在如今的制造業(yè)中，追求高精度、高效率、低成本的加工方式已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)。而水導(dǎo)激光技術(shù)的出現(xiàn)，如同在平靜的湖面投下一顆石子，激起了層層漣漪，為傳統(tǒng)加工方式帶來(lái)了顛覆性的變革。
一、什么是水導(dǎo)激光
水導(dǎo)激光，顧名思義，就是利用水作為媒介引導(dǎo)激光進(jìn)行加工的一種技術(shù)。它巧妙地結(jié)合了激光加工的高精度、深聚焦以及水射流加工的柔性、冷卻等優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造出一種兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的新型加工方式。
在水導(dǎo)激光加工中，激光能量并不像“干激光”那樣直接作用于工件表面，而是通過(guò)水流傳遞至工件。水流在這里可視作一根玻璃光纖，激光在水流中以類似光纖傳導(dǎo)的方式精確、高效地被傳輸至指定區(qū)域。一旦穩(wěn)定的水射流與工件表面接觸，水射流引導(dǎo)的激光能量便會(huì)被材料表面吸收，從而引發(fā)燒蝕區(qū)域的材料熔化、蒸發(fā)。在此過(guò)程中，水射流的沖擊力遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)水射流加工，水流的主要作用是傳導(dǎo)激光，同時(shí)帶走加工產(chǎn)生的廢料，并保持工件表面處于較低溫狀態(tài)，以保護(hù)其結(jié)構(gòu)不受損傷。穩(wěn)定的水射流在不超過(guò)水的擊穿閾值的情況下，能夠耦合不同波長(zhǎng)和脈寬的激光，并在適當(dāng)?shù)墓ぷ骶嚯x內(nèi)作用于多種材質(zhì)的工件表面，從而滿足廣泛的生產(chǎn)需求。
二、水導(dǎo)激光的工作原理
1、激光與水界面的相互作用：
激光從空氣進(jìn)入水介質(zhì)時(shí)，會(huì)經(jīng)歷折射、散射和反射等過(guò)程，水的折射率使激光在界面上得到控制，有助于減少激光束的發(fā)散，從而確保能量能夠集中傳遞至工件。同時(shí)水與激光相互作用的這種特性可以避免激光在空氣中傳輸時(shí)能量的過(guò)多衰減。
2、水流內(nèi)的激光模態(tài)控制：
由于激光在水射流中傳播時(shí)，水流的形態(tài)、速度和厚度會(huì)影響激光束的模態(tài)。通過(guò)控制水流的流速和形態(tài)，可以調(diào)節(jié)激光的模式，從而影響激光的焦點(diǎn)和分布。對(duì)激光模態(tài)的精確控制可以進(jìn)一步優(yōu)化能量在工件上的分布，以滿足微結(jié)構(gòu)的加工需求。
3、液體介質(zhì)對(duì)激光波形的優(yōu)化：
在水導(dǎo)激光中，水介質(zhì)具有一定的自愈合能力，能在激光脈沖間隔期間快速恢復(fù)傳輸通道。特別是對(duì)于高頻脈沖激光，水射流的自愈特性確保了激光束的穩(wěn)定傳輸，同時(shí)避免了高頻激光對(duì)水流形態(tài)的損耗影響。
三、水導(dǎo)激光的優(yōu)勢(shì)
1、高精度： 水流引導(dǎo)激光束到達(dá)目標(biāo)位置，有效減少激光散射，提高加工精度，可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)加工。
2、深聚焦： 水流對(duì)激光束的引導(dǎo)作用，可以突破空氣介質(zhì)的限制，實(shí)現(xiàn)更深焦距的激光加工。
3、無(wú)毛刺： 高速水流的沖刷作用，可以去除加工過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺，提高表面質(zhì)量。
4、適用范圍廣： 可以加工金屬、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等多種材料，尤其適用于傳統(tǒng)激光難以加工的材料，如鈦合金、鎳基合金等。
5、環(huán)保高效： 水是良好的冷卻劑和潤(rùn)滑劑，可以提高加工效率，降低能耗，并且水可循環(huán)利用，更加環(huán)保。
水導(dǎo)激光技術(shù)的出現(xiàn)，為制造業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，水導(dǎo)激光的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越廣泛，為推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。
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