DE102016121414A1 - Method of working a needle - Google Patents
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Abstract
In einem Verfahren zur Bearbeitung einer Nadel (2) wird ein Bereich (21) der Nadel (2) durch einen gepulsten Laserstrahl (4) mit einer Pulsdauer unter 30 ps modifiziert. Insbesondere kann durch den Laserstrahl (4) in dem Bereich (21) eine Linienstruktur in der Oberfläche der Nadel (2) erzeugt werden. Im modifizierten Bereich (21) wird die Nadel (2) dann mit einer weiteren Komponente (3) verbunden. Insbesondere kann die Nadel (2) im modifizierten Bereich (21) mit einem Kunststoff der weiteren Komponente (3) umspritzt werden. Aufgrund der ultrakurzen Laserpulse können Linien vergleichsweise großer Tiefe (27) und geringer Flankenbreite (26) erzeugt werden. Dadurch wird eine mechanische Verkrallung zwischen der Nadel (2) und dem Kunststoff der weiteren Komponente (3) verbessert. Die Nadel (2) kann insbesondere eine Hohlnadel oder eine Vollnadel sein.In a method for processing a needle (2), a region (21) of the needle (2) is modified by a pulsed laser beam (4) with a pulse duration below 30 ps. In particular, a line structure in the surface of the needle (2) can be generated by the laser beam (4) in the region (21). In the modified region (21), the needle (2) is then connected to a further component (3). In particular, the needle (2) in the modified region (21) with a plastic of the further component (3) are molded. Due to the ultrashort laser pulses, lines of comparatively great depth (27) and small edge width (26) can be generated. Thereby, a mechanical Verkrallung between the needle (2) and the plastic of the other component (3) is improved. The needle (2) may in particular be a hollow needle or a solid needle.
Description
Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungsverfahren für eine Nadel, durch welches eine Verbindung zwischen der Nadel und mindestens einer weiteren Komponente verbessert ist.The invention relates to a method of processing a needle by which a connection between the needle and at least one further component is improved.
Bei etlichen Vorrichtungen aus diversen Gebieten der Technik stellen Nadeln Bauelemente dieser Vorrichtungen dar. Dabei ist es für die korrekte, zuverlässige und sichere Funktion solcher Vorrichtungen vielfach erforderlich, eine dauerhafte, belastbare und sichere Verbindung zwischen der Nadel und mindestens einer weiteren Komponente solch einer Vorrichtung zu gewährleisten. Wichtige Beispiele solcher Vorrichtungen finden sich im Bereich medizinischer Anwendungen von Nadeln, ohne dass die vorliegende Erfindung auf diesen Bereich beschränkt sein soll.In many devices in various fields of technology, needles are components of these devices. It is often necessary for the correct, reliable and secure operation of such devices to provide a durable, strong and secure connection between the needle and at least one other component of such a device guarantee. Important examples of such devices are found in the field of medical applications of needles, without the present invention being restricted to this area.
Beispielsweise werden für Spritzen zum Verabreichen von Injektionen oder zur Entnahme von Proben Hohlnadeln verwendet. Solche Hohlnadeln können mit einem, gewöhnlich aus Kunststoff bestehenden, Adapter auf die Spritze aufgesteckt werden. Ebenso kann die Hohlnadel direkt mit der Spritze verbunden werden. Für eine sichere Anwendung der Spritze ist eine zuverlässige Verbindung zwischen Hohlnadel und Adapter oder zwischen Hohlnadel und Spritze von besonderer Wichtigkeit, da nur so die Hohlnadel über die Spritze sicher geführt werden kann und Undichtigkeiten zwischen Hohlnadel und Adapter bzw. Spritze vermieden werden können. Der Adapter bzw. die Spritze stellen in diesem Beispiel die mindestens eine weitere Komponente dar, mit welcher die Nadel, hier die Hohlnadel, zu verbinden ist. Ein Beispiel, in welchem eine Vollnadel verwendet wird, ist eine Stechhilfe zur Entnahme eines Bluttropfens (z.B. für Blutzuckermessungen). Dabei ist die Nadel sicher mit einem Führungsschlitten zu verbinden, welcher z.B. über eine Feder beschleunigt werden kann. Weitere Beispiele werden in dieser Anmeldung später diskutiert.For example, hollow needles are used for syringes for administering injections or for taking samples. Such hollow needles can be plugged with a, usually made of plastic, adapter to the syringe. Likewise, the hollow needle can be connected directly to the syringe. For a safe use of the syringe, a reliable connection between the hollow needle and adapter or between the hollow needle and syringe is of particular importance, since only so the hollow needle can be safely guided over the syringe and leaks between the needle and adapter or syringe can be avoided. The adapter or the syringe in this example represent the at least one further component with which the needle, in this case the hollow needle, is to be connected. An example in which a full needle is used is a lancing device for taking a blood drop (e.g., for blood glucose measurements). The needle is to be securely connected to a guide carriage which is e.g. can be accelerated by a spring. Further examples will be discussed later in this application.
