水噴射引導(dǎo)的激光技術(shù)

液體噴射又稱為水噴射引導(dǎo)的激光技術(shù)已有30多年的歷史了，但在其他應(yīng)用更廣泛的激光技術(shù)中，似乎仍然是一個奇特的存在。最近有些單位進行了大量的技術(shù)開發(fā)工作，以努力將液體噴射導(dǎo)向激光器的范圍擴展，逐漸實現(xiàn)24/7的工業(yè)應(yīng)用中。已經(jīng)成功開發(fā)了激光頭和激光耦合方法，可以使用現(xiàn)代的高性能光纖激光源，并有效地將數(shù)千瓦的功率釋放到微小的水刀中。此外，該技術(shù)的操作和維護程序已大大簡化，提供了用戶友好的體驗。

Laser MicroJet（LMJ）是一種混合加工方法，將激光與“細細的”水射流結(jié)合在一起，該水射流通過全內(nèi)反射以與常規(guī)光纖類似的方式精確地引導(dǎo)激光束。水刀不斷冷卻切割區(qū)并有效清除碎屑。作為“冷，清潔和受控的激光器”，LMJ技術(shù)解決了與干激光器相關(guān)的重大問題，例如熱損傷，污染，變形，碎屑沉積，氧化，微裂紋和錐度。



常規(guī)激光束與MicroJet激光束的比較 左：由于光束發(fā)散，常規(guī)的聚焦激光束的工作距離有限，一般僅為幾毫米甚至幾分之一毫米。這不僅需要精確的聚焦和距離控制，而且還限制了切縫寬度與深度的比率（limits the ratio of kerf width to depth）。 右：LMJ技術(shù)采用在空氣-水界面處完全反射的激光束。光束傳輸距離長達10 cm的距離，從而實現(xiàn)平行的高縱橫比切縫（enabling parallel high aspect ratio kerfs）。無需聚焦或距離控制（No focusing or distance control is required）。

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主要的核心部件： 激光器：

二極管泵浦固態(tài)脈沖Nd：YAG激光器，其脈沖持續(xù)時間在微秒或納秒范圍內(nèi)，工作于1064 nm或532 nm；

平均激光功率范圍為20 W至400 W。

水流要求

去離子純水和過濾水；

噴射的水流直徑非常細，耗水量低：約為每小時10升（50 -800 bar壓力下）；

施加的合力可以忽略不計（<0.1 N）。

噴嘴的要求

由藍寶石或鉆石制成的噴嘴，使用超硬材料可以實現(xiàn)長期的穩(wěn)定的水射流；

直徑范圍：20-100 μm。

“水刀”和激光在切割方面本身就各自有優(yōu)勢，用微流引導(dǎo)激光應(yīng)該是較為實用的一種方法。曾經(jīng)還有液態(tài)纖芯的光纖，盡管也由于自身的問題，沒有真正找到應(yīng)用，但是固（實芯光纖）、液（液體纖芯）、氣（空芯光纖）的形態(tài)給工業(yè)提供了更多的應(yīng)用選擇！

審核編輯：劉清