PEEK lasern: kontrastreich markieren, auch auf Implantaten

PEEK lasern ist in vielen Betrieben eine Aufgabe, die auf den ersten Blick einfach aussieht und dann doch eine eigene Parameterentwicklung braucht. Polyetheretherketon gehört zu den teuersten technischen Kunststoffen. Die Teile daraus sind entsprechend wertvoll, oft sicherheitsrelevant und müssen eindeutig gekennzeichnet sein. Naturfarbenes PEEK verfärbt sich unter dem Laser dunkel, ganz ohne Additiv oder Nachbehandlung. Wie gleichmäßig und fein diese Markierung wird, entscheiden Wellenlänge, Pulsparameter und die genaue PEEK-Sorte.

Wo PEEK markiert werden muss

Die meisten Anfragen zu PEEK kommen aus der Medizintechnik. Wirbelsäulen-Cages, Schädelimplantate, Knochenanker und Instrumentengriffe bestehen aus PEEK, weil der Werkstoff im Röntgenbild kaum sichtbar ist und die Dampfsterilisation verträgt. Für diese Produkte verlangt die MDR eine eindeutige Produktkennung, und bei kleinen Implantaten bleibt für die Markierung oft nur eine Fläche von wenigen Quadratmillimetern.

Daneben gibt es eine zweite, oft unterschätzte Gruppe. In der Halbleiterfertigung sind Waferträger und Halteringe aus PEEK verbreitet, im Maschinen- und Anlagenbau Ventilsitze, Dichtringe, Lagerkäfige und Zahnräder, in der Luftfahrt Kabelhalter und Clips. Dort geht es um Teilenummer, Charge und Datum, häufig als DataMatrix-Code für die automatische Erfassung. Etiketten lösen sich bei Temperatur und Medienkontakt, Tampondruck haftet auf PEEK schlecht. Der Laser hat diese Probleme nicht, weil er keinen Stoff aufträgt.

Wie PEEK auf den Laser reagiert

PEEK ist ein teilkristalliner Thermoplast mit hoher Schmelztemperatur. Trifft ein kurzer Laserpuls auf die Oberfläche, zersetzt sich das Polymer in einer sehr dünnen Schicht, und zurück bleibt Kohlenstoff. Auf dem beigen Naturmaterial ist das eine braune bis schwarze Markierung. Fachleute nennen das Karbonisieren.

Bringt der Laser zu viel Energie ein, kippt der Effekt. Die Zersetzungsgase blähen die Oberfläche auf, die Markierung wird erhaben, porös und heller. Auf hellem PEEK ist dieses Aufschäumen unerwünscht, weil der Kontrast sinkt und die raue Oberfläche an einem Implantat Rückstände festhält. Ziel ist deshalb eine dunkle, glatte Markierung, die man mit dem Fingernagel kaum spürt.

Auf schwarzem PEEK funktioniert es umgekehrt. Dort gibt es keinen Platz für ein noch dunkleres Schwarz, und der Laser erzeugt durch leichtes Aufschäumen eine hellgraue Markierung. Wie stark die Sorten sich unterscheiden, zeigt der Überblick zu den Markierverfahren.

UV-Laser oder Faserlaser für PEEK

Beide Wellenlängen markieren PEEK, sie unterscheiden sich darin, wo die Energie landet.

Den UV-Laser mit 355 nm absorbiert PEEK direkt in den obersten Mikrometern. Die Wärme dringt kaum ins Bauteil, und weil der Spot kleiner ist als beim Faserlaser, bleiben die Ränder scharf. Kleine DataMatrix-Codes mit feinen Modulen oder Klarschrift unter einem Millimeter Höhe gelingen mit UV am zuverlässigsten. Für Implantate ist das in der Praxis der Standard. Mehr zur Wellenlänge selbst steht im Beitrag zum UV-Laser.

Der Faserlaser mit 1064 nm wird von naturfarbenem PEEK schwächer absorbiert. Er markiert trotzdem gut dunkel, braucht dafür aber mehr Energie pro Fläche, und das Prozessfenster zwischen “zu blass” und “schäumt auf” ist enger. Ein MOPA-Faserlaser hilft, weil Sie die Pulsdauer kürzen und den Wärmeeintrag damit besser dosieren können. Für Ventilsitze, Zahnräder oder Gehäuseteile, auf denen eine Teilenummer in normaler Schriftgröße steht, reicht das völlig.

Wenn Sie im selben Betrieb Titan-Implantate und PEEK-Cages kennzeichnen, lohnt ein Blick auf die Stückzahlen. Ein MOPA-Faserlaser lässt Titan an und markiert PEEK brauchbar. Liegt der Schwerpunkt auf kleinen PEEK-Implantaten mit UDI-Code, ist ein eigener UV-Laser die sauberere Lösung. Die Grundlagen zum Vergleich der Wellenlängen finden Sie unter Laserwellenlänge und Material.

