聚合物因为其重量轻、耐腐蚀和绝缘性，越来越广泛应用于医疗和消费电子等领域，对其进行高精密加工，如钻孔、切割、薄膜去除、纹理化的需求日益增长。然而，由于聚合物对热量高度敏感，传统加工方式会导致明显的熔融、变形、碳化等问题。飞秒激光凭借其超短脉冲和“冷加工”特性，为聚合物制造实现了前所未有的加工精度与质量。

PART 01

什么是聚合物？

如何区分“聚合物”“高分子材料”与“塑料”？聚合物是由许多重复的单体形成的长链状大分子化合物，这是其化学本质；而高分子材料则是以聚合物为主体，根据应用需求添加各类助剂后形成的实用材料，如常见的塑料、橡胶、合成纤维等。绝大多数高分子材料均属于聚合物。

在精密机械、电子、医疗和光学等应用中，聚合物产品制造必须满足微米级精度和优异的表面质量。尤其是医疗领域的微型聚合物器件，比如微流控芯片、药物输送装置，要求更为严苛。

PART 02

提高聚合物加工质量

对温度敏感是聚合物制造的最关键的挑战之一。因为聚合物的熔点相对较低，在加工过程容易因热量而软化变形，影响其弹性和机械性能。

热膨胀是另一个障碍，聚合物的膨胀系数是金属的十倍，冷却时的收缩和翘曲会导致较大的精度误差，在一些MEMS 器件组装中，容易出现尺寸不兼容。

由于上述的挑战，激光常用于聚合物加工，通过非接触光斑实现高精度切割，从而制造微米级复杂几何形状。激光与材料的相互作用主要由激光功率、脉冲持续时间、波长及材料吸收特性决定。

使用不同脉冲持续时间在PTFE中加工通道的横截面

纳秒、皮秒激光脉冲持续时间较长，使热量扩散至周围材料。对于金属而言，其自由电子可实现热量的快速传导与散发，损伤较小；但聚合物缺乏自由电子，极易发生降解、熔化或变色。

PEEK管钻孔，皮秒激光产生大量熔融区

飞秒激光的脉冲持续时间为万亿分之一秒（1fs=10⁻¹⁵s），能量传递速度极快，材料在热量传入内部之前已完成汽化或电离，热影响趋零，所以也称“冷加工”。加工后产品的特征精度高、边缘整齐、污染极少。

纳秒激光与飞秒激光加工聚碳酸酯盲孔效果对比

（A）纳秒激光加工：聚碳酸酯盲孔边缘出现明显过度熔化，热损伤痕迹显著；  

（B）飞秒激光加工：聚碳酸酯盲孔边缘几乎无熔化现象，加工面平整，热影响区可忽略。

PART 02

赋能尖端应用：单色科技聚合物微加工案例

我们为各类聚合物（含工程塑料）提供微米级、高质量的飞秒激光微钻孔、刻蚀、切割服务，并提供定制化量产设备。

医疗器械制造解决方案 

在医疗器械领域，加工精度与材料生物相容性至关重要。飞秒激光的无热损伤特性，可确保聚合物材料的化学稳定性与结构完整性。

单色科技飞秒激光设备可在聚酰亚胺（PI）、PEEK等不同材质的薄壁管材上进行高精度钻孔，加工后孔壁干净无熔融，且无对壁结构损伤，有效保障导管功能的可靠性。

图片PI医疗导管飞秒激光钻孔效果：热影响区极小（肉眼不可见），无对壁结构损伤，孔壁光滑无熔融残留，符合医疗导管要求。

PDMS细胞过滤膜群孔飞秒激光钻孔效果：孔径尺寸8.3μm±1μm，孔位分布均匀，应用于细胞过滤。

消费电子的微型化与柔性化 

飞秒激光正推动消费电子产品向更小、更薄、更具柔性的方向发展。单色科技飞秒激光设备可对相关聚合物材料进行切割，实现极小割缝宽度与卓越边缘质量。

玻璃布基板印制电路板（PCB）飞秒激光切割效果：支持内圆角定制，满足复杂结构设计需求，切割面高光洁度，无需后续处理。

膨体聚四氟乙烯（ePTFE）飞秒激光切割效果：缝宽0.046mm±1μm，切割边缘无翘起，适配柔性消费电子部件加工需求。

导电布（纤维+金属镀层）飞秒激光外形切割效果：切割边缘无毛刺、无碳化，导电层无损伤，保障导电性能稳定。

功能性微结构模具制造 

飞秒激光还可对材料表面进行微纳尺度纹理加工，赋予材料全新功能，在生物医学、光学等领域具有广阔应用前景，应用在注塑模具上，能实现高精度、高重复性的聚合物零件批量生产。

PDMS微针阵列飞秒激光加工：可直接刻蚀复杂三维微结构，锥度可控，尺寸精度±1μm，阵列高度一致性＞99%，应用于血糖微针贴等场景。

聚酰亚胺飞秒激光刻蚀凸点结构效果：凸点结构高度26μm±2μm，表面粗糙度Ra≤0.2μm，满足柔性电子、微型传感器中微纹理制造需求。

PART 03

结语

飞秒激光技术凭借“冷加工”优势，为聚合物加工的精度、质量与效率提升至全新高度。

转自：单色科技

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