Besteht die mindestens eine weitere Komponente, mit welcher die Nadel zu verbinden ist, aus Kunststoff, so wird diese weitere Komponente häufig dadurch hergestellt und mit der Nadel verbunden, dass die Nadel in einem Spritzgussverfahren mit dem Kunststoff umspritzt wird, oder dass die Nadel mit der separat hergestellten weiteren Komponente verklebt wird. Die Verklebung mit der Nadel eignet sich auch bei solchen weiteren Komponenten, welche aus einem anderen Material als Kunststoff, etwa aus Glas, hergestellt sind. Die Oberfläche der normalerweise aus Metall bestehenden Nadel ist jedoch vergleichsweise glatt, so dass der Kunststoff der weiteren Komponente oder auch der zur Verklebung eingesetzte Klebstoff bestenfalls mäßig daran haftet. Zur Verbesserung dieser Haftung ist es bereits bekannt, die Oberfläche der Nadel zu modifizieren. Diese Modifizierung zielt darauf, auf der Oberfläche der Nadel Strukturen zu erzeugen, welche zu einer mechanischen Verkrallung mit dem Kunststoff oder Klebstoff führen. Geeignete Kunststoffe sind dem Fachmann bekannt, etwa, ohne darauf beschränkt zu sein, Cycloolefin-Polymere (COP) oder Cycloolefin-Copolymere (COC).If the at least one further component, with which the needle is to be connected, consists of plastic, then this further component is frequently produced and connected to the needle, that the needle is injection molded with the plastic in an injection molding process, or that the needle with the glued separately prepared further component. The bonding with the needle is also suitable for those other components which are made of a material other than plastic, such as glass. However, the surface of the needle, which is normally made of metal, is comparatively smooth, so that the plastic of the further component or also the adhesive used for the bonding adheres at best moderately to it. To improve this adhesion, it is already known to modify the surface of the needle. This modification aims at producing structures on the surface of the needle which lead to a mechanical engagement with the plastic or adhesive. Suitable plastics are known to those skilled in the art, such as, but not limited to, cycloolefin polymers (COP) or cycloolefin copolymers (COC).
Zur Modifizierung der Oberfläche der Nadel werden im Stand der Technik etwa Sandstrahlen oder das Einbringen einer Linienstruktur in die Oberfläche mittels eines Laserstrahls angewendet. Beide Verfahrenstypen sind im Grunde abtragende Verfahren, dennoch kann es dabei zu unerwünschten lokalen Vergrößerungen des Außendurchmessers der Nadel kommen. Dies kann zu Schäden im präzise gearbeiteten Spritzgusswerkzeug führen, oder dazu, dass die resultierende Verbindung zwischen der weiteren Komponente und der Nadel unbefriedigend ist. Probleme können auch bereits bei der Vereinzelung der Nadeln zur Zuführung zum Spritzgusswerkzeug auftreten. Beim Sandstrahlen können sich etwa Sandpartikel an der Nadel festsetzen, oder es kann Metall der Nadel aus der Oberfläche herausgebogen, aber nicht vollständig entfernt werden. Bei der bekannten Strukturierung mittels Laser wird neben einem Abtrag von Material auch eine Ablagerung von zunächst aufgeschmolzenem, aus der Bearbeitungsstelle ausgeworfenem Material um die Bearbeitungsstelle herum erzeugt. Soll das Ausmaß dieser Ablagerungen begrenzt werden, so muss die Tiefe der in die Oberfläche der Nadel eingebrachten Strukturen begrenzt werden. Das lokale Aufschmelzen von Material der Nadel bedeutet auch, dass es unmöglich ist, Strukturen mit steilen Flanken zu erzeugen, da der mit dem Vorliegen aufgeschmolzenen Materials einhergehende Materialfluss eine einebnende Wirkung entfaltet, also Flankenbreiten erhöht und Flankenhöhen vermindert. Eine begrenzte Tiefe der in die Oberfläche eingebrachten Strukturen sowie flache Flanken dieser Strukturen führen dazu, dass eine gewünschte Verkrallung des Kunststoffes der weiteren Komponente mit der Nadel nur mäßig ist.To modify the surface of the needle, sand blasting or the introduction of a line structure into the surface by means of a laser beam are used in the prior art. Both types of processes are basically ablative processes, yet undesirable local enlargement of the outer diameter of the needle can occur. This can result in damage to the precision machined injection molding tool, or the resulting bond between the other component and the needle is unsatisfactory. Problems can also already occur during the separation of the needles for feeding to the injection molding tool. When sandblasting, for example, sand particles may stick to the needle, or metal of the needle may be bent out of the surface, but not completely removed. In the known structuring by means of laser, in addition to a removal of