中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在材料加工的前沿領(lǐng)域，金剛石以其無(wú)與倫比的硬度和獨(dú)特性能，成為眾多高端產(chǎn)業(yè)的“心頭好”。然而，它的超硬特性也給加工帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。目前，金剛石的切割方式主要包括水刀切割、電火花切割和激光切割。與其他切割方式相比，激光切割具備無(wú)接觸、高效、切縫小和熱影響區(qū)小等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為加工金剛石的理想方法。而相較于傳統(tǒng)機(jī)械加工和其他激光加工方式，水導(dǎo)激光技術(shù)在保持材料完整性和提高加工質(zhì)量方面表現(xiàn)得更加出色。
水導(dǎo)激光在金剛石零部件的應(yīng)用
01 水導(dǎo)激光切割
水導(dǎo)激光切割技術(shù)，又稱激光微射流技術(shù)（Laser MicroJet，LMJ），是一項(xiàng)以水射流引導(dǎo)激光束對(duì)待加工工件進(jìn)行切割的復(fù)合加工技術(shù)。由于水和空氣的折射率不同，在激光束以一定角度照射在水與空氣交界面時(shí)，如果入射角小于全反射臨界角，激光會(huì)發(fā)生全反射而不會(huì)透射出去，這就使激光能量始終被限制在水束中從而使激光沿水束的方向進(jìn)行傳播。
激光經(jīng)過(guò)凸透鏡聚焦后通過(guò)石英玻璃窗體進(jìn)入到耦合水腔，通過(guò)調(diào)整聚焦透鏡與小孔噴嘴之間的距離，使激光焦點(diǎn)剛好處于小孔噴嘴上表面中心，然后進(jìn)入穩(wěn)定的水射流中，利用水與空氣折射率的不同，在水射流中發(fā)生全反射，類似于傳統(tǒng)玻璃光纖的傳播方式。加工時(shí)，聚焦到噴嘴位置的激光束由高壓水束引導(dǎo)傳輸?shù)焦ぜ砻妗?/p>
水導(dǎo)激光切割加工的基本原理
水導(dǎo)激光切割與傳統(tǒng)激光切割相比有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：
（1）不會(huì)產(chǎn)生熱損傷，這是因?yàn)閲娚涞乃骺梢栽诩す饷}沖間隙冷卻材料，極大地降低材料的熱變形和熱損傷，使材料保持其原來(lái)結(jié)構(gòu)；
（2）水光纖工作距離大，不需要聚焦；
（3）噴射水流會(huì)在切割過(guò)程中帶走熔融的材料，減少了污染物；
（4）加工精度高于傳統(tǒng)的激光加工精度，特別適用于薄壁件的高精度加工。
激光切割與水導(dǎo)激光切割的加工示意圖.（a）傳統(tǒng)激光（熱損傷區(qū)大），（b）水導(dǎo)激光（熱損傷區(qū)極�。�
02 水導(dǎo)激光發(fā)展現(xiàn)狀
在全球范圍，水導(dǎo)激光相關(guān)的核心產(chǎn)品目前主要來(lái)自于兩家瑞士公司—Synova和AVonisys公司，前者采用綠光激光器，后者采用紅外激光器。而我國(guó)在水導(dǎo)激光裝備開(kāi)發(fā)方面相對(duì)國(guó)際先進(jìn)水平還有較大差距，同時(shí)，缺乏成熟穩(wěn)定的設(shè)備也制約了相關(guān)行業(yè)加工技術(shù)的發(fā)展。
Synova公司水導(dǎo)激光設(shè)備技術(shù)在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)導(dǎo)地位，已向各國(guó)提供了數(shù)百臺(tái)商業(yè)化的加工設(shè)備，分布在美國(guó)、歐洲、日本、中國(guó)等地。
