纳飞光电皮秒激光器在医用钛合金表面微造型的应用

医用钛合金是一种新型合金，亦是一种重要的载体材料，凭借着高耐腐蚀性、高比强度以及耐疲劳、弹性模量低、生物相容性好等特点，在医学界颇受欢迎，被广泛用于肢体植入、牙科以及其他医疗器械等领域。

随着社会、科技和医学的快速发展，医疗领域对医用钛合金的需求越来越高，一方面表现在数量上的需求提升，有关数据显示，单因患有膝关节和臂关节等炎症需进行替换手术治疗的患者已超1亿。另一方面，医用钛合金存在摩擦系数高、耐磨性不佳等缺陷，改良材料的性能、进而提升材料的生物相容性更是迫切的品质提升需求。因此加大新材料的研发力度，开发出性能更好的医用钛合金迫在眉睫。

科研人员大量研究发现，在钛合金表面制备出一定尺寸和排列的图案阵列，即表面结构化，既可以保持钛合金的原有一系列品质，使其材料本身不发生改变，又可以大幅度改善其综合性能，因而可以继续保持钛合金良好的生物相容性。

期间，各种表面结构化技术被广泛开发应用，包括喷砂、化学腐蚀、等离子喷涂、电化学加工等方法，且被证明能够有效提高植入物生物相容性，但也带来了新的问题：这些方法存在无法定制化形状加工、效率低、成本高等缺点。

随着脉冲激光往更窄脉宽、更高功率方向发展，微加工的应用场景在医疗器械加工领域获得非常深入的应用。纳飞光电生产的工业级皮秒激光器峰值功率高，微加工时热影响区微乎其微，可控性强，可以为医用钛合金材料进行高质量的凹腔、凹槽的表面微加工，或者根据特定要求形成特定的形状，满足定制化需求。

相较于纳秒激光器，这款1064nm皮秒激光器具有非常窄的脉冲宽度，仅为10ps左右，带来近乎冷加工的效果，尤其适合加工金属材质的微加工；非常高的峰值功率，以及优异的光束质量（M²＜1.3），能量聚焦到极小的空间且不受脉冲重复频率和平均功率影响；脉冲能量稳定性和功率稳定性均小于1%RMS，持续稳定。与飞秒激光器相比，这款皮秒激光器技术成熟，结构更加简单，性能更加稳定，能满足工业上7×24小时的作业环境，加工效率高，带来更好的加工质量和加工精度，满足应用需求。

根据一定尺寸和排列的图案阵列需求设定好激光器的相关工艺参数后，皮秒激光通过光学系统聚焦形成一个微米级的光斑，获得的极高能量密度激光作用在医用钛合金材料表面并被吸收，随后以极快的速度转换成热能，使得照射斑点的局部区域材料在非常短的时间内迅速被熔化甚至汽化，从而去除材料获得设定的图案阵列，当然也可以设定路线选择性的处理材料的特定表面和区域，十分灵活。

凭借着巨大的应用市场和优异的综合性能，如今一些国家已经把发展高性能的医用钛合金列入了高科技产业。而钛金属在含量最丰富的结构金属中排第四，仅次于铝、铁和镁，丰富的资源的储备为医用钛合金的大量应用提供了基础，使用激光对医用钛合金表面改性技术也已经成为材料表面工程技术最新发展的重要领域之一，纳飞光电的皮秒激光器可望迎来大量应用。