DE102022000647A1 - Plastic and method for processing a plastic - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Kunststoffs, bei dem der Kunststoff mit einem Laser bearbeitet und dabei modifiziert oder entnetzt wird. Anschließend wird der Kunststoff bestrahlt, um zumindest teilweise wieder eine Vernetzung des Kunststoffs zu erzielen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Kunststoff, insbesondere ein Augenimplantat oder eine Intraokularlinse, der mindestens einen Bereich aufweist, in dem der Kunststoff mit einem Laser verdampft wurde und dieser Bereich nachbehandelt wurde, um den Kunststoff wieder zu vernetzen.The invention relates to a method for processing a plastic, in which the plastic is processed with a laser and thereby modified or de-wetted. The plastic is then irradiated in order to at least partially achieve crosslinking of the plastic again. The invention also relates to a plastic, in particular an eye implant or an intraocular lens, which has at least one area in which the plastic has been vaporized with a laser and this area has been post-treated in order to crosslink the plastic again.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Kunststoffs, bei dem der Kunststoff mit einem Laser bearbeitet wird.The invention relates to a method for processing a plastic, in which the plastic is processed with a laser.

Beim Materialabtrag oberhalb der Verdampfungsschwelle oder einer Materialmodifikation unterhalb der Verdampfungsschwelle kann abhängig von der Art des Kunststoffs und den Bearbeitungsparametern insbesondere bei Duroplasten eine Entnetzung oder Depolymerisation des Kunststoffes auftreten, die die Eigenschaften des Kunststoffes negativ beeinflusst. Dies betrifft mechanische und chemische Eigenschaften, wie beispielsweise Festigkeit, Elastizität, Biegewechselbeständigkeit, Inertheit und Löslichkeit. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Kunststoff, insbesondere ein Augenimplantat oder eine Intraokularlinse, die mindestens einen Bereich aufweisen, in dem Kunststoff mit einem Laser verdampft oder modifiziert wurde.When material is removed above the evaporation threshold or a material modification below the evaporation threshold, depending on the type of plastic and the processing parameters, dewetting or depolymerization of the plastic can occur, which negatively affects the properties of the plastic. This applies to mechanical and chemical properties such as strength, elasticity, flexural fatigue strength, inertness and solubility. The invention also relates to a plastic, in particular an eye implant or an intraocular lens, which has at least one area in which plastic has been vaporized or modified with a laser.

Es ist bekannt, Kunststoffe mit einem Laser zu behandeln, um einen Materialabtrag und/oder eine Politur der Oberfläche zu erreichen. Ein Beispiel einer derartigen Bearbeitung eines Kunststoffs zeigt die DE 10 2017 002 986 B4 . Hier wird am Beispiel einer Intraokularlinse gezeigt, wie mit einem Laser ein Materialabtrag erzielt werden kann und außerdem mit dem Laser auch eine Politur der Oberfläche erreicht werden kann.It is known to treat plastics with a laser in order to remove material and/or polish the surface. An example of such processing of a plastic shows the DE 10 2017 002 986 B4 . Here, using the example of an intraocular lens, it is shown how a laser can be used to remove material and how the surface can also be polished with the laser.

Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch nicht nur die Behandlung von Intraokularlinsen, Augenimplantaten, Methacrylatkunststoffen oder Thermoplasten, sondern allgemein die Bearbeitung von Kunststoff, bei der der Kunststoff mit einem Laser bearbeitet wird.However, the present invention relates not only to the treatment of intraocular lenses, eye implants, methacrylate plastics or thermoplastics, but in general to the processing of plastic, in which the plastic is processed with a laser.

Die Laserbearbeitungsverfahren zum Verdampfen von Kunststoff oder auch nur zum Modifizieren oder Anschmelzen von Kunststoff verändern die Vernetzung der Moleküle im Kunststoff. Dadurch verändern sich auch die Eigenschaften des Kunststoffs zumindest in dem Bereich, in dem der Kunststoff bearbeitet wurde. Dies betrifft beim Abtrag und beim Anschmelzen insbesondere die Geometrie. Beim Anschmelzen und Modifizieren aber auch die mechanischen und chemischen Eigenschaften, insbesondere auch den Brechungsindex an der Oberfläche oder im Volumen des Kunststoffes.The laser processing methods for evaporating plastic or just for modifying or melting plastic change the cross-linking of the molecules in the plastic. This also changes the properties of the plastic, at least in the area in which the plastic was processed. This applies in particular to the geometry during removal and melting. When melting and modifying, however, also the mechanical and chemical properties, in particular the refractive index on the surface or in the volume of the plastic.

Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Kunststoff ein Festkörper verstanden, dessen Grundbestandteil synthetisch oder halbsynthetisch erzeugte Polymere mit organischen Gruppen sind. Synthetische Kunststoffe werden durch Polymerisation (Polyaddition, Polykondensation usw.) aus Monomeren erzeugt.In the context of the invention, a plastic is understood to mean a solid whose basic component is synthetically or semi-synthetically produced polymers with organic groups. Synthetic plastics are produced from monomers by polymerization (polyaddition, polycondensation, etc.).

