1-激光加工技术的基本原理及特点

       激光加工技术的基本原理是利用高能量密度的激光束照射材料表面，通过光热效应或光化学反应，使材料局部迅速升温并蒸发，从而实现切割、焊接、打标、表面处理等加工目的。

       激光加工技术具有以下特点：

       高精度：激光加工光束聚焦后光斑小，能够实现高精度加工，适用于复杂形状和精细加工。

       速度快：激光加工能量集中，加工速度快，效率高。

       非接触式：激光加工是无接触式加工，工具不会与工件直接接触，避免了机械挤压或应力。

       适用范围广：激光加工可以对多种金属和非金属材料进行加工，包括高硬度、高熔点、高脆性及软性材料。

       灵活性强：激光束的能量和光束的移动速度均可调节，适用于不同层次和范围的加工。自动化程度高：激光加工系统与计算机数控技术相结合，可构成高效自动化加工设备，节省劳动力成本。

       无需模具：激光加工无需模具，适合加工大型工件。

       适应性强：激光加工可以在大气中或真空环境下操作，适应性强。

       惯性无速度：激光加工不受加工数量限制，可进行批量生产。材料利用率高：激光加工材料利用率高，降低生产成本。综上所述，激光加工技术以其高精度、高速度、非接触式、适用范围广、灵活性强、自动化程度高、无需模具、适应性强、惯性无速度和材料利用率高等特点，在现代制造业中得到了广泛应用。

2-国内四大激光产业带，已初具雏形

       我国四大激光产业带：

       华中地区：

       以武汉为代表，我国最大的激光产业聚集区，100多家相关企业；华中科技大学、武汉大学等知名高校为依托；代表性企业华工科技、锐科激光、金运激光等；

       珠三角：

       广州、深圳海运发达、出口便利，激光产业出口额占到全国激光产品出口的三成以上，已成为继武汉之后国内第二的激光产业聚集地，代表性企业大族激光、正业科技、联赢激光、杰普特、光韵达等；

       长三角：

       完善的激光产业链，有着一批高科技术企业引领地区的激光产业发展，包括亚威股份、天弘激光、波长光电，飞博激光等；

       环渤海区域：

       以北京为代表的市场拥有大量IT、通信、医疗、机械公司，激光产品的需求旺盛，带动了激光产业蓬勃发展，代表性企业有大恒科技、国科世纪等。

       激光加工是精密加工技术的代表，主要增长驱动力来自对传统加工方式的替代：与其他加工方式相比，激光加工有着高效率、高精度、低能耗、材料变形小、易控制等优点，这些优点都与激光加工的“非接触加工”和“高能量密度”两个特性关系密切：

       非接触加工：

       激光完全依靠激光与材料相互作用产生的热量来完成，整个过程中不存在加工刀具与材料相接触的情况，使得被加工材料不受到力的作用，残余应力比较小，由于光束的直径可控制到很小，因此精度也较高；

       高能量密度：

       激光加工的功率密度可达107W/cm2以上，是火焰、电弧等加工方式功率密度的数千乃至数万倍；较高的功率密度意味着激光可以对加工对象上非常微小的区域进行加工，而不导致该微区域周围的材料受到影响，因此加工精度和加工效率都更高。

       激光打标：是利用高能量的激光束照在工件表面上，使工件表面材料气化，露出深层物质，从而在工件表面刻出文字或图形。激光打标是非接触加工，打标速度快，运行成本低，无污染，适用于金属、玻璃、陶瓷、木材等多种材料。在打标的瞬间，光能迅速转化为热能，工件不会变形也不会产生应力，准确性非常高.