PEEK-Sorten und ihre Eigenheiten

Ungefülltes, naturfarbenes PEEK ist der dankbarste Fall. Es dunkelt gleichmäßig ab und liefert den höchsten Kontrast.

Glasfaserverstärkte Sorten markieren ähnlich, nur sehen Sie bei zu hoher Energie die Fasern als helle Punkte in der Markierung. Kohlefaserverstärktes PEEK ist schwarz und verhält sich wie eingefärbtes PEEK: Die Markierung wird grau, der Kontrast bleibt mäßig. Arbeiten Sie hier mit möglichst wenig Energie, damit keine Fasern freiliegen. Für einen DataMatrix-Code auf CFR-PEEK sollten Sie Zellgröße und Beleuchtung des Lesegeräts gleich mit einplanen.

Röntgenkontrastmittel wie Bariumsulfat verändern die Farbe des Compounds und damit auch das Markierbild. Testen Sie solche Sorten immer separat, auch wenn das Datenblatt “PEEK” sagt.

Implantate: Markierung als Teil des validierten Prozesses

Bei einem PEEK-Implantat ist die Lasermarkierung ein Fertigungsschritt wie jeder andere und gehört in die Prozessvalidierung. Legen Sie zuerst die Lage der Markierung fest: eine Fläche ohne mechanische Funktion, mit genug Platz für den Code und gut erreichbar für das Lesegerät in der Aufbereitung.

Dann die Reinigung. Beim Karbonisieren entstehen Zersetzungsprodukte, die sich als feiner Belag neben der Markierung niederschlagen können. Eine wirksame Absaugung direkt am Bearbeitungspunkt und ein definierter Reinigungsschritt danach sind deshalb Pflicht. Wie Sie die Absaugung auslegen, beschreibt der Beitrag zur Absaugung bei der Laserbeschriftung. Bleibt die Biokompatibilität. Die biologische Bewertung nach der Normenreihe ISO 10993 betrachtet das fertige Produkt, also einschließlich Markierung. Ein Additiv im Werkstoff kommt bei Implantat-Qualitäten deshalb praktisch nicht in Frage, und genau hier zahlt sich aus, dass naturfarbenes PEEK keines braucht.

Was die UDI selbst verlangt, welche Daten in den Code gehören und wann direkt am Produkt markiert werden muss, haben wir im Beitrag zur UDI-Kennzeichnung von Medizinprodukten zusammengefasst.

Parameter finden: so gehen Sie vor

Fangen Sie mit einem Testraster an. Variieren Sie in einer Richtung die Leistung, in der anderen die Markiergeschwindigkeit, und halten Sie Frequenz und Linienabstand zunächst fest. Auf naturfarbenem PEEK suchen Sie das Feld, das am dunkelsten ist, ohne dass die Oberfläche glänzend aufgeworfen oder hell wird. Danach optimieren Sie Linienabstand und Füllrichtung, bis die Fläche gleichmäßig schwarz erscheint.

Prüfen Sie das Ergebnis mit dem Lesegerät, das später in der Fertigung steht. Ein Code, der unter der Lupe gut aussieht, kann auf PEEK wegen des Glanzes der umgebenden Oberfläche schlecht lesbar sein. Eine Verifizierung nach ISO/IEC TR 29158 gibt Ihnen eine reproduzierbare Note. Die Methode mit dem Testraster beschreibt der Beitrag Laserparameter einstellen Schritt für Schritt.

Für Implantate kommt eine zweite Prüfrunde dazu: Schicken Sie markierte Musterteile durch Ihren realen Reinigungs- und Sterilisationsprozess und verifizieren Sie danach erneut.

Die passende GLT-Maschine für PEEK

Für kleine bis mittlere Serien im Labor oder in der Medizintechnik-Fertigung ist der GRAVIS mit UV-Laser gemacht. Er ist ein Lasergerät der Klasse 1 und braucht keine separate Laserschutzzone. Soll die Markierung in eine bestehende Linie oder Zelle, ist der INTEGRA mit UV-Laser das Integrationsgerät. Wer überwiegend Metall markiert und PEEK nur gelegentlich, fährt mit der Faserlaser-Variante des GRAVIS gut. Alle Maschinen entwickeln und bauen wir in Rüthen.

Am schnellsten klären Sie die Frage mit Ihren eigenen Teilen. Schicken Sie uns zwei oder drei Muster aus der Sorte, die Sie tatsächlich verarbeiten, und wir markieren sie mit UV- und Faserlaser zum Vergleich. Muster anfragen.