Bei der thermischen Behandlung von Kunststoffen, wie insbesondere beim Schmelzen und Verdampfen, oder auch um den Brechungsindex im Material zu verändern, wird der Vernetzungsgrad reduziert. Dadurch sinken die Härte, die Zähigkeit und der Schmelzpunkt und es erhöht sich die Löslichkeit. Dadurch wird die Bearbeitung des Kunststoffs erleichtert und dies ermöglicht es, beispielweise einen Rohling oder einem mit einem Laser vorbehandelten Rohling mit einem Polierlaser weiter zu bearbeiten.The degree of cross-linking is reduced during the thermal treatment of plastics, such as in particular during melting and evaporation, or to change the refractive index in the material. This reduces hardness, toughness and melting point and increases solubility. This facilitates the processing of the plastic and makes it possible, for example, to further process a blank or a blank that has been pretreated with a laser with a polishing laser.

Nach der Politur des Rohlings mit einem Polierlaser hat der Kunststoff jedoch weiterhin einen niedrigeren Vernetzungsgrad als der unbehandelte Rohling. Dies führt dazu, dass der Kunststoff nicht mehr so hart und zäh ist wie der unbehandelte Rohling.However, after the blank has been polished with a polishing laser, the plastic still has a lower degree of cross-linking than the untreated blank. This means that the plastic is no longer as hard and tough as the untreated blank.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, Kunststoffe derart zu bearbeiten oder nachzubearbeiten, dass die mit der Entnetzung des Kunststoffs einhergehenden Nachteile kompensiert oder zumindest minimiert werden.The invention is therefore based on the object of processing or post-processing plastics in such a way that the disadvantages associated with the dewetting of the plastic are compensated for or at least minimized.

Erfreulicherweise hat sich herausgestellt, dass dieses Problem mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst werden konnte und auch mit einem Kunststoff nach Anspruch 14 wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem gelöst.Fortunately, it turned out that this problem could be solved with a method having the features of claim 1, and the problem on which the invention is based is also solved with a plastic according to claim 14.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass auch eine Variation der Verfahren zu Abtrag, Anschmelzen oder Modifikation des Kunststoffs sogar mit Hilfe von UKP-Lasern mit Pulsdauern von unter 1 ns und Pulsenergien von 0,1 µJ bis 10 µJ zu einer Beeinträchtigung des bearbeiteten Kunststoffs führen. Anstelle den Bearbeitungsprozess immer weiter zu optimieren, liegt der Erfindung die Erkenntnis zu Grunde, dass der Kunststoff nach der Laserbearbeitung bestrahlt werden kann, um zumindest teilweise wieder eine Vernetzung des Kunststoffes zu erzielen.The invention is based on the finding that a variation of the method for removing, melting or modifying the plastic, even with the help of USP lasers with pulse durations of less than 1 ns and pulse energies of 0.1 μJ to 10 μJ, can adversely affect the processed lead plastic. Instead of continually optimizing the machining process, the invention is based on the knowledge that the plastic can be irradiated after laser machining in order to at least partially achieve cross-linking of the plastic again.

Zur Bestrahlung eignet sich eine Partikelstrahlung. Als Partikelstrahlung können Elektronenstrahlen, Gammastrahlen oder auch Photonen, insbesondere UV-Photonen eingesetzt werden. Die Strahlung aktiviert die entnetzten Polymerkettenteile in Form von elektronischer Anregung oder Ionisation, die daraufhin zu verstärkter Vernetzung mit anderen Polymerkettenteilen führen. Versuche mit einer Variation der Partikelenergie und der Partikelstrahlleistung im Hinblick auf die eingebrachte Leistung pro Fläche betätigen den Effekt.Particle radiation is suitable for the irradiation. Electron beams, gamma rays or also photons, in particular UV photons, can be used as particle radiation. The radiation activates the decrosslinked parts of the polymer chain in the form of electronic excitation or ionization, which then leads to increased crosslinking with other parts of the polymer chain. Experiments with a variation of the particle energy and the particle beam power with regard to the power introduced per area confirm the effect.

Entgegen den bisherigen Ansätzen wird somit erfindungsgemäß kein neues Verfahren zur Verringerung der Entnetzung des Kunststoffs bei der Laserbearbeitung vorgeschlagen, sondern die Entnetzung des Kunststoffs während der Bearbeitung mit dem Laser wird akzeptiert und anschließend wird der Kunststoff bestrahlt, um zumindest teilweise wieder eine Vernetzung des Kunststoffs zu erzielen. Dadurch kann die Entnetzung des bearbeiteten Rohlings verringert werden, der Kunststoff kann nach seiner Bearbeitung wieder die Eigenschaften des Rohlings haben und es kann sogar eine gegenüber dem Vernetzungsgrad des Rohlings stärkere Vernetzung erzielt werden, um die Härte, die Zähigkeit und den Schmelzpunkt zu erhöhen und die Löslichkeit zu verringern.Contrary to previous approaches, no new method for reducing the dewetting of the plastic is used according to the invention laser processing is proposed, but the dewetting of the plastic during processing with the laser is accepted and the plastic is then irradiated in order to at least partially achieve crosslinking of the plastic again. As a result, the dewetting of the processed blank can be reduced, the plastic can once again have the properties of the blank after processing and it is even possible to achieve greater crosslinking than the degree of crosslinking of the blank in order to increase the hardness, toughness and melting point and the decrease solubility.