material, a deposit of material initially melted, ejected from the processing site, is generated around the processing site. If the extent of these deposits is to be limited, the depth of the structures introduced into the surface of the needle must be limited. The local melting of material of the needle also means that it is impossible to produce structures with steep flanks, since the material flow associated with the presence of melted material unfolds a leveling effect, thus increasing flank widths and reducing flank heights. A limited depth of the structures introduced into the surface and flat flanks of these structures mean that a desired clawing of the plastic of the further component with the needle is only moderate.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bearbeitung einer Nadel bereitzustellen, durch welches die mechanische Verankerung zwischen der Nadel und der mindestens einen weiteren Komponente verbessert ist.It is therefore an object of the invention to provide a method for processing a needle, by which the mechanical anchoring between the needle and the at least one further component is improved.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine mit mindestens einer weiteren Komponente zu verbindende Nadel bereitgestellt. Ein Bereich einer Oberfläche der Nadel wird durch mindestens einen Laserstrahl modifiziert, das heißt, es werden in diesem Bereich Strukturen in der Oberfläche der Nadel erzeugt. Die Nadel wird dann im modifizierten Bereich mit der mindestens einen weiteren Komponente verbunden. Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Laserstrahl, durch welchen der Bereich der Oberfläche der Nadel modifiziert wird, ein gepulster Laserstrahl mit einer Pulsdauer unter 30 ps. Als Pulsdauer wird dabei die volle Breite des Pulses bei halber Höhe des Pulses angesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mit einem diodengepumpten Festkörperlaser durchgeführt werden, bei dem ferner eine Pulskompression durchgeführt wird. Alternative Lasertypen, welche sich ebenfalls für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, sind dem Fachmann aus dem Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung ersichtlich.In the method according to the invention, a needle to be connected with at least one further component is provided. An area of a surface of the needle is modified by at least one laser beam, that is, structures are formed in the surface of the needle in this area. The needle is then connected in the modified area with the at least one further component. According to the invention, the at least a laser beam which modifies the area of the surface of the needle, a pulsed laser beam with a pulse duration less than 30 ps. The pulse width is considered to be the full width of the pulse at half the height of the pulse. In particular, the method according to the invention can be carried out with a diode-pumped solid-state laser in which further pulse compression is carried out. Alternative laser types which are likewise suitable for carrying out the process according to the invention are apparent to the person skilled in the art from the disclosure content of this application.
Durch die kurze Pulsdauer unter 30 ps der ultrakurzen Laserpulse wird ein Materialabtrag am Bearbeitungsort bewirkt, ohne dass es zum Auswurf aufgeschmolzenen Materials kommt. Somit entfällt die Notwendigkeit, den Auswurf zu reduzieren und dazu die Tiefe der erzeugten Strukturen zu begrenzen. Da keine, oder zumindest keine signifikanten, Mengen an Materialschmelze am Rand des Bearbeitungsorts entstehen, kommt es auch zu keinem Materialfluss, welcher Flanken von Strukturen einebnet. Somit können Strukturen erzeugt werden, die Flanken aufweisen, welche deutlich steiler sind als Flanken von Strukturen, welche mit den laserbasierten Verfahren des Stands der Technik erzeugt wurden. Allgemein können Abmessungen und Form der Strukturen präziser in der Nadel erzeugt werden, als dies mit herkömmlichen Verfahren möglich ist. Auch tritt keine lokale Vergrößerung des Außendurchmessers der Nadel auf, da kein aufgeschmolzenes Material ausgeworfen wird und sich um den Bearbeitungsort herum ablagert. Die Möglichkeit, präzise geformte Strukturen in der Nadel zu erzeugen, ermöglicht es, die Form dieser Strukturen sehr gut mit den Materialeigenschaften, insbesondere dem Füllverhalten, des für die mindestens eine weitere Komponente verwendeten Kunststoffs abzustimmen. Auf diese Weise wird die mechanische Verankerung zwischen der Nadel und der mindestens einen weiteren Komponente signifikant verbessert. Dadurch kann eine deutlich höhere Auszugskraft der Nadel aus der weiteren Komponente erzielt werden, als dies mit Verfahren nach dem Stand der Technik