Fertigungstechnische Aspekte Flashcards
Welche Bauteileigenschaften können durch eine Beschichtung beeinflusst werden?
o Biokompatibilität …
o Chemische Funktionalisierung von Oberflächen
o Korrosionsbeständigkeit
o Verklebbarkeit
o Beschichtbarkeit
o Benetzbarkeit (Hydrophilie /Hydrophobie,…)
o Selektive Permeabilität
o Barrierewirkung
o Verschleißfestigkeit
o Gleitfähigkeit
o Optische Eigenschaften
Nennen Sie die Anforderungen an Oberflächenbeschichtungen von Implantaten.
Chemische Stabilität der Schicht im biologischen Medium
Gute Haftung der Schicht (am Implantat und evtl. am Gewebe)
Porenfreiheit der Schicht (ansonsten Gefahr von Korrosionsströmen und
Unterwanderung der Schicht)
Hohe Zähigkeit der Schicht
Korrosionsstabilität über Implantationszeitraum
Welche typischen Schichtdickenbereiche lassen sich unterscheiden?
Ultradünne Schichten (> 100 Å): 10 nm…1 μm
o Immobilisierte biologisch aktive Schichten
o Plasmainduzierte Pfropfung, Silanisierung (kovalent gebundene Beschichtungen)
o Langmuir-Blodgett-Beschichtung (nicht kovalent gebunden)
Dünne Schichten: 1μm…50 μm
o PVD (Physical Vapor Deposition)-Beschichtung
o CVD (Chemical Vapor Deposition)-Beschichtung
o Diffusionsschichten
o Ionenimplantationsschichten
Dicke Schichten: 50 μm…1 mm
o Thermisches Spritzen (Beispiel: thermisches Plasmaspritzen zur Beschichtung von
Metallimplantaten mit Hydoxylapatitschichten von 100-200 μm)
o Emailleschichten
o Schmelztauchbadbeschichtung
Dicke Schichten > 1 mm
o Auftragsschweißen
o Plattierschichten
o Auftragslöten
Nennen Sie ein Anwendungsbeispiel für thermische Spritzen. In welchem Schichtdickenbereich wird das Verfahren angewendet?
Dicke Schichten: 50 μm…1 mm
o Thermisches Spritzen (Beispiel: thermisches Plasmaspritzen zur Beschichtung von
Metallimplantaten mit Hydoxylapatitschichten von 100-200 μm)
Erläutern Sie Ziele dünner Beschichtungen von Implantaten und Instrumenten.
Beeinflussung der Grenzflächeneigenschaften bei
Beibehaltung der übrigen Implantateigenschaften:
o Beeinflussung der Proteinadsorption
o Verbesserung der Hämokompatibilität durch antithrombogene
Oberflächen
o (positive oder negative) Beeinflussung der Zelladhäsion und des
Zellwachstums
o Erhöhung der Gleitfähigkeit
o Optimierung der Korrosionsbeständigkeit
o Erhöhung der Verschleißfestigkeit
o Veränderung der elektrischen Eigenschaften
Erläutern SIe kurz (1-2 Sätze) das Grundprinzip des PVD-Beschichtungsverfahrens.
Das PVD-Beschichtungsverfahren (Physical Vapor Deposition) ist ein physikalisches Beschichtungsverfahren, bei dem ein Ausgangsmaterial durch Verdampfen oder Sputtern in den Gaszustand überführt und anschließend als dünne Schicht auf ein Substrat abgeschieden wird. Das PVD-Beschichtungsverfahren erfolgt unter Vakuumbedingungen und ermöglicht hochpräzise und verschleißfeste Schichten, ist jedoch aufgrund der line-of-sight-Problematik auf direkte Sichtverbindungen zwischen Quelle und Substrat angewiesen, was die Beschichtung komplexer Geometrien erschwert.
Nennen Sie Beispiele für PVD-Beschichtungen von Instrumenten/Devices/Implantaten
PVD-beschichtete unterschiedlicher Stahlsorten
Silberbeschichtung
Silbernanopartikel in Silikonen
Was ist bei einem PVD-Prozess im Gegensatz zu einem CVD oder galvanischen Beschichtungsprozess hinsichtlich homogener Schichten und Zugänglichkeit bei der
Konstruktion zu beachten?
line-of-sight Problematik konstruktiv zu berücksichtigen bei PVD
Position der zu Beschichtenden Oberfläche zur Quelle wichtig, ggf. Bewegung des Objektes wichtig
Was zeichnet ein Niederdruckplasmaverfahren hinsichtlich der Beschichtung von Kunststoffen
aus?
