在現代制造業(yè)中，激光加工技術(shù)已經(jīng)成為一種重要的加工手段，尤其是超快激光加工技術(shù)，以其高精度和高效率而受到廣泛關(guān)注。本文將深入探討超快激光加工的概念、特點(diǎn)和應用，幫助您全面了解這一前沿技術(shù)。
一、什么是超快激光加工？
超快激光加工是指使用脈沖持續時(shí)間在皮秒（10^-12秒）至飛秒（10^-15秒）級別的激光，進(jìn)行材料加工的一種技術(shù)。與傳統激光加工相比，超快激光加工能夠實(shí)現更高的加工精度和更小的熱影響區，從而減少材料的熱變形和損傷。
二、超快激光的特點(diǎn)
激光按照出光時(shí)間長(cháng)短，可分為四類(lèi)：連續波、準連續、短脈沖和超短脈沖。"超快激光"則代表其輸出的激光脈寬達到10-12s的皮秒級別，或更小的皮秒級別的脈沖激光。長(cháng)度在幾十到1納秒之間的脈沖，我們稱(chēng)呼它們?yōu)閬喖{秒激光。超快激光獨特之處在于能在熱擴散發(fā)生前將能量傳輸至材料中，加工產(chǎn)生的熱損害很小，所以被譽(yù)為"冷加工"工藝。對比長(cháng)脈沖激光器，超短脈沖激光器在多光子電離和電子到晶格的能量轉移方面表現出色，在精密微細加工領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢。
三、超快激光加工的應用
（1）超快激光在增材制造中的應用
增材制造(AM)已經(jīng)成為了制造任意幾何形狀物體的關(guān)鍵技術(shù)。而將超快激光運用到增材制造中，使得難加工材料、透明材料以及微米和納米制造的新一代制造技術(shù)得以實(shí)現。
雙光子聚合（2PP）是一種微納3D打印技術(shù)，它通過(guò)飛秒脈沖激光選擇性固化感光樹(shù)脂，類(lèi)似于光固化快速成型，但2PP 3D打印技術(shù)能以幾百納米的分辨率生產(chǎn)復雜的三維（3D）結構，精度遠高于傳統光固化成型技術(shù)。奧地利學(xué)者Aleksandr Ovsianikov就曾使用雙光子聚合技術(shù)設計并合成了一種含有六官能氨基甲酸酯基遙爪聚己內酯（PCL）的材料，這種材料能滿(mǎn)足生物醫學(xué)微支架制造的需求，在組織工程領(lǐng)域具有巨大的應用潛力。
（2）超快激光在切割中的應用
心臟支架壁管非常薄，傳統的機械切割難以勝任，而激光加工卻能輕松應對。然而，普通激光燒蝕融化加工容易導致毛刺多、切槽寬度不均、表面燒蝕嚴重、筋寬不均等問(wèn)題。而超快激光對血管支架的切割加工，既能獲得高質(zhì)量的切割平面，又能確保切割面熱影響區小、切縫精準、表面光滑。
此外，針對傳統金屬支架存在的問(wèn)題，研究人員開(kāi)始轉向生物可降解聚合物血管支架的研發(fā)。高分子聚合物是常用的非金屬可降解支架材料。Stolberg等人為了解決材料熱效應敏感的問(wèn)題，利用飛秒激光結合多重消融加工的方法，成功切割出方形PLLA薄片，有效控制了熱影響區。
（3）超快激光在微焊接中的應用
超短脈沖激光在透明固體介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì )引發(fā)非線(xiàn)性吸收、熔化損傷、等離子體形成、燒蝕、光絲傳播等多種現象。超快激光玻璃微焊接技術(shù)正是基于此原理，通過(guò)讓異種材料在結合界面微小尺度范圍內等離子體化后再重構實(shí)現連接。例如，Octav P. Ciuca等科學(xué)家就成功使用皮秒激光實(shí)現了鋁與玻璃的微焊接，這也是金屬與玻璃間微焊接的一項重大突破。
（4）超快激光制造表面微結構
盡管傳統表面處理可提升材料表面生物活性，但操作較為繁瑣，改性后性能穩定性不佳。而激光微加工則簡(jiǎn)便易行，能夠在植入物表面構建微觀(guān)三維立體結構，且改性后性能穩定，對基體影響較小。例如，王瑞等人研究了超快激光加工技術(shù)在Ti6Al4V合金表面改性的應用，通過(guò)飛秒激光在已打磨光滑的鈦合金表面進(jìn)行微觀(guān)結構加工。結果顯示，經(jīng)過(guò)激光加工改性的鈦合金表面生物相容性得到顯著(zhù)提升，有助于細胞生長(cháng)及種植體與骨骼的融合。
隨著(zhù)微加工技術(shù)所能達到的最小特征尺寸逐漸縮小，如何進(jìn)一步提升加工精度和質(zhì)量成為了亟待解決的問(wèn)題。超快激光加工技術(shù)在微加工領(lǐng)域的出色表現，正吸引著(zhù)越來(lái)越多的行業(yè)專(zhuān)家和學(xué)者的關(guān)注。隨著(zhù)制造業(yè)的繁榮發(fā)展和對高性能材料需求的日益增長(cháng)，加工方法也將隨之迅速發(fā)展。