       激光切割：是将激光束聚焦成很小的光斑，在照射点处使材料瞬间达到汽化温度，形成孔洞，随着激光束与工件相对运动，达到切割材料的效果。

       激光焊接：激光焊接采用高强度的激光束辐射金属表面，金属与激光相互作用后熔化产生焊接效果。

       激光清洗：具有无研磨、非接触特点，不但可以用来清洗有机污染物，也可以用来清洗无机物，包括金属的锈蚀、金属微粒、灰尘等，应用功效包括：除锈、脱漆、去油污、文物修复、除胶、去涂层、去镀层等。

       激光加工技术在医疗器械（如手术器械、植入物、导管等）中的具体应用场景非常广泛，涵盖了多个方面：还有激光微加工、激光打标、激光增材制造等。

3-激光加工血管支架

       心血管支架是一种机械装置，长期植入动脉中，以物理扩张的方式和支撑因斑块堆积而变窄的血管。通过其扩张血管保证血液的流入与流出，是治疗心血管堵塞、动脉硬化等血管疾病的最佳方法。血管支架的发展经历了三个阶段，第一阶段是裸金属支架；第二阶段是药物洗脱、涂层支架；第三代血管支架是以美敦力、波士顿科学等支架龙头企业开发出的可降解生物支架(表2)。
       1)合金材料

       合金材料是制备血管支架最常用的材料，利用激光对金属材料进行熔化/汽化切割是制备血管支架的常用方式。利用激光对血管支架进行切割加工时，不仅可以得到高质量切割平面，同时可以保证切割面热影响区小、切缝准确、表面光滑等。例如：采用激光加工技术在血管支架表面加工出具有一定锥度的直边，可以保证血管中的血液均匀流动。Kathuria采用短脉冲Nd:YAG 激光器切割制作出长20mm、直径2.0mm、管厚0.1mm的环形SS316L不锈钢金属支架，如图1。
       在切割表面中产生狭缝宽度在0.05~0.1 mm、节距优于0.2 mm 的精细整列结构，且加工后的切割面兼具热影响区小和粗糙度低的优点。

       激光加工参数如焦点位置、功率密度、切割速度、脉冲频率、切缝宽度等对激光切割质量有着重要影响，张晋烨等利用波长为1064nm, 光斑直径20μm的光纤微秒激光制备医用316L 不锈钢血管支架，并通过单因素实验法探究了不同加工参数对医用316L不锈钢血管支架加工质量的影响。

       由于激光加工的烧蚀效应，加工表面会附着一些凝固的熔渣，影响加工质量。有人研究了不同工艺参数下纳秒脉冲光纤激光切割血管支架的切缝宽度和切割质量，成功切割出切缝宽度20μm以下的网状316L不锈钢血管支架，并总结出不同工艺参数组合变化对切割质量的影响规律：

       当激光输出功率、频率以及脉冲宽度增加时，材料表面吸收了更多能量，单位时间内激光熔化、气化的材料增多，使切缝宽度增加。同时由于切缝表面的熔渣及附着物的减少，表面粗糙度也随之降低。

       而当激光切割速度增加时，切缝宽度仅轻微减小，切缝表面粗糙度却显著增加。原因是当切割速度提高时，辅助气压未及时将熔融的材料吹走，在切缝表面冷却凝固形成挂渣。且当切割速度过快时，激光切割演变成不连续的激光打孔，也会造成切缝表面粗糙度增加。Erika等通过大量的实验研究了脉冲频率、脉冲宽度、峰值功率、切割速度和气体压力等激光切割参数对AISI 316L不锈钢血管支架制备平均表面粗糙度和后壁熔渣的影响。在激光半径固定为32.1μm 的条件下，优化调整其他激光参数，最终制得表面粗糙度小于1μm，且后壁处实现熔渣沉积小于3.5% 的血管支架。Muhammad 等利用皮秒脉冲激光对NiTi 合金和PtIr 合金管进行了无挂渣切割，并对切割表面进行了形貌分析，如图2。
       结果表明利用皮秒激光切割NiTi 合金和PtIr 合金管可获得较为精细的切割面和清洁的后壁。为避免纳秒激光切割血管支架存在的热效应高的问题，广东工业大学谢小柱等利用波长(1028±5) nm的飞秒激光加工316L 不锈钢血管支架。通过大量实验及理论分析，结果发现：飞秒激光加工在高频率，低能量密度的条件下，可以对材料进行高质量、高效率的切割加工。

