中国粉体网讯 在材料加工的前沿领域，金刚石以其无与伦比的硬度和独特性能，成为众多高端产业的“心头好”。然而，它的超硬特性也给加工带来了极大挑战。目前，金刚石的切割方式主要包括水刀切割、电火花切割和激光切割。与其他切割方式相比，激光切割具备无接触、高效、切缝小和热影响区小等独特优势，成为加工金刚石的理想方法。而相较于传统机械加工和其他激光加工方式，水导激光技术在保持材料完整性和提高加工质量方面表现得更加出色。
水导激光在金刚石零部件的应用
01 水导激光切割
水导激光切割技术，又称激光微射流技术（Laser MicroJet，LMJ），是一项以水射流引导激光束对待加工工件进行切割的复合加工技术。由于水和空气的折射率不同，在激光束以一定角度照射在水与空气交界面时，如果入射角小于全反射临界角，激光会发生全反射而不会透射出去，这就使激光能量始终被限制在水束中从而使激光沿水束的方向进行传播。
激光经过凸透镜聚焦后通过石英玻璃窗体进入到耦合水腔，通过调整聚焦透镜与小孔喷嘴之间的距离，使激光焦点刚好处于小孔喷嘴上表面中心，然后进入稳定的水射流中，利用水与空气折射率的不同，在水射流中发生全反射，类似于传统玻璃光纤的传播方式。加工时，聚焦到喷嘴位置的激光束由高压水束引导传输到工件表面。
水导激光切割加工的基本原理
水导激光切割与传统激光切割相比有以下几个优势：
（1）不会产生热损伤，这是因为喷射的水流可以在激光脉冲间隙冷却材料，极大地降低材料的热变形和热损伤，使材料保持其原来结构；
（2）水光纤工作距离大，不需要聚焦；
（3）喷射水流会在切割过程中带走熔融的材料，减少了污染物；
（4）加工精度高于传统的激光加工精度，特别适用于薄壁件的高精度加工。
激光切割与水导激光切割的加工示意图.（a）传统激光（热损伤区大），（b）水导激光（热损伤区极小）
02 水导激光发展现状
在全球范围，水导激光相关的核心产品目前主要来自于两家瑞士公司—Synova和AVonisys公司，前者采用绿光激光器，后者采用红外激光器。而我国在水导激光装备开发方面相对国际先进水平还有较大差距，同时，缺乏成熟稳定的设备也制约了相关行业加工技术的发展。
Synova公司水导激光设备技术在世界范围内处于领导地位，已向各国提供了数百台商业化的加工设备，分布在美国、欧洲、日本、中国等地。
为了加快水导激光技术在国内的发展，推动技术应用及产业化，此前，南京中科煜宸与Synova签订了战略合作协议，成为其在中国航空、航天及透平机械领域的独家代理以及全球技术合作伙伴，共同开发水导激光加工专业化装备，拓展新的功能用途。华工激光与Synova成立合资公司，将Synova三十多年技术沉淀，与华工激光在智能装备与先进制造领域的产业化、全球化优势深度融合，围绕水导激光工业化应用的国产化进程，重点突破“卡脖子”难题，推动技术向自动化、智能化升级，加速新质生产力新兴产业发展。
03 国内部分水导激光企业
西安晟光硅研
西安晟光硅研半导体科技有限公司成立于2021年2月，主要从事微射流激光先进技术设备的研发和制造，已通过数家中国航空航天材料、技术研究院的验证并获得订单，全面进入批量应用前工艺匹配阶段。公司聚焦硬、脆、贵材料的传统加工瓶颈，已拓展覆盖领域包括但不局限于：碳化硅、氮化镓晶体、超宽禁带半导体材料（金刚石/氧化镓）、航空航天特种材料、LTCC碳陶基板、光伏、闪烁晶体等，致力成为硬脆材料加工全国领军者，为中国半导体、航空事业发展插上“硬”翅膀。
微射流激光技术产品及金刚石衬底切片，图源：晟光硅研
南京中科煜宸
南京中科煜宸激光技术有限公司提供水导激光加工服务全流程解决方案，已与国内数百家客户建立了水导激光加工服务合作。现已发布五款（RJ系列：RJ203、RJ205、RJ305、RJ505、RJ1005）标准型水导激光加工设备，覆盖了科研、航空航天和一般工业市场上主流的小、中、大型零件的加工能力。
