隨著全球化競爭加劇及行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，高精度、高效能加工技術日益重要，其中水導激光加工技術受到越來越多關注。在航空航天、電子制造、醫(yī)療器械以及汽車工業(yè)等高端制造領域，材料的精良度極其重要，傳統(tǒng)加工手段難以適應，但水導激光技術憑借其獨特優(yōu)勢，已成為應對這些挑戰(zhàn)的佳選，能夠有效地進行各種戰(zhàn)略新興領域中半導體材料、陶瓷、金剛石、熱障涂層、硬質(zhì)合金和復合材料的高精度切割和鉆孔加工，且具備大規(guī)模應用的巨大潛力。
水導激光的基本原理是利用水束全反射引導激光光源。激光束經(jīng)由透鏡聚焦至耦合水腔底部的噴嘴，與極細的水束耦合后，在水束與空氣交界處產(chǎn)生全反射（即形成水光纖），從而實現(xiàn)激光傳輸。激光束照射到工件表面時，會以熔融和氣化的方式去除材料。水導激光加工技術通過改良和創(chuàng)新傳統(tǒng)激光加工和水射流切割技術，以其高能量密度和高精度特性，在高端制造業(yè)中展現(xiàn)出廣泛的應用前景。
一、水導激光加工技術的優(yōu)勢
1、水導激光能避免機械應力造成的損壞
相較于傳統(tǒng)機械切割工具，硬脆性材料的高硬度使其更易磨損并產(chǎn)生裂紋。然而，水導激光采用非接觸式切割方式，消除了硬度對工具的磨損影響。由于水流可引導激光束路徑，水導激光能夠精準切割如陶瓷和碳化硅這樣的硬質(zhì)材料，確保切割精度及完整性。
2、水導激光規(guī)避熱損傷
硬脆性材料在高溫下極易出現(xiàn)熱損傷和變形，而這些微小變化勢必影響材料性能。水導激光巧妙運用水流導向，實現(xiàn)激光與水流雙重降溫，大大減小熱影響區(qū)。由此，切割過程中的裂紋和變形得以避免，確保材料結構穩(wěn)定及力學性能不受影響。
3、水導激光能精簡二次加工流程
考慮到硬脆性材料的脆性特點，傳統(tǒng)加工方法常導致毛刺、裂紋和表面粗糙等問題，從而影響材料使用效果。然而，借助水流冷卻和切割過程中的精細掌控，水導激光確保切口平整光滑，極大程度簡化術后拋光或打磨等二次加工。
4、水導激光更加環(huán)保且安全
與傳統(tǒng)工藝相比，硬脆性材料切割過程中易產(chǎn)生大量粉塵，無疑對環(huán)境和人體健康構成威脅。而水導激光通過水流冷卻，完全不產(chǎn)生粉塵，采用水流帶走細微碎屑，保證工作區(qū)域清潔衛(wèi)生。因此，對于諸如醫(yī)療設備制造、半導體加工等行業(yè)，水導激光無疑提供了符合環(huán)保要求的高效加工解決方案。
5、水導激光具有廣泛的適用性
科技日新月異，各式各樣的新型材料層出不窮，這些材料可能具備特殊的物理、化學性質(zhì)，難以用傳統(tǒng)工藝進行加工。得益于水導激光靈活的加工模式和高度的適應能力，它能加工多種不同硬度、脆性的新型材料，表現(xiàn)出色。
二、以下是水導激光在高精度高效加工硬脆性材料方面的應用實例：
1、磁鋼加工
請見圖所示，該圖展示了厚度為3~4mm且外表鍍鎳的磁鐵經(jīng)加工后截面對比及截面微觀組織細部。
2、硅片加工與質(zhì)量檢測
(1)切槽
如圖所示，厚度為2mm的硅片切槽寬度為80μm，其截面及表面形貌清晰可見。值得注意的是，切槽表面無熔渣，無明顯熱影響區(qū)。
圖則展示了對同一硅片進行切槽截面檢測的結果，其中線粗糙度為5.878μm，面粗糙度為4.331μm。
(2)切圓
如圖所示，厚度為1mm的硅片上加工出直徑為2~4mm的通孔，其切圓形貌清晰可見。
圖則詳細展示了對上述切圓/通孔形貌特征的檢測結果，包括熱影響區(qū)范圍約為2~5μm，以及線粗糙度為7.649μm。
3、硬質(zhì)PCB板加工
如圖所示，硬質(zhì)PCB板經(jīng)過加工后，斷面平整，無明顯熱影響區(qū)（成功解決了傳統(tǒng)激光加工易導致產(chǎn)品發(fā)黑的問題）。
4、陶瓷加工
如圖所示，陶瓷加工出方形槽和圓孔。
5、輕質(zhì)碳纖維復合材料（CFRP）加工
如圖所示，CFRP經(jīng)加工后，切斷面展示。