       并在最佳工艺参数下切割加工出热效应小、无熔渣残留且无需复杂后处理的理想血管支架，为了实现血管支架装载药物或特殊涂层的功能，在支架表面加工出微小的储药孔(见图3)。
       除常规金属材料外，生物相容性较好的钛及其合金也被应用于血管支架的制造。Hung等利用超短脉冲飞秒激光切割镍钛合金管，成功制得尺寸精确，表面形貌干净，热影响区小的金属支架，加工后的支架无需后处理来去除热影响区和边缘毛刺。

       镁是一种轻质金属，密度与人骨相接近，且具有较高的强度和比刚度。镁具有可降解性，降解产生的镁离子对人体无毒，可随人体代谢排除体外。Demir 等利用脉冲激光切割AZ31 镁合金，加工出血管支架结构。并与316L 不锈钢切割结果做对比；在同样的加工参数下，对使用不同的辅助气体环境下加工出的心血管支架进行分析。

       研究发现在同样的加工参数下，在切割AZ31镁合金时，利用氩气作为辅助气体时会有更高的加工效率。将加工后的支架进行酸洗，表面效果更好。然而利用氩气辅助切割316L不锈钢时则会产生离子屏蔽效应，阻碍了材料对激光能量的吸收，影响加工质量。而施加氧气辅助，在切割时由于氧的反应焓可以提高加工效率。

       2）高分子材料

       金属血管支架在植入人体后，会永久留在血管中，可能会在患者体内引起炎症、血栓，且患者需要长期服用药物等问题。针对传统金属支架存在的问题，研究人员开始关注生物可降解聚合物血管支架的研发。可降解血管支架在完成支架本身医疗功能同时，会在体内自我侵蚀和分解，最终在人体自我修复完毕后完全降解消失。非金属可降解支架是目前研究最深入的可降解支架之一，其中高分子聚合物是非金属可降解支架的常用材料。

       高分子聚合物材料有聚左旋乳酸(PLLA)、聚乳酸(PLA) 等。由于高分子材料的熔点低，热效应敏感，故加工这种生物可吸收材料难度极大。Stolberg等为解决材料热效应敏感问题，利用飞秒激光结合多重消融加工的方式，切割制备出方形PLLA 薄片，使其热影响区得到很好的控制（如图4)。
       位迪等采用飞秒激光对以聚乳酸(PLA) 为原材料的非金属支架进行激光加工，通过正交试验对加工方法和工艺参数进行研究，分析了激光加工参数对切割质量的影响规律，得出飞秒激光加工PLA非金属支架的最佳加工参数(脉冲频率：10kHz，宽度：412fs，功率：1.6W，切割速度：1.2 mm/s，辅助气体氩气的气压：0.8MPa)，并加工出切边光滑，表面无碳化、无残渣残留的样件(如图5)。
       程萍等以金属支架的激光加工工艺为基础，探索了非金属可降解支架的激光微加工工艺，提出激光加工结合椅形衬套的加工方式，制备出切边光滑、无热损伤、一致性高的PLA 可降解心脏支架样品。

       Xinsorb生物支架是国内首个自主设计和制造的生物可吸收支架，该支架在植入人体后最终降解产物为水和二氧化碳，减少晚期血栓困扰。
       从植入支架领域国内企业上市产品来看，上市产品主要集中在冠脉支架领域，竞争较为激烈；在颅内支架领域微创医疗已经脱颖而出，未来可与进口产品展开竞争；而在外周血管支架、非血管支架领域，没有看到有明显竞争优势的国内企业。

       随着国内介入手术的普及发展，对除冠脉支架外的其他植入支架市场需求将快速增长，相关国产产品也将逐渐丰富。激光加工聚合物材料，除制作血管支架外，还可以制造皮肤等其他人体器官。