如今，随着人们生活、物质水平的上升，平均年龄的提高，心脑血管及各种脏器的疾病随之而来，因肥胖或老龄化造成的疾病及脑中风尤为致命，前者在全球死亡原因中居首，后者为死亡原因的第二位。

此类疾病的治疗主要以支架植入为主，如血管形成或腔内隔绝术，往往需要在手术过程中将一个甚至更多的支架植入血管。仅以心脏支架的市场而言，在美国，2013年冠状动脉的介入性手术即有120万例，中国则为60万例。上海医疗器械博览会Medtec认为考虑到中国心脑血管疾病患者人数的持续上升,以及数倍于美国的人口基数，未来各式支架的需求不可小觑。

今天将分享超快激光切割心血管支架的一些知识，如果您对该工艺感兴趣或者在从事医疗器械激光加工工作时遇到了一些难题，不妨注册预登记参观上海医疗器械博览会Medtec，现场不仅汇集国内外相关企业，众多新品精彩亮相，同时还将举办精密加工设备与技术应用论坛，点击预登记免费参观，也可参与现场技术论坛及活动哦~

激光切割支架

支架是个复杂精细的医疗产品，需要同时符合多种要求。理想的支架具有良好的机械性能，可以压缩、扩张且足以撑起肥厚的血管。支架也需要适当的平滑度以涂覆药物，并让血管细胞附着。良好的抗腐蚀性及生物相容性也是支架必备的性质。另外支架需要良好的显影性，以便医疗人员定位、追踪支架。若是切割的支架，表面不能留有毛刺或熔渣及尖角，避免伤害血管。上述的性质中，支架的制造方式影响机械性能及表面型貌，因此合格的支架需要高工艺水平的制造技术。

现今主流的支架切割采用微秒级的光纤激光，但由于激光加工本身是热加工，以激光将金属熔融再以高压气体吹走不但加工后会留下许多熔渣、毛刺，加工时的热容易氧化支架表层使其脆化，残余热应力亦会造成微裂痕而降低机械性能。因此光纤激光加工完的支架需要一系列的后处理，包含清洗、研磨、酸洗、钝化、到电化学抛光，手续繁琐且耗时。这些后续处理也会损耗部分的支架，最终的良率只有七成左右，约三成的耗损意味着巨大的损失。

相较之下，使用超快激光切割支架则使后续处理简单许多。超快激光,或称超短脉冲激光，其脉宽只有10皮秒(10^-12秒)到数百飞秒(10^-15秒)，可以实现近乎无热效应的”冷”加工。与微秒级激光的熔融机理不同，超快激光超短的脉宽带来的极高的峰值功率会产生多光子吸收，将材料略过熔融过程直接蒸发。因此超快激光能以相对低的能量加工材料，无残余热、无残渣留在材料上，达成高精度且干净的加工。以超快激光切割支架，可以省略许多后续工序，一般来说清洁完的支架可以直接进行电化学抛光。由于制程的简化，良率可以提高到九成以上。

图一：长脉冲激光及超快激光加工比较示意图

图二为光纤激光和超快激光切割的镍钛合金支架轴向比较图，图左的支架由光纤激光切割，图右的支架则由超快激光切割。从图中可以看见光纤激光切割的支架内壁上熔渣的尺寸甚至大过管壁的厚度，且由于熔渣阻碍，无法将落料移除，需要先研磨才可将之去除。研磨内壁不仅费工费时，而且容易磨出豁边，造成机械性能的下降。如图右所示，由超快激光所切割的支架，不但没有熔渣而且表面光滑。

图二：光纤激光和超快激光切割的镍钛合金支架比较图。图左由光纤激光切割，图右由超快激光切割。

无法切小尺寸的支架是光纤激光的另一个劣势。由于光纤激光的热效应强，当管子的直径太小或壁厚太薄的时候，激光加工的热容易聚集在一起。一旦切割图形复杂起来（如支架），强烈的热影响区严重的影响到支架的性质，即使后处理也无法满足前述支架所需要的品质。一般而言，光纤激光切割支架的直径约在2 mm，壁厚200 μm。由于没有热效应，超快激光的切割限制非常小，可以达到直径400 μm以下、壁厚数十微米的尺寸。

图三：内壁击伤比较示意图

光纤激光的另一个局限是容易打伤对面的内壁。由于光纤激光需要高功率才足以切穿管壁，切穿后光会持续前进，到达管子对面的内壁。即便激光已经发散，光纤激光的高光通量仍然高过材料的损伤阈值，足以击伤内壁。被击伤的内壁不但会降低机械性质，也会弱化支架抗腐蚀的性能。超快激光需要的功率小，当激光切穿管壁后再经发散达到对面的内壁时，其光通量已不足击伤内壁，因此不会降低支架性能。

图四为超快激光在304 不锈钢管上切割方形槽。图左显示，加工区域的周边没有热效应，切割边缘没有熔渣和毛刺。图右的显微镜照片聚焦在管子对面的内壁，内壁表面干净连续，没有击伤。

图四： 超快激光切割细304 不锈钢管。图左为管子方形槽全貌，图右为管子对面内壁。

超快激光切割金属支架