Der Kunststoff wird somit mit dem Ziel der Polierbarkeit und Reduktion der Viskosität durch Verkürzung der Polymerketten vernetzt. Das kann außerhalb einer Linse an ihrer Oberfläche beispielsweise durch einen Laserabtrag, aber auch innerhalb der Linse geschehen. Eine zusätzliche Vernetzung ist dann wegen der Polierbarkeit und der Widerherstellung der Extraktionsfähigkeit in der Regel nur an den Oberflächen sinnvoll und dies kann besonders vorteilhaft mit Partikelstrahlen erreicht werden.The plastic is thus cross-linked with the aim of polishing and reducing the viscosity by shortening the polymer chains. This can happen outside a lens on its surface, for example by laser ablation, but also inside the lens. Additional crosslinking is then usually only useful on the surfaces because of the polishability and the restoration of the extractability, and this can be achieved particularly advantageously with particle blasting.

Eine mögliche Behandlung des Kunststoffs zur Steigerung der Vernetzung wäre die Behandlung mit Vernetzungsmitteln. Derartige Vernetzungsmittel zeichnen sich durch mindestens zwei reaktive Gruppen aus. Vernetzer mit zwei gleichen reaktiven Gruppen werden als homobifunktionelle Vernetzer bezeichnet, solche mit zwei unterschiedlichen Gruppen dagegen als heterobifunktionelle Vernetzer.One possible treatment of the plastic to increase crosslinking would be treatment with crosslinking agents. Such crosslinking agents are distinguished by at least two reactive groups. Crosslinkers with two identical reactive groups are called homobifunctional crosslinkers, while those with two different groups are called heterobifunctional crosslinkers.

Die Vernetzung bereits bestehender Polymere wird als Quervemetzung bezeichnet und kann entweder über bereits im Polymer vorhandene Funktionalitäten durch geschickte Wahl der Reaktionsbedingungen erfolgen oder durch den Einsatz von multifunktionellen, niedermolekularen Substanzen bewerkstelligt werden.The crosslinking of already existing polymers is referred to as crosslinking and can either take place via functionalities already present in the polymer through a skilful choice of the reaction conditions or through the use of multifunctional, low-molecular substances.

Je nach Vernetzungsgrad entstehen durch die Vernetzung von Polymeren zuerst Elastomere und bei zunehmender Vernetzung auch Duroplaste.Depending on the degree of crosslinking, the crosslinking of polymers first produces elastomers and, with increasing crosslinking, thermosets.

Erfindungsgemäß wird jedoch kein übliches Vernetzungsmittel verwendet, sondem der Kunststoff wird nach der Entnetzung bestrahlt. Die Bestrahlung ermöglicht es, den zuvor mit einem Laserstrahl behandelten Kunststoff anschließend mit einer speziellen, auf eine Erhöhung der Vernetzung abgestimmten Bestrahlung zu behandeln.According to the invention, however, no conventional crosslinking agent is used, but instead the plastic is irradiated after dewetting. The irradiation makes it possible to subsequently treat the plastic, which has previously been treated with a laser beam, with a special irradiation tailored to increase cross-linking.

Während die Bestrahlung mit dem Laser bei Abtrag, Anschmelzen, Polieren oder Modifikation zu einer Entnetzung des Kunststoffs führt, führt eine Bestrahlung mit anderen Strahlen oder Parametern zu einer Vernetzung des Kunststoffs.While irradiation with the laser leads to dewetting of the plastic during ablation, melting, polishing or modification, irradiation with other beams or parameters leads to crosslinking of the plastic.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es somit, ausschließlich durch Bestrahlung und somit berührungslos einen Kunststoff bis hin zur Verdampfung oder Politur zu bearbeiten und anschließend auch berührungslos wieder zu härten bzw. zu einer Verbesserung der Materialeigenschaften zu führen.The method according to the invention thus makes it possible to process a plastic exclusively by irradiation and thus without contact, up to and including evaporation or polishing, and then to harden it again without contact or to improve the material properties.

Diese Verfahrensschritte können in direktem Anschluss nacheinander durchgeführt werden. Sie können auch parallel durchgeführt werden, wobei das Entnetzen bei der Bearbeitung des Rohlings mit dem Laser fokussiert im Innenbereich des Rohlings- und/oder an dessen Oberfläche eintritt und die Strahlenbehandlung mit der Partikelstrahlung diesem Entnetzungsprozess entgegen wirkt. Um Kunststoffteile in einem fortlaufenden Prozess bearbeiten zu können, können diese auf einer Fördereinrichtung durch Behandlungsstationen, wie beispielsweise Rohling einlegen, Abtragen, Polieren, Vernetzen, Endreinigen, Endkontrolle, Verpackung geführt werden. Es kann aber auch ein stationärer Rohling mit einem Laser bearbeitet und bestrahlt werden. Hierbei ist es besonders einfach, die zeitliche Abfolge der Verfahrensschritte festzulegen und zu variieren.These process steps can be carried out directly one after the other. They can also be carried out in parallel, with the dewetting occurring during the processing of the blank with the laser in a focused manner in the interior of the blank and/or on its surface and the radiation treatment with particle radiation counteracting this dewetting process. In order to be able to process plastic parts in a continuous process, they can be guided on a conveyor through treatment stations, such as inserting the blank, removing, polishing, crosslinking, final cleaning, final inspection, and packaging. However, a stationary blank can also be processed and irradiated with a laser. It is particularly easy here to define and vary the chronological sequence of the method steps.