möglich ist. Die Verbindung zwischen der Nadel und der mindestens einen weiteren Komponente ist damit belastbarer, dauerhafter und mithin zuverlässiger.The short pulse duration below 30 ps of the ultrashort laser pulses causes a material removal at the processing location, without there being any ejection of molten material. Thus, eliminating the need to reduce the ejection and to limit the depth of the generated structures. Since there are no, or at least no significant, amounts of molten material at the edge of the processing location, there is no material flow which levels flanks of structures. Thus, structures can be created that have flanks that are significantly steeper than flanks of structures produced by the laser-based methods of the prior art. In general, the dimensions and shape of the structures can be produced more precisely in the needle than is possible with conventional methods. Also, no local enlargement of the outer diameter of the needle occurs because no molten material is ejected and deposited around the processing site. The possibility of producing precisely shaped structures in the needle makes it possible to match the shape of these structures very well with the material properties, in particular the filling behavior, of the plastic used for the at least one further component. In this way, the mechanical anchoring between the needle and the at least one further component is significantly improved. As a result, a significantly higher pull-out force of the needle from the further component can be achieved than is possible with methods according to the prior art. The connection between the needle and the at least one further component is thus more resilient, more durable and therefore more reliable.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, verschiedenste Strukturen präzise im Material der Nadel auszubilden. In einer Ausführungsform wird der Bereich der Oberfläche der Nadel durch Einbringen einer Linienstruktur in die Oberfläche der Nadel modifiziert. Insbesondere kann diese Linienstruktur eine Vielzahl zueinander paralleler Linien umfassen. Die Linien können dabei beispielsweise senkrecht zu einer Längsachse der Nadel ausgerichtet sein. Ein weiteres Beispiel ist, dass die Linien mit einer Längsachse der Nadel einen spitzen Winkel einschließen. Eine hierzu ähnliche Struktur lässt sich erzielen, wenn man eine Linie in Form einer Schraubenlinie in die Oberfläche der Nadel einbringt. Die Erfindung ist jedoch ausdrücklich nicht auf diese Beispiele beschränkt.The method according to the invention makes it possible to form a wide variety of structures precisely in the material of the needle. In one embodiment, the area of the surface of the needle is modified by introducing a line structure into the surface of the needle. In particular, this line structure may comprise a plurality of parallel lines. The lines can be aligned, for example, perpendicular to a longitudinal axis of the needle. Another example is that the lines enclose an acute angle with a longitudinal axis of the needle. A similar structure can be achieved by inserting a line in the form of a helical line in the surface of the needle. However, the invention is expressly not limited to these examples.
Weiterhin beträgt in einer Ausführungsform der Abstand benachbarter Linien der Vielzahl der Linien zwischen 20 µm und 60 µm. Dabei, aber ebenso unabhängig davon, kann eine Breite einer Linie der Vielzahl der Linien im Bereich 50 µm bis 100 µm liegen. In einer Ausführungsform beträgt die Breite einer Flanke einer Linie der Vielzahl der Linien weniger als 5 µm. In einer Ausführungsform liegt eine Tiefe einer Linie der Vielzahl der Linien im Bereich 30 µm bis 500 µm; insbesondere kann die Tiefe einer Linie im Bereich 30 µm bis 300 µm, oder auch im Bereich 30 µm bis 100 µm liegen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber nicht darauf beschränkt, allgemein Linienstrukturen oder speziell Linienstrukturen mit den genannten Abmessungen herzustellen.Furthermore, in one embodiment, the spacing of adjacent lines of the plurality of lines is between 20 μm and 60 μm. In this case, but also independently thereof, a width of a line of the plurality of lines may be in the range of 50 μm to 100 μm. In one embodiment, the width of an edge of a line of the plurality of lines is less than 5 μm. In one embodiment, a depth of a line of the plurality of lines is in the range of 30 μm to 500 μm; In particular, the depth of a line in the range of 30 microns to 300 microns, or even in the range of 30 microns to 100 microns. However, the method according to the invention is not limited to producing general line structures or especially line structures with the dimensions mentioned.