為了加快水導(dǎo)激光技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展，推動(dòng)技術(shù)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化，此前，南京中科煜宸與Synova簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，成為其在中國(guó)航空、航天及透平機(jī)械領(lǐng)域的獨(dú)家代理以及全球技術(shù)合作伙伴，共同開(kāi)發(fā)水導(dǎo)激光加工專業(yè)化裝備，拓展新的功能用途。華工激光與Synova成立合資公司，將Synova三十多年技術(shù)沉淀，與華工激光在智能裝備與先進(jìn)制造領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化、全球化優(yōu)勢(shì)深度融合，圍繞水導(dǎo)激光工業(yè)化應(yīng)用的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，重點(diǎn)突破“卡脖子”難題，推動(dòng)技術(shù)向自動(dòng)化、智能化升級(jí)，加速新質(zhì)生產(chǎn)力新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
03 國(guó)內(nèi)部分水導(dǎo)激光企業(yè)
西安晟光硅研
西安晟光硅研半導(dǎo)體科技有限公司成立于2021年2月，主要從事微射流激光先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的研發(fā)和制造，已通過(guò)數(shù)家中國(guó)航空航天材料、技術(shù)研究院的驗(yàn)證并獲得訂單，全面進(jìn)入批量應(yīng)用前工藝匹配階段。公司聚焦硬、脆、貴材料的傳統(tǒng)加工瓶頸，已拓展覆蓋領(lǐng)域包括但不局限于：碳化硅、氮化鎵晶體、超寬禁帶半導(dǎo)體材料（金剛石/氧化鎵）、航空航天特種材料、LTCC碳陶基板、光伏、閃爍晶體等，致力成為硬脆材料加工全國(guó)領(lǐng)軍者，為中國(guó)半導(dǎo)體、航空事業(yè)發(fā)展插上“硬”翅膀。
微射流激光技術(shù)產(chǎn)品及金剛石襯底切片，圖源：晟光硅研
南京中科煜宸
南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司提供水導(dǎo)激光加工服務(wù)全流程解決方案，已與國(guó)內(nèi)數(shù)百家客戶建立了水導(dǎo)激光加工服務(wù)合作。現(xiàn)已發(fā)布五款（RJ系列：RJ203、RJ205、RJ305、RJ505、RJ1005）標(biāo)準(zhǔn)型水導(dǎo)激光加工設(shè)備，覆蓋了科研、航空航天和一般工業(yè)市場(chǎng)上主流的小、中、大型零件的加工能力。
公司工藝團(tuán)隊(duì)通過(guò)近三年的工藝開(kāi)發(fā)和積累，已建立多金屬（鋁合金、不銹鋼、鈦合金、高溫合金、銅合金）、復(fù)合材料（CFRP、CMC）、帶熱障涂層的單晶高溫合金（TBC）、半導(dǎo)體/陶瓷（SIC、ALN、ZrO2、SIN）、金剛石以及多種脆硬材料（磁鋼、鎢鋼）等材料的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，先后突破金屬表面粗糙度質(zhì)量提升和高效加工、復(fù)合材料無(wú)燒蝕高效加工、熱障涂層大傾角和深徑比微孔高效加工、大深度金剛石切片、大深度磁鋼和陶瓷高效切割等多項(xiàng)技術(shù)難題。
RJ系列水導(dǎo)激光加工裝備，圖源：中科煜宸激光
冷辰科技
自2023年2月成立以來(lái)，上海冷辰科技有限公司的核心定位就是一家水導(dǎo)激光設(shè)備研發(fā)制造商。在短短半年內(nèi)就完成了水導(dǎo)激光實(shí)驗(yàn)機(jī)型的開(kāi)發(fā)，完成金剛石材料、SiC（碳化硅）材料的樣品切割試驗(yàn)。目前公司正努力嘗試在水導(dǎo)激光領(lǐng)域取得突破，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
WGL3-150是一款通用型水導(dǎo)激光精密加工設(shè)備，可用于切割、鉆孔、開(kāi)槽和雕刻等，標(biāo)配了多種自動(dòng)化輔助系統(tǒng)，包括微米級(jí)CCD對(duì)齊系統(tǒng)，水柱自動(dòng)校正裝置和激光功率檢測(cè)系統(tǒng)等。
WGL3-150水導(dǎo)激光加工設(shè)備，圖源：冷辰科技
科詩(shī)特