Die Kunststoffteile können durch die Strahlung bei der Bearbeitung erwärmt werden, um den Prozess zu beschleunigen. Sie können jedoch auch beispielsweise mit einer Infrarotstrahlung erwärmt werden, insbesondere um das Polieren und/oder das Vernetzen zu beschleunigen.The plastic parts can be heated by the radiation during processing to speed up the process. However, they can also be heated, for example, with infrared radiation, in particular to accelerate polishing and/or crosslinking.

Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich als Kunststoff vor allem Duroplaste und Thermoplaste, die durch die Bestrahlung jedoch auch derart vernetzt werden können, dass ein Elastomer oder ein Duroplast entsteht.Duroplasts and thermoplastics are particularly suitable as the plastic for the method according to the invention, but they can also be crosslinked by the irradiation in such a way that an elastomer or a duroplastic is formed.

Besonders bevorzugt für die Bearbeitung mit einem Laser und anschließend mit einer Strahlung für die Vernetzung eignet sich als Kunststoff ein Acrylat oder Methacrylat.An acrylate or methacrylate is particularly suitable as the plastic for processing with a laser and then with radiation for crosslinking.

Das beschriebene Verfahren eignet sich in besonderer Weise auch für die Herstellung von Implantaten. Die Laserbearbeitung ermöglicht es, aus einem Rohling ein spezielles Implantat und vorzugsweise auch ein auf die spezielle chirurgische Behandlung abgestimmtes Implantat herzustellen und dieses Implantat anschließend über die Vernetzung des Kunststoffs wieder zu härten. Die berührungslose Behandlung des Kunststoffs führt dazu, dass ein als Implantat taugliches Kunststoffmaterial durch die Bearbeitung zwar entnetzt und wieder vernetzt wird, aber letztlich eine ähnliche Vernetzung hat wie das Ausgangsmaterial. Dadurch werden Probleme vermieden, die dadurch entstehen könnten, dass ein für die Herstellung von Implantaten zugelassener Kunststoff durch die Behandlung mit dem Laser und die damit einhergehende Entnetzung eine derartige Materialveränderung erfährt, dass er als Implantat nicht mehr geeignet ist.The method described is particularly suitable for the production of implants. Laser processing makes it possible to produce a special implant from a blank, and preferably also an implant tailored to the special surgical treatment, and then to harden this implant again via the cross-linking of the plastic. The non-contact treatment of the plastic means that a plastic material that is suitable as an implant is dewetted and re-linked during processing, but ultimately has a similar cross-linking to the starting material. This avoids problems that could arise if a plastic approved for the manufacture of implants is damaged by treatment with the laser and the associated dewetting undergoes such a material change that it is no longer suitable as an implant.

Gute Erfahrungen wurden mit dem Einsatz des Verfahrens für ein Augenimplantat und insbesondere für eine Intraokularlinse erzielt.Good experiences have been made with the use of the method for an eye implant and in particular for an intraocular lens.

Besonders geeignet für eine erfindungsgemäße Bearbeitung eines Kunststoff ist die Bearbeitung des Kunststoffs mit einem Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser), da hierbei eine besonders präzise Veränderung des Kunststoffs erzielt werden kann, die von einer partiellen Veränderung der Materialeigenschaften über eine Verdampfung von Materialbereichen bis hin zu einer Politur durch ein Anschmelzen von Material auf der Kunststoffoberfläche reicht.Particularly suitable for processing a plastic according to the invention is the processing of the plastic with an ultra-short pulse laser (USP laser), since a particularly precise change in the plastic can be achieved in this way, which can range from a partial change in the material properties to an evaporation of material areas to a Polishing by melting material on the plastic surface is enough.

Um bestimmte Kunststoffkörper für den Einsatz beispielsweise als mechanisches Bauteil oder als Implantat herstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn bei der Bearbeitung ein Teil des Kunststoffs mit dem Laser verdampft oder im Inneren des Rohlings im Brechungsindex modifiziert wird. Außerdem kann bei der Bearbeitung der Kunststoff mit dem Laser poliert werden, indem bestimmte Materialbereiche abgetragen werden oder auch eine Verflüssigung und damit eine verstärkte Wirkung der Oberflächenspannung hinsichtlich einer Glättung erreicht wird, um mikroskopische Strukturierungen auf der Oberfläche zu vermeiden.In order to be able to produce certain plastic bodies for use, for example as a mechanical component or as an implant, it is advantageous if part of the plastic is vaporized with the laser during processing or the refractive index is modified inside the blank. In addition, when processing the plastic with the laser, it can be polished by removing certain areas of the material or by liquefying it and thus increasing the effect of surface tension with regard to smoothing, in order to avoid microscopic structuring on the surface.

Eine einfache Bearbeitung des Kunststoffs wird dadurch erzielt, dass der Kunststoff mit dem Laser an der Oberfläche des Kunststoffs bearbeitet wird. Auch eine Bearbeitung der Oberfläche des Kunststoffs hat jedoch zwangsläufig auch eine Bearbeitung von Bereichen des Kunststoffs zur Folge, die unter der Oberfläche im Inneren des Kunststoffs liegen.A simple processing of the plastic is achieved in that the plastic is processed with the laser on the surface of the plastic. However, machining the surface of the plastic also inevitably results in machining of areas of the plastic that lie below the surface in the interior of the plastic.

