在過去的幾年中，我們(men) 發現超短脈衝(chong) （USP）激光已經越來越多地被用於(yu) 醫療器械的製造，從(cong) 支架和導管到剝線和球囊紋理化，到處都可以見到USP激光的身影。

上述所提及的精密醫療器械，其所需的質量和尺寸精度水平與(yu) USP激光器非常吻合，USP激光器在塑料，以及金屬和塑料組合材料的鑽孔、切割、打磨、紋理加工以及機械加工方麵表現出色。

作為(wei) 擁有自己的應用實驗室的獨立激光集成商，AmadaMiyachiAmerica公司在測試中篩選出了最適合醫療器械加工的激光器，AmadaMiyachiAmerica已經對用於(yu) 聚合物加工上的USP激光器進行了測試，並希望分享我們(men) 的一些發現和成功建議。

聚合物加工的關(guan) 鍵激光參數

在實驗過程中，我們(men) 發現，對於(yu) 醫療器械的聚合物處理而言，最重要的考慮因素是脈衝(chong) 寬度，脈衝(chong) 能量和頻率以及波長。這些因素將很大程度上的影響最後獲得的加工成果，所以要十分注意。

脈寬

在實驗中，我們(men) 使用了相同的脈衝(chong) 寬度可調的激光器，分別對300飛秒（fs）到10皮秒（ps）的脈衝(chong) 寬度進行了測試，在我們(men) 可控範圍內(nei) 讓所有其他光束參數都盡可能相等，從(cong) 而讓實驗數據更加客觀真實。圖1顯示了使用不同脈衝(chong) 持續時間的加工通道的橫截麵，並顯示了加工通道深度。第一排是氟化乙烯丙烯（FEP）材料，第二排是聚四氟乙烯（PTFE）。

圖 1 使用不同脈衝(chong) 持續時間的加工通道的橫截麵

測試表明，基於(yu) 材料去除率，飛秒脈衝(chong) 持續時間是最佳選擇。同時，實驗發現較短的飛秒脈寬始終能夠提供出色的加工質量，因為(wei) 使用飛秒加工的材料去除過程是純升華去除過程，屬於(yu) 一種冷加工。由於(yu) 冷加工不涉及熔化，因此不會(hui) 存在頂部或底部側(ce) 麵出現毛刺的問題，並且使用飛秒激光可以更精確地控製和適應加工尺寸。而相比飛秒激光而言較長的皮秒脈衝(chong) 寬度，盡管也能提供不錯的質量，但加工成品中出現了毛刺效果，這表明在實驗過程中某些材料受熱熔化。

脈衝(chong) 能量和頻率

在實驗過程中，我們(men) 不禁自問：“究竟是使用較低頻率的較高脈衝(chong) 能量比較好，還是使用較高頻率的較低脈衝(chong) 能量比較好？”為(wei) 了得到明確的答案，我們(men) 在20W的恒定平均功率和290飛秒的脈衝(chong) 寬度下測試了三種脈衝(chong) 能量水平。

圖2中顯示了三種脈衝(chong) 能量/頻率組合的FEP塑料多道劃線的數據。左圖顯示了通過次數的劃線深度，右圖顯示了通過次數的劃線的體(ti) 積清除率。我們(men) 發現，使用40mJ/500kHz的低能量/高頻率到大約0.5mm的深度時，多道劃線的深度和體(ti) 積去除效果都更好。

圖 2 三種脈衝(chong) 能量 / 頻率組合的 FEP塑料多道劃線的數據

當劃痕的較窄寬度超出此0.5mm的範圍時，則可能會(hui) 阻止能量到達更深的位置。使用200mJ的較高脈衝(chong) 能量後，則開始能夠產(chan) 生更寬的劃線，較寬的脈寬能讓激光能量進入劃線的底部更深的部分，並能隨著更多的能量通過率來以線性速率繼續增加劃線深度。

除了上述發現以外，我們(men) 還發現了：使用較高的脈衝(chong) 能量會(hui) 增加焦點的加工深度，所以沿著聚焦軸的零件位置進行公差增加是十分必要的，因為(wei) 過程不合規格的最常見問題是：如何保持焦點相對於(yu) 零件的位置。

波長

我們(men) 的波長測試考慮了兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵點：對於(yu) 相同的光學參數設置，較長的波長使用了較高的平均功率和脈衝(chong) 能量，較短的波長則使用了較小的光斑大小。這意味著幾乎不可能建立絕對的隻關(guan) 於(yu) 波長與(yu) 波長之間比較的測試。

因此，我們(men) 關(guan) 心的點在於(yu) ：哪種波長（紅外、綠光或紫外）才是去除率、質量和加工範圍的最佳解決(jue) 方案？於(yu) 是，我們(men) 著手在三個(ge) 波長之間進行了一個(ge) 完完全全的最佳處理性能測試，從(cong) 而給Pebax®（一種阿科瑪公司的剛性的聚酰胺嵌段和軟聚醚嵌段組成的嵌段共聚物產(chan) 品，多用於(yu) 心髒外科導管製造）帶來“良好”的質量特征。

圖3 去除率與(yu) 質量之間的關(guan) 係有利於(yu) 綠光和紫外波長

圖3顯示了我們(men) 的結果，它清楚地表明了去除率與(yu) 質量之間的關(guan) 係有利於(yu) 綠光和紫外波長。圖中橫截麵顯示的流明中的特征是紫外波長的結果。我們(men) 發現，當我們(men) 在使用較高的紅外波長脈衝(chong) 能量/平均功率時，紅外波長脈衝(chong) 的能量往往會(hui) 使材料過熱，而並沒有讓去除率增加。在比較之中，我們(men) 沒有發現綠光和紫外的在去除率方麵有很大的不同，但是紫外波長確實顯示出更好的特征表麵光潔度和更少的碎屑。

我們(men) 最初認為(wei) ，飛秒脈衝(chong) 通過有效地用光子雪崩把材料拍打成順帶，從(cong) 而有效地讓所有材料的吸收同一化，這個(ge) 過程而與(yu) 波長無關(guan) 。然而在實驗中我們(men) 發現，對於(yu) 聚合物而言則不是這樣！

使用綠光或紫外波長還可以最大程度地提高處理焦點深度，正如我們(men) 上文已經提到過的那樣，這是維持生產(chan) 過程的關(guan) 鍵因素。

與(yu) 飛秒激光一起加工聚合物

我們(men) 的測試表明，飛秒激光顯然是聚合物加工可選範圍內(nei) 的正確工具。為(wei) 了提高表麵去除速率，我們(men) 傾(qing) 向於(yu) 使用40-100mJ的中程脈衝(chong) 能量和200-500kHz之間的較高頻率。同樣地，我們(men) 發現使用較短的綠光和紫外線波長具有明顯的優(you) 勢：表麵去除率和表麵光潔度頗高，加工窗口大。

當然，每種應用都是不同的，並且總是會(hui) 有預算限製等因素會(hui) 影響設備企業(ye) 對激光器的選擇。所以，我們(men) 建議，在投入生產(chan) 之前需要確保進行足夠的測試，從(cong) 而確保能夠針對特定過程和生產(chan) 要求找到最佳激光光源選擇。