中國粉體網訊 在材料加工的前沿領域，金剛石以其無與倫比的硬度和獨特性能，成為眾多高端產業的“心頭好”。然而，它的超硬特性也給加工帶來了極大挑戰。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，激光切割具備無接觸、高效、切縫小和熱影響區小等獨特優勢，成為加工金剛石的理想方法。而相較于傳統機械加工和其他激光加工方式，水導激光技術在保持材料完整性和提高加工質量方面表現得更加出色。
水導激光在金剛石零部件的應用
01 水導激光切割
水導激光切割技術，又稱激光微射流技術（Laser MicroJet，LMJ），是一項以水射流引導激光束對待加工工件進行切割的復合加工技術。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，如果入射角小于全反射臨界角，激光會發生全反射而不會透射出去，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行傳播。
激光經過凸透鏡聚焦后通過石英玻璃窗體進入到耦合水腔，通過調整聚焦透鏡與小孔噴嘴之間的距離，使激光焦點剛好處于小孔噴嘴上表面中心，然后進入穩定的水射流中，利用水與空氣折射率的不同，在水射流中發生全反射，類似于傳統玻璃光纖的傳播方式。加工時，聚焦到噴嘴位置的激光束由高壓水束引導傳輸到工件表面。
水導激光切割加工的基本原理
水導激光切割與傳統激光切割相比有以下幾個優勢：
（1）不會產生熱損傷，這是因為噴射的水流可以在激光脈沖間隙冷卻材料，極大地降低材料的熱變形和熱損傷，使材料保持其原來結構；
（2）水光纖工作距離大，不需要聚焦；
（3）噴射水流會在切割過程中帶走熔融的材料，減少了污染物；
（4）加工精度高于傳統的激光加工精度，特別適用于薄壁件的高精度加工。
激光切割與水導激光切割的加工示意圖.（a）傳統激光（熱損傷區大），（b）水導激光（熱損傷區極�。�
02 水導激光發展現狀
在全球范圍，水導激光相關的核心產品目前主要來自于兩家瑞士公司—Synova和AVonisys公司，前者采用綠光激光器，后者采用紅外激光器。而我國在水導激光裝備開發方面相對國際先進水平還有較大差距，同時，缺乏成熟穩定的設備也制約了相關行業加工技術的發展。
Synova公司水導激光設備技術在世界范圍內處于領導地位，已向各國提供了數百臺商業化的加工設備，分布在美國、歐洲、日本、中國等地。
為了加快水導激光技術在國內的發展，推動技術應用及產業化，此前，南京中科煜宸與Synova簽訂了戰略合作協議，成為其在中國航空、航天及透平機械領域的獨家代理以及全球技術合作伙伴，共同開發水導激光加工專業化裝備，拓展新的功能用途。華工激光與Synova成立合資公司，將Synova三十多年技術沉淀，與華工激光在智能裝備與先進制造領域的產業化、全球化優勢深度融合，圍繞水導激光工業化應用的國產化進程，重點突破“卡脖子”難題，推動技術向自動化、智能化升級，加速新質生產力新興產業發展。
03 國內部分水導激光企業
西安晟光硅研
西安晟光硅研半導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技術設備的研發和制造，已通過數家中國航空航天材料、技術研究院的驗證并獲得訂單，全面進入批量應用前工藝匹配階段。公司聚焦硬、脆、貴材料的傳統加工瓶頸，已拓展覆蓋領域包括但不局限于：碳化硅、氮化鎵晶體、超寬禁帶半導體材料（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領軍者，為中國半導體、航空事業發展插上“硬”翅膀。