Neben einer derartigen oberflächennahen Bearbeitung kann der Laserstrahl auch dazu genutzt werden, gezielt im Inneren des Kunststoffs den Kunststoff zu bearbeiten. Hierbei sind insbesondere Kunststoffbereiche angesprochen, die mindestens 0,2 mm von der Oberfläche des Kunststoffs entfernt sind.In addition to such processing close to the surface, the laser beam can also be used to process the plastic in a targeted manner inside the plastic. Here, in particular, plastic areas are addressed that are at least 0.2 mm away from the surface of the plastic.

Durch die Abstimmung der Entnetzung mit dem Laser und der Vernetzung mit der Bestrahlung können auf einem Flächenbereich oder in einem Volumenbereich des Rohlings bestimmte vordefinierte Materialeigenschaften eingestellt werden.By coordinating the de-wetting with the laser and the cross-linking with the irradiation, certain predefined material properties can be set on a surface area or in a volume area of the blank.

Am gleichen Punkt kann eine Erhöhung der Entnetzung durch eine Erhöhung der Vernetzung ausgeglichen werden oder die gewünschten Materialeigenschaften werden durch das Zusammenwirken von einer definierten Entnetzung und einer definierten Vernetzung eingestellt.At the same point, an increase in dewetting can be offset by an increase in crosslinking, or the desired material properties are set through the interaction of a defined dewetting and a defined crosslinking.

Die definierte Einstellung von Materialeigenschaften kann aber auch dazu genutzt werden, an unterschiedlichen Punkten, Flächen- oder Volumenbereichen eine unterschiedlich intensive Entnetzung und Vernetzung vorzusehen. Dadurch bekommt der Rohling unterschiedliche Materialeigenschaften, je nachdem, welcher Bereich des Rohlings betrachtet wird.However, the defined setting of material properties can also be used to provide different degrees of dewetting and crosslinking at different points, surface or volume areas. This gives the blank different material properties, depending on which area of the blank is being viewed.

Beispielsweise kann der Rohling äußere Oberflächenbereiche aufweisen, die durch die Bestrahlung besonders gehärtet sind, und innere Bereiche, die durch die Bestrahlung weniger intensiv gehärtet sind.For example, the blank can have outer surface areas that are particularly hardened by the irradiation and inner areas that are hardened to a lesser extent by the irradiation.

Somit kann beispielsweise bei einer Linse auf dem Weg eines durch die Linse gehenden Lichtstrahls die Brechung in einem Bereich erhöht und in einem anderen Bereich verringert oder erhöht werden, um die durch die Bearbeitung des Rohlings bewirkte Veränderung auszugleichen oder eine bestimmte Brechung zu erzielen.Thus, for example, a lens may have its refraction increased in one area and decreased or increased in another area on the path of a light ray passing through the lens to compensate for the change caused by machining of the blank or to achieve a specific refraction.

Wie beim Laser Gesamtdauer, Impulsdauer und Intensität variiert werden können, können diese Parameter auch dazu verwendet werden, die Wirkungen der Bestrahlung auf die Materialeigenschaften im bestrahlten Bereich zu variieren.As with the laser, total duration, pulse duration, and intensity can be varied, these parameters can also be used to vary the effects of irradiation on material properties in the irradiated area.

Um den Kunststoff nach der Entnetzung zu bestrahlen, um zumindest teilweise wieder eine Vernetzung des Kunststoffs zu erzielen, wird eine Bestrahlung mit Photonen vorgeschlagen.In order to irradiate the plastic after dewetting in order to at least partially achieve crosslinking of the plastic again, irradiation with photons is proposed.

Als vorteilhaft hat sich jedoch auch eine Bestrahlung des Kunststoffs mit Elektronen, Beta- oder Gammastrahlung erwiesen.However, irradiation of the plastic with electrons, beta or gamma radiation has also proven to be advantageous.

Die Behandlung von Kunststoffen mit hochenergetischer Elektronen-, Beta- oder Gammastrahlung verleiht dem eingesetzten Kunststoff die thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften von Hochleistungskunststoffen. Dies ermöglicht es für das Verfahren auch preiswerte Massenkunststoffe einzusetzen. Die Strahlenvernetzung kann dabei nach der Formgebung als letzter Verarbeitungsschritt in der Prozesskette erfolgen. Die besondere Bearbeitung, insbesondere die dadurch erzielte Härte der Oberfläche, ermöglicht es, die Kunststoffteile auch lose in Gitterboxen oder Kartons zu verpacken. Durch eine exakt festgelegte Dosis an Strahlen kann die Vernetzung präzise gesteuert werden. Die Materialeigenschaften können im Voraus genau definiert und durch eine punktgenaue Bestrahlung erreicht werden. Durch eine Abschirmung lässt sich der Vernetzungsgrad sogar innerhalb eines Formteils variieren. Dadurch kann ein Kunststoffteil unterschiedliche Härten aufweisen.The treatment of plastics with high-energy electron, beta or gamma radiation gives the plastic used the thermal, mechanical and chemical properties of high-performance plastics. This also makes it possible to use inexpensive mass-produced plastics for the process. Radiation crosslinking can take place after shaping as the last processing step in the process chain. The special processing, in particular the resulting hardness of the surface, makes it possible to pack the plastic parts loose in lattice boxes or cartons. The cross-linking can be precisely controlled with a precisely defined dose of radiation. The material properties can be precisely defined in advance and achieved through precise irradiation. With shielding, the degree of crosslinking can even be varied within a molded part. As a result, a plastic part can have different degrees of hardness.

