以激光功率、激光脉冲频率、扫描速度为优化变量,建立了激光离体皮肤组织融合工艺参数的多目标优化模型。基于MATLAB软件,应用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)寻求帕累托最优解集,得到了最优工艺参数,分析了优化目标对工艺参数变化的响应灵敏度。在优化的工艺参数下,测试了切口黏结强度,分析了微观组织。结果表明:切口黏结强度对激光工艺参数具有更高的灵敏度,激光功率对切口黏结强度、组织峰值温度的影响比较显著;所提优化工艺可以实现离体皮肤组织的全层融合,在组织峰值温度降低的情况下,离体皮肤组织切口的黏结强度比单目标优化结果提高了5.6%。

基于响应面法设计方法对离体皮肤组织进行脉冲激光焊接实验，获得了组织切口的抗张强度和峰值温度数据; 在单因子实验的基础上，以激光功率、光斑移动速率、激光频率作为3个影响因子，建立多元非线性数学回归模型，通过方差分析和回归分析得出该回归模型的相关系数：切口抗张强度的相关系数为0.9131，切口峰值温度的相关系数为0.9985。模型分析结果表明：激光功率、光斑移动速率和激光频率3个因素的主效应和交互作用对切口性能具有很大影响，对切口抗张强度影响最大的主效应为激光功率，交互效应为激光功率与光斑移动速率; 对切口峰值温度影响最大的主效应为激光功率，交互效应为激光功率与光斑移动速率、激光功率与激光频率、光斑移动速率与激光频率。最后依据回归模型得出了最优激光工艺参数组合，回归模型预测响应值与实验结果相吻合，且切口强度满足要求。