微射流激光技術產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有限公司提供水導激光加工服務全流程解決方案，已與國內數百家客戶建立了水導激光加工服務合作�，F已發布五款（RJ系列：RJ203、RJ205、RJ305、RJ505、RJ1005）標準型水導激光加工設備，覆蓋了科研、航空航天和一般工業市場上主流的小、中、大型零件的加工能力。
公司工藝團隊通過近三年的工藝開發和積累，已建立多金屬（鋁合金、不銹鋼、鈦合金、高溫合金、銅合金）、復合材料（CFRP、CMC）、帶熱障涂層的單晶高溫合金（TBC）、半導體/陶瓷（SIC、ALN、ZrO2、SIN）、金剛石以及多種脆硬材料（磁鋼、鎢鋼）等材料的工藝數據庫，先后突破金屬表面粗糙度質量提升和高效加工、復合材料無燒蝕高效加工、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技術難題。
RJ系列水導激光加工裝備，圖源：中科煜宸激光
冷辰科技
自2023年2月成立以來，上海冷辰科技有限公司的核心定位就是一家水導激光設備研發制造商。在短短半年內就完成了水導激光實驗機型的開發，完成金剛石材料、SiC（碳化硅）材料的樣品切割試驗。目前公司正努力嘗試在水導激光領域取得突破，爭取實現國產化。
WGL3-150是一款通用型水導激光精密加工設備，可用于切割、鉆孔、開槽和雕刻等，標配了多種自動化輔助系統，包括微米級CCD對齊系統，水柱自動校正裝置和激光功率檢測系統等。
WGL3-150水導激光加工設備，圖源：冷辰科技
科詩特
東莞市科詩特技術有限公司成立于2022年1月，是一家集研發、生產、銷售于一體的、底蘊深厚的高科技企業。公司專注于水導激光設備及工藝研發、生產、銷售，以突破國外卡脖子技術，實現制造裝備的國產化替代。
科詩特的水導激光加工設備（左圖：CAT-SD11；右圖：CAT-SD21），圖片來源：科詩特
科詩特水導激光技術在多個領域都有廣泛的應用：精密陶瓷零部件加工方面，水導激光技術解決了傳統加工方法無法加工直角、異形、超薄件等難題；金剛石加工方面，實現了對單晶金剛石的精確切割，實現切縫窄、切割表面粗糙度�。≧a≤1μm），無錐度且加工效率高等特點；在航空航天領域，主要解決EDM鉆孔技術無法加工帶有不導電熱障涂層的航空發動機渦輪葉片以及傳統機械加工時又會導致涂層脫落的問題，從而保證加工中孔徑一致性及位置的準確性。
水導激光多晶金剛石切槽（左）和金剛石切片（右），圖源：科詩特
寧波飛納激光
寧波飛納激光科技有限公司專注于水導激光精密微加工，致力于半導體和硬脆材料切割加工全套方案自主研發。依托先進激光器技術、高精度運動控制技術及工藝優勢，聚焦半導體、金剛石、航空航天等領域，為超薄、超硬等各類材料提供激光加工解決方案和技術服務。
水導激光切割設備及金剛石切片，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激光設備研發與生產的高科技企業，總部坐落于中國光電子產業的核心地帶——武漢光谷。公司擁有深厚的技術根基，其核心團隊依托于武漢光谷實驗室，國家激光工程中心，擁有激光技術領域頂尖專家力量，為公司的技術創新與產品研發提供了堅實的學術支撐和方向引領。鑫泓光科技以“創新驅動、精益制造”為理念，專注于為客戶提供性能卓越、穩定可靠的水導激光加工解決方案，助力提升先進制造業的精密加工能力與效率。
水導激光切割技術在金剛石精密加工中的發展潛力巨大，但仍需在深入理解材料特性與加工機制的基礎上，不斷改進工藝和優化設備，進一步提升切割效率和加工質量，滿足未來高端制造對超硬材料加工的嚴苛要求。
參考來源：
1.孫博宇等：水導激光切割技術研究現狀
2.張曉宇等：面向金剛石材料高質量激光加工方法和研究進展
3.晟光硅研、中科煜宸激光、冷辰科技、飛納科技、科詩特、光電匯OESHOW、激光制造網LaserfairCom
（中國粉體網編輯整理/石語）
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