Anders als bei den chemischen Vernetzungsverfahren findet die Strahlenvemetzung bei niedrigen Temperaturen statt; dies erleichtert die Bearbeitung.Unlike chemical crosslinking processes, radiation crosslinking takes place at low temperatures; this makes editing easier.

Besonders gute Erfahrungen wurden mit der Vernetzung von Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT) und Polyvinylchlorid (PVC) erzielt. Außerdem eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für thermoplastische Elastomere (TPE) und Polypropylen (PP).Particularly good experiences have been made with the crosslinking of polyethylene (PE), polyamide (PA), polybutylene terephthalate (PBT) and polyvinyl chloride (PVC). In addition, the method according to the invention is suitable for thermoplastic elastomers (TPE) and polypropylene (PP).

Erfindungsgemäß ist daher auch ein Kunststoff, insbesondere ein Augenimplantat oder eine Intraokularlinse, der mindestens einen Bereich aufweist, in dem der Kunststoff mit einem Laser bearbeitet wurde, und dabei mit dem Laser eine Entnetzung des Kunststoffs erfolgt und der Kunststoff zumindest in einem Bereich nachbehandelt ist, um den Kunststoff wieder zu vernetzen. Eine derartige Bearbeitung mit einem Laser ist beispielsweise das Verdampfen eines Teils des Kunststoffs oder auch das Polieren des Kunststoffs durch eine Veränderung der Oberfläche des Kunststoffs.According to the invention is therefore also a plastic, in particular an eye implant or an intraocular lens, which has at least one area in which the plastic has been processed with a laser, and dewetting of the plastic takes place with the laser and the plastic is after-treated at least in one area, to re-link the plastic. Such processing with a laser is, for example, the evaporation of part of the plastic or the polishing of the plastic by changing the surface of the plastic.

Besonders bevorzugte Kunststoffe sind in diesem Bereich nach dem Verdampfen eines Teils des Kunststoffs poliert und sie wurden nachbehandelt, um den Kunststoff wieder zu vernetzen.Particularly preferred plastics in this area have been polished after some of the plastic has evaporated and have been post-treated to re-crosslink the plastic.

Sofern im Rahmen dieser Erfindung von Kunststoff gesprochen wird, sind hierbei beliebige Kunststoffe als Rohmaterialien, als Formteile oder beliebige Kunststoffteile, wie mechanische Elemente oder Implantate oder auch Kunststoffoberflächen oder Kunststoffbereiche innerhalb eines anderen Bauteils gemeint.Insofar as plastic is mentioned within the scope of this invention, any plastics are meant as raw materials, as molded parts or any plastic parts, such as mechanical elements or implants or also plastic surfaces or plastic areas within another component.

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschreibt die Herstellung einer Intraokularlinse. Diese Linse wird aus einem Rohling hergestellt, an dem zunächst mit einem Abtragslaser ein Materialabtrag erzielt wird. Dabei wird ein Bereich des Rohlings, in dem der Laser auf den Rohling trifft, verdampft. Dieser Materialabtrag von 0,01 bis 10 µm/Puls wird mit einem Laser mit einer Pulsenergie von 0,1 µJ bis 10 µJ erzielt. Die Pulsdauer des UKP-Lasers ist hierbei kleiner als 1 ns und die Laserwellenlänge liegt bevorzugt zwischen 193 nm und 370 nm. Vorteilhaft ist ein Fokusdurchmesser zwischen 5 und 5 µm.An exemplary embodiment according to the invention describes the production of an intraocular lens. This lens is made from a blank on which material is first removed using a removal laser. An area of the blank where the laser hits the blank is vaporized. This material removal of 0.01 to 10 µm/pulse is achieved with a laser with a pulse energy of 0.1 µJ to 10 µJ. The pulse duration of the UKP laser is less than 1 ns and the laser wavelength is preferably between 193 nm and 370 nm. A focus diameter of between 5 and 5 μm is advantageous.

Der aus einem Acrylat bestehende Rohling wird dabei zunächst durch Verdampfen von Oberflächenbereichen verformt, sodass er annähernd die vorbestimmte Endform erreicht. Anschließend wird der Rohling mit einem Polierlaser weiter bearbeitet.The blank, which consists of an acrylate, is first deformed by evaporating surface areas so that it approximately reaches the predetermined end shape. The blank is then further processed with a polishing laser.

Da dies zu einer Entnetzung in den Bearbeitungsbereichen führt, wird der Rohling anschließend zumindest in diesen Bereichen mit einer Elektronen, Beta- oder Gammastrahlung behandelt. Die Behandlung dauert solange, dass die bearbeitete Oberfläche zumindest wieder den Vernetzungsgrad des Rohlings erreicht hat oder sogar zumindest partiell einen höheren Vernetzungsgrad aufweist.Since this leads to dewetting in the processing areas, the blank is then treated with electron, beta or gamma radiation, at least in these areas. The treatment lasts until the processed surface has at least reached the degree of crosslinking of the blank or even at least partially has a higher degree of crosslinking.

Dadurch ist es möglich, Kunststoffteile und insbesondere auch medizinische Implantate mit einer besonders harten und lösungsmittelresistenten Oberfläche herzustellen.This makes it possible to produce plastic parts and, in particular, medical implants with a particularly hard and solvent-resistant surface.