公司工艺团队通过近三年的工艺开发和积累，已建立多金属（铝合金、不锈钢、钛合金、高温合金、铜合金）、复合材料（CFRP、CMC）、带热障涂层的单晶高温合金（TBC）、半导体/陶瓷（SIC、ALN、ZrO2、SIN）、金刚石以及多种脆硬材料（磁钢、钨钢）等材料的工艺数据库，先后突破金属表面粗糙度质量提升和高效加工、复合材料无烧蚀高效加工、热障涂层大倾角和深径比微孔高效加工、大深度金刚石切片、大深度磁钢和陶瓷高效切割等多项技术难题。
RJ系列水导激光加工装备，图源：中科煜宸激光
冷辰科技
自2023年2月成立以来，上海冷辰科技有限公司的核心定位就是一家水导激光设备研发制造商。在短短半年内就完成了水导激光实验机型的开发，完成金刚石材料、SiC（碳化硅）材料的样品切割试验。目前公司正努力尝试在水导激光领域取得突破，争取实现国产化。
WGL3-150是一款通用型水导激光精密加工设备，可用于切割、钻孔、开槽和雕刻等，标配了多种自动化辅助系统，包括微米级CCD对齐系统，水柱自动校正装置和激光功率检测系统等。
WGL3-150水导激光加工设备，图源：冷辰科技
科诗特
东莞市科诗特技术有限公司成立于2022年1月，是一家集研发、生产、销售于一体的、底蕴深厚的高科技企业。公司专注于水导激光设备及工艺研发、生产、销售，以突破国外卡脖子技术，实现制造装备的国产化替代。
科诗特的水导激光加工设备（左图：CAT-SD11；右图：CAT-SD21），图片来源：科诗特
科诗特水导激光技术在多个领域都有广泛的应用：精密陶瓷零部件加工方面，水导激光技术解决了传统加工方法无法加工直角、异形、超薄件等难题；金刚石加工方面，实现了对单晶金刚石的精确切割，实现切缝窄、切割表面粗糙度小（Ra≤1μm），无锥度且加工效率高等特点；在航空航天领域，主要解决EDM钻孔技术无法加工带有不导电热障涂层的航空发动机涡轮叶片以及传统机械加工时又会导致涂层脱落的问题，从而保证加工中孔径一致性及位置的准确性。
水导激光多晶金刚石切槽（左）和金刚石切片（右），图源：科诗特
宁波飞纳激光
宁波飞纳激光科技有限公司专注于水导激光精密微加工，致力于半导体和硬脆材料切割加工全套方案自主研发。依托先进激光器技术、高精度运动控制技术及工艺优势，聚焦半导体、金刚石、航空航天等领域，为超薄、超硬等各类材料提供激光加工解决方案和技术服务。
水导激光切割设备及金刚石切片，图源：飞纳激光
鑫泓光科技
鑫泓光（武汉）科技有限公司是一家专注于水导激光设备研发与生产的高科技企业，总部坐落于中国光电子产业的核心地带——武汉光谷。公司拥有深厚的技术根基，其核心团队依托于武汉光谷实验室，国家激光工程中心，拥有激光技术领域顶尖专家力量，为公司的技术创新与产品研发提供了坚实的学术支撑和方向引领。鑫泓光科技以“创新驱动、精益制造”为理念，专注于为客户提供性能卓越、稳定可靠的水导激光加工解决方案，助力提升先进制造业的精密加工能力与效率。
水导激光切割技术在金刚石精密加工中的发展潜力巨大，但仍需在深入理解材料特性与加工机制的基础上，不断改进工艺和优化设备，进一步提升切割效率和加工质量，满足未来高端制造对超硬材料加工的严苛要求。
参考来源：
1.孙博宇等：水导激光切割技术研究现状
2.张晓宇等：面向金刚石材料高质量激光加工方法和研究进展
3.晟光硅研、中科煜宸激光、冷辰科技、飞纳科技、科诗特、光电汇OESHOW、激光制造网LaserfairCom
（中国粉体网编辑整理/石语）
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