Die Haftung zwischen dem Kunststoff der mindestens einen weiteren Komponente und der Nadel kann weiter verbessert werden, wenn die Oberfläche der Nadel im modifizierten Bereich durch ein Plasma aktiviert und/oder gereinigt wird. Insbesondere kann das zur Aktivierung und/oder Reinigung verwendete Plasma durch den gepulsten Laserstrahl bei Einwirkung auf das Material der Nadel erzeugt werden. Es entfallen dabei separate Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen und Führen des Plasmas.The adhesion between the plastic of the at least one further component and the needle can be further improved if the surface of the needle in the modified region is activated and / or cleaned by a plasma. In particular, the plasma used for activation and / or purification can be generated by the pulsed laser beam acting on the material of the needle. This eliminates separate devices and methods for generating and guiding the plasma.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile noch an Hand spezifischer Ausführungsbeispiele und zugehöriger schematischer Zeichnungen näher erläutert. Die in den Zeichnungen dargestellten und in der zugehörigen Figurenbeschreibung erläuterten Ausführungsformen stellen dabei lediglich Beispiele dar, um zu erläutern wie die Erfindung ausgestaltet sein kann, und sind nicht als Beschränkung der Erfindung aufzufassen.
-
1A zeigt eine Hohlnadel mit Adapter. -
1B zeigt eine Hohlnadel mit dem Zylinder einer Spritze. -
2 zeigt einen schematischen Längsschnitt eines modifizierten Bereichs einer Hohlnadel. -
3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Teils eines modifizierten Bereichs einer Hohlnadel. -
4 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Teils eines modifizierten Bereichs einer Hohlnadel. -
5 zeigt die Einwirkung eines Laserstrahls auf das Material einer Nadel. -
6 zeigt eine Venenverweilkanüle. -
7 zeigt einen Kapselinhalator.
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1A shows a hollow needle with adapter. -
1B shows a hollow needle with the cylinder of a syringe. -
2 shows a schematic longitudinal section of a modified portion of a hollow needle. -
3 shows a three-dimensional view of a portion of a modified portion of a hollow needle. -
4 shows a three-dimensional view of a portion of a modified portion of a hollow needle. -
5 shows the action of a laser beam on the material of a needle. -
6 shows a venous indwelling cannula. -
7 shows a capsule inhaler.
In den Zeichnungen sind zwecks Verdeutlichung manche Elemente nicht maßstabsgetreu dargestellt. Gleiche Bezugszeichen werden für gleiche oder entsprechende Elemente der Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen verwendet.In the drawings, for purposes of clarity, some elements are not drawn to scale. Like reference numerals are used for the same or corresponding elements of the invention in various embodiments.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, Linien mit präziser definierten Abmessungen in der Oberfläche einer Nadel, im gezeigten Beispiel in der Wandung
In nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen liegt der Linienabstand
Die Erfindung ist nicht auf regelmäßige Linienstrukturen beschränkt. Insbesondere können auf einer gegebenen Nadel unterschiedliche Linienbreiten und/oder Linienabstände erzeugt werden.The invention is not limited to regular line structures. In particular, different line widths and / or line distances can be generated on a given needle.
Für den Fachmann sind aus der vorliegenden Offenbarung viele weitere Anwendungsbeispiele offensichtlich, in denen eine erfindungsgemäß bearbeitete Nadel vorteilhaft eingesetzt werden kann. Ein weiteres solches, nicht-einschränkendes, Beispiel ist etwa ein Infusionsset zur Verabreichung eines Wirkstoffs, beispielsweise von Insulin.For the skilled person, many other application examples are apparent from the present disclosure, in which a needle processed according to the invention can be advantageously used. Another such non-limiting example is, for example, an infusion set for administering an active agent, such as insulin.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Nadelneedle
- 2121
- Bereich der NadelArea of the needle
- 2222
- Längsachse der NadelLongitudinal axis of the needle
- 2323
- Wandung der HohlnadelWall of the hollow needle
- 2424
- Linienabstandline spacing
- 2525
- Linienbreitelinewidth
- 2626
- Flankenbreiteflank width
- 2727
- Linientiefeline depth
- 33
- weitere Komponentefurther component
- 44
- Laserstrahllaser beam
- 55
- Plasmaplasma
- 66
- VenenverweilkanüleIV catheter
- 77
- KapselinhalatorKapselinhalator
- 7171
- Kapselcapsule
- 7272
- Druckknopfpush-button
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016121414.0A DE102016121414A1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Method of working a needle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102016121414.0A DE102016121414A1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Method of working a needle |
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DE102016121414A1 true DE102016121414A1 (en) | 2018-05-09 |
Family
ID=62003229
Family Applications (1)
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DE102016121414.0A Pending DE102016121414A1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Method of working a needle |
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---|---|
DE (1) | DE102016121414A1 (en) |
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2016
- 2016-11-09 DE DE102016121414.0A patent/DE102016121414A1/en active Pending
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