Die Kombination aus entnetzendem Verfahren mittels eines Lasers und eines vernetzenden Verfahrens mittels einer Strahlenbehandlung ermöglicht es, das Kunststoffteil auch mit unterschiedlichen Dichten herzustellen. So kann beispielsweise eine mit dem Verfahren hergestellte Intraokularlinse zum Schutz an der Oberfläche eine härtere, das heißt besser vernetzte, Kunststoffschicht aufweisen als im Inneren. Es können in einem Querschnitt durch ein Kunststoffteil Vernetzungsgradienten erzielt werden und durch die vorbestimmte Vernetzung kann der Brechungsindex im Inneren oder auch im Inneren der Linse gezielt variiert werden.The combination of a de-wetting process using a laser and a cross-linking process using radiation treatment makes it possible to produce the plastic part with different densities. For example, an intraocular lens produced using the method can have a harder, ie better crosslinked, plastic layer on the surface than on the inside for protection. Cross-linking gradients can be achieved in a cross-section through a plastic part, and the refractive index inside or inside the lens can be varied in a targeted manner through the predetermined cross-linking.

Dies ermöglicht es nicht nur über die Materialeigenschaften und Formgebung an der Oberfläche des Kunststoffkörpers und insbesondere der Linse den Strahlengang eines durch den Kunststoffkörper gehenden Lichtstrahls zu beeinflussen, sondern auch durch die voreingestellte Materialdichte im Kunststoff und insbesondere auch durch einen Dichtegradienten innerhalb des Kunststoffs.This makes it possible to influence the beam path of a light beam passing through the plastic body not only via the material properties and shape on the surface of the plastic body and in particular the lens, but also through the preset material density in the plastic and in particular through a density gradient within the plastic.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass ein Kunststoffrohling bei der Laserbearbeitung modifiziert wird und anschließend derart bestrahlt wird, dass der Kunststoff danach wieder die Materialeigenschaften des Kunststoffrohlings aufweist.A preferred exemplary embodiment provides that a plastic blank is modified during laser processing and then irradiated in such a way that the plastic then has the material properties of the plastic blank again.

Zur Bearbeitung des Kunststoffs mit einem Laser sind insbesondere die in der DE 10 2017 002 986 A1 beschriebenen Verfahren besonders vorteilhaft.For processing the plastic with a laser are in particular in the DE 10 2017 002 986 A1 described method particularly advantageous.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur dargestellt und wird im Folgenden beschrieben.An embodiment is shown in the figure and is described below.

Es zeigt die einzige Figur schematisch eine Seitenansicht einer Bearbeitungsanlage.It shows the only figure schematically a side view of a processing system.

Das in der 1 gezeigte Förderband 1 führt Linsen 2 (nur exemplarisch beziffert) an mehreren Bearbeitungsstationen vorbei. Nur exemplarisch wird als erste Bearbeitungsstation ein IR Strahler 3 gezeigt, der die Linse 2 erwärmt. Die nächste Bearbeitungsstation ist ein Laser 4, der gezielt die Form der Linse verändert. Dann kommt eine Bearbeitungsstation mit einem Laser 5, der die Oberfläche der Linse poliert. Die vierte Station ist ein Strahler 6 für hochenergetische Elektronen-, Beta- oder Gammastrahlung. Die letzte Station ist eine Packstation 7, an der die Linse 3 steril verpackt wird.That in the 1 Conveyor belt 1 shown carries lenses 2 (numbered only as an example) past several processing stations. An IR radiator 3, which heats the lens 2, is only shown as an example as the first processing station. The next processing station is a laser 4 that specifically changes the shape of the lens. Then comes a processing station with a laser 5 that marks the surface of the lens polished. The fourth station is a radiator 6 for high-energy electron, beta or gamma radiation. The last station is a packing station 7, where the lens 3 is packed in a sterile manner.

Als Alternative können die Linsen auch stationär positioniert werden und es werden unterschiedliche Bearbeitungsstationen an den Linden vorbeigeführt. Außerdem ist auch eine Kombination dieser beiden Bearbeitungsweisen durchführbar.As an alternative, the lenses can also be positioned in a stationary position and different processing stations are guided past the lime trees. In addition, a combination of these two processing methods can also be carried out.

Die Bestrahlung, die der Vernetzung dient, kann mit Elektronenstrahlen durchgeführt werden. Dabei kann eine Elektronenenergie von E = 150 keV - 300 keV, im Grenzfall auch bis 1,5 MeV verwendet werden. Die mittlere Leistung des Elektronenstrahles liegt dann beispielsweise bei P = 1-5 kW.The irradiation, which is used for crosslinking, can be carried out with electron beams. An electron energy of E = 150 keV - 300 keV, in extreme cases up to 1.5 MeV, can be used. The mean power of the electron beam is then, for example, P=1-5 kW.

Eine sinnvolle Dosisleistung kann bei PD = 50-500 kGy (kilo-Grey) liegen. Diese Dosis kann auch in mehreren nacheinander aufgebrachten Dosen erfolgen. Hierfür kann der Strahler das Werkstück auch mehrmals überfahren, um letztendlich die gewünschte Gesamtdosis aufzubringen, um die gewünschte Vernetzung zu erzielen.A reasonable dose rate can be PD = 50-500 kGy (kilo-grey). This dose can also be applied in several doses applied one after the other. For this purpose, the emitter can also run over the workpiece several times in order to ultimately apply the desired total dose in order to achieve the desired crosslinking.