Niedrige Gastemperatur: Schonende Behandlung empfindlicher Kunststoffe ohne thermische Beschädigung.
Hohe chemische Reaktivität: Effektive Aktivierung der Kunststoffoberfläche.
Gleichmäßige Beschichtung: Präzise und homogene Schichtbildung.
Verbesserte Haftung: Erhöhte Adhäsion zwischen Kunststoff und Beschichtung.
Funktionale Schichten: Ermöglicht Barriere-, Schutz- oder andere spezialisierte Beschichtungen.
Wozu dienen Silberbeschichtungen? Nennen Sie ein Anwendungsbeispiel.
Silberbeschichtungen dienen der antibakteriellen Wirkung.
Beispiel: PTFE-Gefäßprothesen, Urologie (Katheter), Dialyse- und Herz-Lungen-Maschine, Tumorprothesen
Nennen Sie einige herausragende Eigenschaften von Parylen-Beschichtungen.
Beschichtung in spez. CVD-Prozess (Gorham-Prozess)
Beschichtungsprozess findet im Vakuum bei Raumtemperatur unter Reinraumbedingungen statt
Keine Lösungsmittel, Initiatoren oder Additive
Schichtdicken einige 100 nm bis einige μm genau einstellbar
Auch dünne homogene Schicht von Löchern frei
Gute mechanische und sehr gute dielekt. Eigenschaften
Gleitfähige Oberfläche
Biokompatibel, transparent, temperaturstabil, lösemittelbeständig
gute Spaltgängigkeit der Monomere
–> homegene Beschichtung schwer zugängliche Stellen
hervorragender Korrosionsschutz und Permeationsbarriere
Poröse Substrate wie Papier und Membranen beschichtbar
Nennen Sie Anwendungsbeispiele von Parylen-Beschichtungen.
OP-Nadeln
NiTinol-Stents
Silikon-Liner
Isolationen von HF-Instrumenten/-Sonden
Welchen Temperaturen wird das Substrat bei der Parylen-Beschichtung im Gorham-
Prozess ausgesetzt? Handelt es sich um einen PVD- oder CVD-Prozess?
20-40°C
CVD-Prozess
Erläutern (skizzieren) Sie das Parylen-Beschichtungsverfahren nach dem Gorham-
Prozess.
Das Parylen-Beschichtungsverfahren nach dem Gorham-Prozess ist ein chemisches Beschichtungsverfahren, das unter Vakuumbedingungen abläuft und eine dünne, gleichmäßige Polymerbeschichtung erzeugt. Es umfasst folgende Schritte:
- Verdampfen des Dimerpulvers: Das Parylen-Rohmaterial (ein Dimer) wird in einer Heizkammer bei etwa 175°C verdampft.
- Pyrolyse: Das Dimer-Dampf wird in einer zweiten Kammer auf etwa 680 °C erhitzt, wodurch es in reaktive Monomere zerfällt.
- Polymerisation und Abscheidung: Die Monomere gelangen in die Beschichtungskammer, wo sie sich auf der Substratoberfläche abscheiden und zu einer gleichmäßigen, polymeren Parylen-Schicht reagieren. (bei 25°C)
Eine Skizze kann dabei wie folgt aussehen (verbale Darstellung):
1. Links: Heizkammer mit Dimer.
2. Mitte: Pyrolysekammer mit Reaktion zu Monomeren.
3. Rechts: Beschichtungskammer mit Substrat, auf dem Parylen polymerisiert.
4. Außen rechts: Kühlfalle (bei -196°C) mit Vakuumpumpe (0,001 Torr)
Welche Grundlegende Anforderung gilt hinsichtlich der Qualifizierung und Validierung
der Fertigung von Medizinprodukten?
i.R.d. Qualitäts- und Risikomanagement (DIN EN ISO 13485 und 14971!)
müssen Umfang und Inhalt der Qualifizierung und Validierung auf einer
dokumentierten Risikobewertung von Anlagen, Einrichtungen, Betriebsmitteln
und Prozessen beruhen und (insbesondere kritische Parameter) kontrolliert
werden (auch Änderungen müssen bzgl. Auswirkungen auf Validierung
dokumentiert bewertet werden
