水導激光加工技術，又稱激光微射流技術，是一種將高能激光與高壓微水束完美結合的先進加工方法。其核心原理基于光的全內反射現(xiàn)象，利用水和空氣的折射率差異，使激光束在水束中穩(wěn)定傳輸，如同在光纖中傳播一般。這項技術不僅實現(xiàn)了高精度、低熱損傷的材料加工，還解決了傳統(tǒng)激光加工中熱影響區(qū)大、表面質量差等難題，在航空航天、半導體、醫(yī)療器械等高端制造領域展現(xiàn)出巨大潛力。
一、技術起源
1、早期探索（1986-1991）
水導激光技術的起源可追溯至20世紀80年代。1986年，德國Aesculap-Werke AG公司首次提出將水流引入激光切割過程的創(chuàng)新構想，嘗試在光纖出口添加一小柱水流以冷卻加工區(qū)域。盡管這一初代設備僅實現(xiàn)了簡單的水-光結合，激光與水的耦合效果有限，未能形成穩(wěn)定的加工能力，但為后續(xù)研究奠定了基礎。
1991年，瑞士Lasag AG公司在前者基礎上取得關鍵突破。他們通過優(yōu)化光學設計，將激光聚焦于噴嘴中，使激光與高壓微水束實現(xiàn)更有效的耦合，首次實現(xiàn)了激光在水束中的穩(wěn)定傳輸。這一改進標志著真正意義上的水導激光技術雛形的誕生，激光能量利用率和加工穩(wěn)定性顯著提升。
2、理論奠基與產業(yè)化（1993-1997）
1993年，瑞士科學家Bernold Richerzhagen在攻讀博士學位期間，針對牙科激光治療設備的能量傳輸問題，提出了水射流引導激光的系統(tǒng)性理論。他發(fā)現(xiàn)，當激光以特定角度射入水-空氣界面時，會發(fā)生全內反射，使激光能量被限制在水束中傳輸，同時高速水流可實時冷卻加工區(qū)域并清除碎屑。這一發(fā)現(xiàn)解決了激光加工中的熱損傷難題，尤其適用于牙齒等熱敏性材料的精密加工。
基于這一理論，Richerzhagen于1994年申請專利，并于1997年創(chuàng)立Synova公司，推出全球首臺商用化水導激光加工設備。該設備采用1064nm波長激光，配合直徑50-120μm的水射流，實現(xiàn)了對金屬、陶瓷等材料的高精度切割，標志著水導激光技術正式進入工業(yè)化應用階段。
二、技術原理
水導激光技術的核心在于激光與水射流的耦合傳輸。具體過程如下：
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激光產生：高功率脈沖激光器（常用1064nm、532nm或355nm波長）生成能量集中的激光束；
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光束聚焦：激光通過光纖耦合至透鏡系統(tǒng)，聚焦于噴嘴入口處；
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水射流形成：高壓水泵將去離子水加壓至10-100bar，從藍寶石噴嘴噴射出直徑20-100μm的穩(wěn)定層流水束；
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全內反射傳輸：激光以小于臨界角的角度射入水束，在水-空氣界面發(fā)生全內反射，沿水束軸向傳輸至加工表面；
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材料去除：激光能量被材料吸收后產生熔化/氣化，高速水流同步?jīng)_刷碎屑，形成高精度切縫。
這一過程中，水束同時扮演"光纖"、"冷卻劑"和"清潔工具"三重角色，實現(xiàn)了無熱損傷、無毛刺的精密加工。
三、關鍵突破與技術優(yōu)勢
1、核心技術創(chuàng)新
低損傷加工：水流實時冷卻使熱影響區(qū)（HAZ）小于1μm，解決傳統(tǒng)激光加工的材料變形問題；
高精度控制：切割精度達±1.5μm，切口寬度25-100μm，滿足微電子行業(yè)需求；
材料適應性廣：從金屬合金到脆性材料（如碳化硅、金剛石）均能高效加工。
2、產業(yè)里程碑
Synova公司在2000年后持續(xù)推動技術迭代，推出LMJ-1000系列設備，將水導激光應用拓展至航空發(fā)動機渦輪葉片冷卻孔加工、半導體晶圓切割等高端領域。2021年后，庫維科技逐步完成了水導激光加工技術和裝備的國產化，并在專業(yè)領域達到了國際水平，先后形成了10余項與水導激光核心技術有關的自主知識產權專利，其中包括獨特的如高功率激光耦合方法，空氣噴射保護系統(tǒng)和易于維護的激光耦合單元設計等專利技術。
如今，這項技術已成為航空航天、半導體等戰(zhàn)略產業(yè)的關鍵加工手段，其發(fā)展歷程印證了"跨界融合"對科技創(chuàng)新的推動作用——當激光遇上水射流，不僅誕生了一項新技術，更開啟了精密制造的新紀元。
