Традиционные методы обработки включают механическую резку, термическую резку (например, плазменную/пламенную) и обычную лазерную резку. Механическая обработка основана на контакте; износ инструмента и силы резания могут вызывать микроповреждения и деформации, ограничивая достижимую точность и целостность поверхности. Термическая резка эффективна для толстых сечений, но обычно создает большую HAZ, остаточные напряжения и микротрещины, которые снижают механические характеристики. Обычная лазерная обработка, хотя и универсальна, все еще может страдать от относительно большой HAZ и нестабильной работы на высокоотражающих или чувствительных к нагреву материалах.

Как показано на рис. 3, WJGL использует воду в качестве среды передачи и одновременного хладагента, значительно уменьшая HAZ и подавляя деформацию и микротрещины, тем самым улучшая точность и качество краев/поверхности (см. рис. 4). Его преимущества можно резюмировать следующим образом:

1. Низкое термическое повреждение и улучшенное качество: Высокая удельная теплоемкость и непрерывный поток воды быстро отводят тепло, ограничивая накопление тепла и помогая сохранить микроструктуру и свойства.

2. Повышенная стабильность фокусировки и использование энергии: Ограничение внутри струи уменьшает рассеяние и потерю энергии по сравнению с распространением в свободном пространстве, обеспечивая более высокую плотность энергии и более последовательную обработку — хорошо подходит для тонкой резки, микросверления и сложных геометрий.

3. Более чистая и безопасная работа: Водная среда улавливает и удаляет дым, твердые частицы и мусор, уменьшая загрязнение воздуха и повышая безопасность труда.

Спецификация

Распределение применения и отраслевое распределение материалов для лазерной резки с водяной струей (WJGL)

Аэрокосмическая промышленность и энергетика (≈30–35%)

Этот сектор представляет собой наибольшую долю применений WJGL. Типичные материалы включают полимеры, армированные углеродным волокном (CFRP), композиты на основе алюминиевой матрицы (Al MMC) и композиты на основе керамической матрицы (CMC). WJGL особенно подходит для этих материалов благодаря своей способности минимизировать термическое повреждение и сохранять механические свойства при резке термочувствительных и анизотропных композитов, используемых в высокопроизводительных аэрокосмических и энергетических конструкциях.

Прецизионные инструменты и металлические материалы (≈25–30%)

Значительная часть использования WJGL посвящена прецизионной обработке металлов. Типичные области применения включают лопатки двигателей, изготовленные из суперсплавов на основе Ni (например, Inconel 718, Haynes 188), титановых сплавов (Ti-6Al-4V) и высокоточных компонентов, таких как детали наручных часов, изготовленные из Cu, Al и Ti. Технология обеспечивает высокую точность размеров, узкую ширину реза и превосходное качество поверхности.

Полупроводники и микроэлектроника (≈20–25%)

В секторе полупроводников и микроэлектроники WJGL широко применяется для резки кристаллических и хрупких материалов, включая кремниевые пластины, алмазы и фотоэлектрические материалы, такие как Si и GaAs. Его способность подавлять микротрещины, сколы и повреждения под поверхностью делает его хорошо подходящим для высокоточной резки пластин и микромасштабного производства.

Медицинские компоненты (≈10–15%)

Хотя доля медицинских применений меньше, они имеют высокую технологическую ценность. WJGL в основном используется для изготовления сердечно-сосудистых плоских стентов из биосовместимых сплавов, таких как CoCr, NiTi, Cr-Pt и магниевые сплавы. Процесс соответствует строгим требованиям к сверхтонким элементам, жестким допускам и минимальным зонам термического влияния, критичным для работы медицинских устройств.

В целом, отраслевое распределение показывает, что резка WJGL преимущественно используется в передовых производственных областях, где важны высокая точность, низкое термическое воздействие и превосходная целостность материала.

Часто задаваемые вопросы по лазеру с водяной струей (WJGL)

 

1) Что такое обработка лазером с водяной струей (WJGL)?

WJGL — это метод лазерной обработки, при котором лазерный луч вводится в микро-водяную струю. Водяная струя действует как среда для направления луча и среда для охлаждения/удаления мусора, обеспечивая высокую точность с уменьшенным термическим повреждением.

2) Как работает WJGL?

WJGL основан на полном внутреннем отражении на границе вода-воздух. Поскольку вода и воздух имеют разные показатели преломления, лазер может быть заключен и направлен внутри водяного столба — аналогично «жидкому оптическому волокну» — и стабильно доставлен в зону обработки.

3) Почему WJGL уменьшает зону термического влияния (HAZ)?

Непрерывно текущая вода эффективно удаляет тепло из-за своей высокой теплоемкости. Это подавляет накопление тепла, уменьшая HAZ, деформацию и микротрещины.