In der Praxis lag die bestrahlte Fläche A bei 2 x 20 cm. Hieraus ergeben sich Intensitäten I von 0,5 kW/cm2 - 3 kW/cm2. Als Vorschubgeschwindigkeit für die oben genannten Flächen eignet sich V = 3 - 10 cm/s.In practice, the irradiated area A was 2×20 cm. This results in intensities I of 0.5 kW/cm2 - 3 kW/cm2. A feed rate of V = 3 - 10 cm/s is suitable for the surfaces mentioned above.

Um eine entsprechende Intensität je Fläche zu erzielen können die Daten nach oben oder unten skaliert werden.The data can be scaled up or down to achieve a corresponding intensity per area.

Bei stationärer Bestrahlung errechnen sich entsprechende Intensitäten, Bestrahlungsdauern und Dosisleistungen.In the case of stationary irradiation, the corresponding intensities, irradiation durations and dose rates can be calculated.

Die in der DE 10 2017 002 986 A1 beschriebenen Verfahren sind Werte für eine übliche Bearbeitung eines Kunststoffrohlings mit einem Laser. Dabei entsteht eine Entnetzung, die anschließend wieder ausgeglichen werden sollte. Oder es werden durch ein vorbestimmtes Zusammenwirken von Entnetzung und Vernetzung die Materialeigenschaften des Kunststoffrohlings gezielt an dessen Oberfläche und gegebenenfalls auch in dessen inneren Volumen verändert.The one in the DE 10 2017 002 986 A1 The methods described are values for conventional processing of a plastic blank with a laser. This results in dewetting, which should then be compensated for again. Or the material properties of the plastic blank are changed in a targeted manner on its surface and possibly also in its inner volume through a predetermined interaction of dewetting and crosslinking.

Die spezielle Bearbeitung, die in der DE 10 2017 002 986 B4 beschrieben ist, beschreibt auch für das Ausführungsbeispiel den Prozessschritt der Entnetzung, auf den der in dieser Anmeldung beschriebene Prozessschritt der Vernetzung folgt.The special processing used in the DE 10 2017 002 986 B4 is described also describes the process step of de-wetting for the exemplary embodiment, which is followed by the process step of cross-linking described in this application.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102017002986 B4 [0003, 0063]DE 102017002986 B4 [0003, 0063]
  • DE 102017002986 A1 [0052, 0062]DE 102017002986 A1 [0052, 0062]

Claims (16)

Verfahren zum Bearbeiten eines Kunststoffs, bei dem der Kunststoff mit einem Laser bearbeitet und mindestens teilweise modifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff entnetzt und anschließend bestrahlt wird, um zumindest teilweise wieder eine Vernetzung des Kunststoffs zu erzielen.Process for processing a plastic, in which the plastic is processed with a laser and at least partially modified, characterized in that the plastic is de-wetted and then irradiated in order to at least partially achieve cross-linking of the plastic again. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Thermoplast oder ein Duroplast ist.procedure after claim 1 , characterized in that the plastic is a thermoplastic or a thermoset. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Acrylat und bevorzugt ein Methacrylat ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is an acrylate and preferably a methacrylate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Augenimplantat ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is an eye implant. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff eine Sehhilfe wie insbesondere eine Intraokularlinse oder eine Kontaktlinse ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is a visual aid such as in particular an intraocular lens or a contact lens. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein UKP Laser ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser is a UKP laser. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bearbeitung ein Teil des Kunststoffs mit dem Laser verdampft wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that part of the plastic is evaporated with the laser during processing. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bearbeitung der Kunststoff mit dem Laser poliert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is polished with the laser during processing. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff mit dem Laser an der Oberfläche des Kunststoffs bearbeitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is processed with the laser on the surface of the plastic. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff mit dem Laser zumindest auch im Inneren des Kunststoffs bearbeitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is processed with the laser at least also on the inside of the plastic. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff mit Partikelstrahlen, insbesondere Elektronenstrahlen, bestrahlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is irradiated with particle beams, in particular electron beams. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff mit Photonen bestrahlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is irradiated with photons. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff mit Beta- oder Gammastrahlung bestrahlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic is irradiated with beta or gamma radiation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffrohling bei der Laserbearbeitung modifiziert wird und anschließend derart bestrahlt wird, dass der Kunststoff danach wieder die Materialeigenschaften des Kunststoffrohlings aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a plastic blank is modified during laser processing and is then irradiated in such a way that the plastic then again has the material properties of the plastic blank. Kunststoff, insbesondere Augenimplantat oder Intraokularlinse, der mindestens einen Bereich aufweist, in dem der Kunststoff mit einem Laser bearbeitet und dadurch mindestens teilweise modifiziert wurde, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Bereich nachbehandelt wurde, um den Kunststoff wieder zu vernetzen.Plastic, in particular an eye implant or intraocular lens, which has at least one area in which the plastic has been processed with a laser and thereby at least partially modified, characterized in that this area has been post-treated in order to crosslink the plastic again. Kunststoff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff in diesem Bereich nach dem Verdampfen eines Teils des Kunststoffs poliert wurde.plastic after claim 15 , characterized in that the plastic in this area has been polished after evaporating part of the plastic.
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