水导激光加工技术：新一代精密切割的利器

KD700是一款三轴精密水导激光加工中心。基于Kwong-tech受专利保护的水导激光技术，高功率激光束被耦合进比人的头发丝还细的水射流中(30-80um) 并被引导至工件上进行切割或打孔。这束水射流既可以作为激光束的“引导器”，又可以冷却工件，以确保切割断面干净无热影响区。

一、水导激光加工技术工作原理

水导激光加工技术(WJGL)是一种混合加工方法，它将激光与“细如发丝”的水射流相结合，以类似于传统光纤的方式通过全内反射精确引导激光束，水射流可以持续冷却切割区域并有效地清除碎屑。作为一种“清洁、受控的冷激光技术”，WJGL技术解决了干式激光加工技术存在的重大问题，如热损伤、污染、变形、碎屑沉积、氧化、微裂纹、锥度和精度低。

二、水导激光切割技术

1、技术指标

激光器：

（1）脉冲持续时间在us或ns范围内的二极管泵浦固态脉冲Nd:YAG激光器，工作波长为1064、532或355nm。

（2）平均激光功率范围为20-400W。

超纯水：

（1）系统含自带水处理系统、纯净的去离子过滤水。

（2）水射流"细如发丝"，耗水量低:在50-800 bar 压力下约10L/h;对工件施加的作用力可以忽略不计(<0.1N)。

喷嘴：

（1）喷嘴由蓝宝石或金刚石制成，可以在很长一段时间内产生长而稳定的水射流，而且无需更换。

（2）直径范围:25-100 um。切割切口宽度范围为27-100um，具体取决于喷嘴尺寸。激光能量总是被引导到切口的底部。

2、技术比较 

水导激光加工技术采用在空气-水界面完全反射的激光束。光束可以被引导超过 100 mm 的距离，从而实现平行的高纵横比切口。无需对焦或距离控制。

加热、消融和冷却在每个激光脉冲中重复。在下一个激光脉冲发射前，激光烧蚀位置已被冷却至正常水温。该过程实现了约1%时间的激光加工和高达99%时间的冷却。

3、技术优势

（1）超细水束流，无需对焦的高精密加工

（2）大能量的纳秒激光，可实现高效加工

（3）水束流冷却作用，避免热损伤

（4）水束流冲刷作用，提高加工表面质

4、加工材料   

钻石：原石和合成钻石(CVD、HPHT)

金属：不锈钢、铝、铍铜、铜、黄铜、金、形状记忆合金(镍钛诺)、钛、镍、高温合金

超硬材料：多晶立方氮化硼(PCBN)、多晶金刚石(PCD)、单晶金刚石(SCD)

陶瓷：氧化锆(ZRO2)、氮化铝 (ALN)、氧化铝 (AL203)、氮化硅 (SIN)

半导体：硅(SI)、砷化镓(GAAS)、碳化硅 (SIC)

复合材料：陶瓷基复合材料(CMC)、金刚石复合材料、碳纤维增强复合材料

5、应用领域及行业应用

（1）航天航空

航空航天领域对于零件的加工质量和加工精度有着严格的要求,其应用的材料往往具有难加工的特性，对于传统加工技术有着一定的考验。水导激光技术利用水射流传导激光、具有热影响区小、切割表面锥度小、加工精度高等特点，可以在一定程度上解决当前航空航天领域的加工难题。

例如：航空发动机热端部件加工、涡轮叶片气膜冷却孔加工、陶瓷基复合材料(CMC)叶片的加工、航空/航天 CFRP复材结构件加工等。

（2）电子信息

水导激光适用于SI、SIC等硬脆材料的加工，不仅可以避免机械加工造成的材料损伤，而且可以减少激光加工造成的热影响和熔融残渣等问题，极其适用于电子信息领域材料的加工。

例如：微电子晶片划片、晶圆切割、刻蚀机等离子限制环、等离子槽切割、人造金刚石切割、单晶钻石切割打孔等。

（3）珠宝行业

水导激光在切割过程中微水射流持续对切割区域进行冷却，可以显著降低宝石切割损坏的风险，并且切割后表面基本没有锥度，可以在最大程度上节约原材料，提高宝石的利用率。

例如：天然钻石宝石的切割及其他加工。