水導(dǎo)激光加工技術(shù)：高端裝備精密加工領(lǐng)域的創(chuàng)新突破

    在航空航天、汽車制造、生物醫(yī)療等高端制造領(lǐng)域快速發(fā)展的背景下，航空發(fā)動(dòng)機(jī)耐熱部件、集成電路半導(dǎo)體晶圓、心血管支架等關(guān)鍵部件的加工精度與質(zhì)量要求日趨嚴(yán)苛。傳統(tǒng)機(jī)械加工與激光加工在加工質(zhì)量、效率等方面存在局限，難以滿足高質(zhì)高效的加工需求。在此背景下，水導(dǎo)激光加工技術(shù)（WJGL）作為一種新型激光復(fù)合加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，哈爾濱工業(yè)大學(xué)楊立軍教授團(tuán)隊(duì)對(duì)該技術(shù)的系統(tǒng)性研究，為其發(fā)展與應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。

    技術(shù)原理與設(shè)備構(gòu)成：光-水耦合的精密協(xié)同

    水導(dǎo)激光加工技術(shù)的核心特征在于其基于全反射原理的工作機(jī)制：將光束限制在微細(xì)水射流內(nèi)部形成耦合能束，通過水射流將激光能量精準(zhǔn)傳輸至工件表面，實(shí)現(xiàn)非接觸式加工。該技術(shù)具有無嚴(yán)重?zé)崛毕?、工作距離長、加工深徑比大、加工精度高等顯著優(yōu)勢。

    水導(dǎo)激光加工裝備構(gòu)成精密工程體系，主要包含光學(xué)系統(tǒng)、水射流發(fā)生系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、耦合系統(tǒng)及可視化耦合調(diào)節(jié)系統(tǒng)等關(guān)鍵部分。其中，水射流發(fā)生系統(tǒng)除常規(guī)穩(wěn)壓供水裝置外，需配備反滲透裝置、真空除氣裝置等水凈化設(shè)備，以滿足技術(shù)對(duì)水質(zhì)的極高要求；光源選擇需基于水對(duì)不同波長激光的吸收特性，減少水下能量損失，而光路整形技術(shù)是提高加工功率的關(guān)鍵路徑；耦合系統(tǒng)采用垂直放置設(shè)計(jì)，可避免水射流因重力發(fā)生彎曲導(dǎo)致激光逸散，保障耦合效率；輔助氣體則能延長耦合能束長度，并消除反沖水對(duì)傳輸過程的干擾，進(jìn)一步確保能量傳輸穩(wěn)定性。

    技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用場景：突破傳統(tǒng)加工局限

    相較于電火花加工（EDM）、常規(guī)激光加工（LBM）等傳統(tǒng)技術(shù)，水導(dǎo)激光加工技術(shù)展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢：加工過程無崩碎、錐度微小，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的加工質(zhì)量，且?guī)缀醪淮嬖跓嵊绊憛^(qū)與氧化層。這一特性使其在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域展現(xiàn)出重要應(yīng)用價(jià)值：

    在金屬材料加工中，可滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)耐熱部件等高端裝備的微結(jié)構(gòu)制備需求；針對(duì)半導(dǎo)體材料如單晶硅，能實(shí)現(xiàn)高精度劃槽加工，為集成電路半導(dǎo)體晶圓制造提供支撐；在復(fù)合材料加工領(lǐng)域，如SiC/SiC復(fù)合材料的制孔加工，其效果可與飛秒激光媲美，且更具成本與效率優(yōu)勢。此外，該技術(shù)在材料清洗、表面強(qiáng)化及表面改性等領(lǐng)域的拓展應(yīng)用亦潛力顯著——例如通過表面改性提升單晶硅親水性，為生物醫(yī)療器件制造提供新路徑。

    研究進(jìn)展與未來方向：從機(jī)理探索到技術(shù)突破

    《中國激光》組織策劃的“水導(dǎo)激光技術(shù)與應(yīng)用”專題，集中呈現(xiàn)了該領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢，收錄的24篇優(yōu)秀論文涵蓋水導(dǎo)專用激光技術(shù)、水射流穩(wěn)定化技術(shù)、耦合能束控制技術(shù)等多個(gè)方向。其中，楊立軍教授團(tuán)隊(duì)撰寫的《水導(dǎo)激光耦合、傳輸機(jī)理與應(yīng)用研究現(xiàn)狀》被選為專題封面文章，系統(tǒng)綜述了技術(shù)工作機(jī)制、微細(xì)水流形成、光源選擇與光路整形、光-水耦合能束傳輸特性及應(yīng)用現(xiàn)狀，為領(lǐng)域研究提供了全面參考。

    未來，為進(jìn)一步提升技術(shù)性能，研究將聚焦于激光光斑直徑縮小、激光耦合位置動(dòng)態(tài)調(diào)整、激光能量在加工表面的分布優(yōu)化等關(guān)鍵問題，旨在提高輸出功率與加工效果，推動(dòng)技術(shù)向更高精度、更廣應(yīng)用場景拓展。

    科研團(tuán)隊(duì)與研究基礎(chǔ)：支撐技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展

    哈爾濱工業(yè)大學(xué)激光微納加工實(shí)驗(yàn)室由楊立軍教授帶領(lǐng)，研究方向涵蓋水導(dǎo)激光精密制造技術(shù)、超快激光微納結(jié)構(gòu)制備與工藝裝備等多個(gè)領(lǐng)域，服務(wù)于制造、軍事、醫(yī)學(xué)等行業(yè)。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有教授3名、副教授2名、副研究員2名，承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家科技重大專項(xiàng)等國家級(jí)、省部級(jí)及國際合作項(xiàng)目20余項(xiàng)。近年來，團(tuán)隊(duì)在NatureCommun、ESM、AFM等國際知名期刊發(fā)表論文100余篇，授權(quán)專利20余項(xiàng)，構(gòu)建了從理論創(chuàng)新到裝備研發(fā)的完整科研鏈條，為水導(dǎo)激光加工技術(shù)的國產(chǎn)化發(fā)展與應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

    水導(dǎo)激光加工技術(shù)作為高端裝備精密加工領(lǐng)域的創(chuàng)新突破，通過光-水耦合的獨(dú)特機(jī)制突破傳統(tǒng)加工局限，其發(fā)展與應(yīng)用將為我國航空航天、半導(dǎo)體、生物醫(yī)療等關(guān)鍵領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展提供重要技術(shù)保障。