東莞市科詩(shī)特技術(shù)有限公司成立于2022年1月，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的、底蘊(yùn)深厚的高科技企業(yè)。公司專注于水導(dǎo)激光設(shè)備及工藝研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，以突破國(guó)外卡脖子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)制造裝備的國(guó)產(chǎn)化替代。
科詩(shī)特的水導(dǎo)激光加工設(shè)備（左圖：CAT-SD11；右圖：CAT-SD21），圖片來(lái)源：科詩(shī)特
科詩(shī)特水導(dǎo)激光技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用：精密陶瓷零部件加工方面，水導(dǎo)激光技術(shù)解決了傳統(tǒng)加工方法無(wú)法加工直角、異形、超薄件等難題；金剛石加工方面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單晶金剛石的精確切割，實(shí)現(xiàn)切縫窄、切割表面粗糙度�。≧a≤1μm），無(wú)錐度且加工效率高等特點(diǎn)；在航空航天領(lǐng)域，主要解決EDM鉆孔技術(shù)無(wú)法加工帶有不導(dǎo)電熱障涂層的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片以及傳統(tǒng)機(jī)械加工時(shí)又會(huì)導(dǎo)致涂層脫落的問(wèn)題，從而保證加工中孔徑一致性及位置的準(zhǔn)確性。
水導(dǎo)激光多晶金剛石切槽（左）和金剛石切片（右），圖源：科詩(shī)特
寧波飛納激光
寧波飛納激光科技有限公司專注于水導(dǎo)激光精密微加工，致力于半導(dǎo)體和硬脆材料切割加工全套方案自主研發(fā)。依托先進(jìn)激光器技術(shù)、高精度運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)及工藝優(yōu)勢(shì)，聚焦半導(dǎo)體、金剛石、航空航天等領(lǐng)域，為超薄、超硬等各類材料提供激光加工解決方案和技術(shù)服務(wù)。
水導(dǎo)激光切割設(shè)備及金剛石切片，圖源：飛納激光
鑫泓光科技
鑫泓光（武漢）科技有限公司是一家專注于水導(dǎo)激光設(shè)備研發(fā)與生產(chǎn)的高科技企業(yè)，總部坐落于中國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)的核心地帶——武漢光谷。公司擁有深厚的技術(shù)根基，其核心團(tuán)隊(duì)依托于武漢光谷實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家激光工程中心，擁有激光技術(shù)領(lǐng)域頂尖專家力量，為公司的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品研發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的學(xué)術(shù)支撐和方向引領(lǐng)。鑫泓光科技以“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、精益制造”為理念，專注于為客戶提供性能卓越、穩(wěn)定可靠的水導(dǎo)激光加工解決方案，助力提升先進(jìn)制造業(yè)的精密加工能力與效率。
水導(dǎo)激光切割技術(shù)在金剛石精密加工中的發(fā)展?jié)摿薮螅孕柙谏钊肜斫獠牧咸匦耘c加工機(jī)制的基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)工藝和優(yōu)化設(shè)備，進(jìn)一步提升切割效率和加工質(zhì)量，滿足未來(lái)高端制造對(duì)超硬材料加工的嚴(yán)苛要求。
參考來(lái)源：
1.孫博宇等：水導(dǎo)激光切割技術(shù)研究現(xiàn)狀
2.張曉宇等：面向金剛石材料高質(zhì)量激光加工方法和研究進(jìn)展
3.晟光硅研、中科煜宸激光、冷辰科技、飛納科技、科詩(shī)特、光電匯OESHOW、激光制造網(wǎng)LaserfairCom
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/石語(yǔ)）
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