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    皮秒激光器在醫用鈦合金表面微造型的應用
    材料來源:納飛曉峰           錄入時間:2023/5/11 23:34:08

    醫用鈦合金是一種新型合金,亦是一種重要的載體材料,憑借著高耐腐蝕性、高比強度以及耐疲勞、彈性模量低、生物相容性好等特點,在醫學界頗受歡迎,被廣泛用于肢體植入、牙科以及其他醫療器械等領域。

    隨著社會、科技和醫學的快速發展,醫療領域對醫用鈦合金的需求越來越高,一方面表現在數量上的需求提升,有關數據顯示,單因患有膝關節和臂關節等炎癥需進行替換手術治療的患者已超1億。另一方面,醫用鈦合金存在摩擦系數高、耐磨性不佳等缺陷,改良材料的性能、進而提升材料的生物相容性更是迫切的品質提升需求。因此加大新材料的研發力度,開發出性能更好的醫用鈦合金迫在眉睫。

    科研人員大量研究發現,在鈦合金表面制備出一定尺寸和排列的圖案陣列,即表面結構化,既可以保持鈦合金的原有一系列品質,使其材料本身不發生改變,又可以大幅度改善其綜合性能,因而可以繼續保持鈦合金良好的生物相容性。

    期間,各種表面結構化技術被廣泛開發應用,包括噴砂、化學腐蝕、等離子噴涂、電化學加工等方法,且被證明能夠有效提高植入物生物相容性,但也帶來了新的問題:這些方法存在無法定制化形狀加工、效率低、成本高等缺點。

    隨著脈沖激光往更窄脈寬、更高功率方向發展,微加工的應用場景在醫療器械加工領域獲得非常深入的應用。納飛光電生產的工業級皮秒激光器峰值功率高,微加工時熱影響區微乎其微,可控性強,可以為醫用鈦合金材料進行高質量的凹腔、凹槽的表面微加工,或者根據特定要求形成特定的形狀,滿足定制化需求。

    相較于納秒激光器,這款1064nm皮秒激光器具有非常窄的脈沖寬度,僅為10ps左右,帶來近乎冷加工的效果,尤其適合加工金屬材質的微加工;非常高的峰值功率,以及優異的光束質量(M2<1.3),能量聚焦到極小的空間且不受脈沖重復頻率和平均功率影響;脈沖能量穩定性和功率穩定性均小于1%RMS,持續穩定。與飛秒激光器相比,這款皮秒激光器技術成熟,結構更加簡單,性能更加穩定,能滿足工業上7*24小時的作業環境,加工效率高,帶來更好的加工質量和加工精度,滿足應用需求。

    根據一定尺寸和排列的圖案陣列需求設定好激光器的相關工藝參數后,皮秒激光通過光學系統聚焦形成一個微米級的光斑,獲得的極高能量密度激光作用在醫用鈦合金材料表面并被吸收,隨后以極快的速度轉換成熱能,使得照射斑點的局部區域材料在非常短的時間內迅速被熔化甚至汽化,從而去除材料獲得設定的圖案陣列,當然也可以設定路線選擇性的處理材料的特定表面和區域,十分靈活。

    憑借著巨大的應用市場和優異的綜合性能,如今一些國家已經把發展高性能的醫用鈦合金列入了高科技產業。而鈦金屬在含量最豐富的結構金屬中排第四,僅次于鋁、鐵和鎂,豐富的資源的儲備為醫用鈦合金的大量應用提供了基礎,使用激光對醫用鈦合金表面改性技術也已經成為材料表面工程技術最新發展的重要領域之一,納飛光電的皮秒激光器可望迎來大量應用。

    (文章轉載自網絡,如有侵權,請聯系刪除)


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