.jurentschk.de/Laser/laser.html
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
Daniel Rollert & René Jurentschk
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
Laser in der Materialverarbeitung und Medizin
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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
Skript und Infos unter www.jurentschk.de/Laser/laser.html
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
Daniel Rollert & René Jurentschk
Anwendungsbeispiele
•Tumorentfernung durch Bestrahlung (Lunge, Magen-Darm-Trakt)
•Entfernung von Nieren- Blasensteinen
•Ablagerungen in Blutgefäßen beseitigen
•Laserskalpell
•Kosmetische Korrekturen (Narben, Flecken)
Skript und Infos unter www.jurentschk.de/Laser/laser.html
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)
Skript und Infos unter www.jurentschk.de/Laser/laser.html