水导激光（Water Jet Guided Laser, WJGL）是一种将激光束与微细水射流（通常直径几十微米）相结合的高精度加工技术。其核心原理是通过稳定的水柱传导激光能量，实现高效、低热损伤的切割、钻孔或表面处理。

为克服“干激光”加工过程中的热问题，研究人员开发了一种复合系统，将激光和水进行结合。1842年，Colladon发现光可以沿着水射流曲线传输，证明了水射流导引光的可能性。1854 年, Tyndall通过实验发现了光在流动液体中的全反射现象，证实了水射流可以作为光纤对光进行传输。1987年，Doi尝试将激光和水融合在一起, 形成了可向加工表面施加激光辐射的“激光刀”。1990年，Wrobel成功地将射流与固体光纤相连，将激光引导到工件表面。1991年，瑞士联邦理工大学的Richerzhagen博士采用喷嘴结构产生射流，并将激光聚焦到喷嘴入口，对水导引光的原理进行了进一步完善。1993年，Richerzhagen开发了水导激光加工技术；1997年，Synova公司对该技术进行商业改进, 并首先将高速水射流的光波导应用于加工领域。除了水导激光加工技术以外，研究人员还提出了各种水辅助激光技术，包括液芯激光波导加工 、水下激光加工 、水射流辅助共轴激光加工和液滴辅助激光加工 。在上述加工技术中，水导激光( WJGL) 加工技术以其显著的加工优势在多个制造领域得到了广泛应用。

以下是关键特点和应用：

工作原理

激光耦合：高能激光（如红外或绿激光）聚焦后注入高速水射流（压力可达50-100MPa）。

全反射传导：水与空气界面形成全反射，激光在水柱中多次反射并沿水流方向传播（类似光纤）。

精准加工：水射流冷却并冲走熔融材料，减少热影响区（HAZ），提升边缘质量。

技术优势

高精度：水柱直径可小至20μm，适合微米级加工（如半导体、医疗器件）。

低热损伤：水冷却作用显著减少材料热变形（对陶瓷、脆性材料尤为重要）。

无污染：水射流避免加工碎屑粘附，清洁度高（适用于电子元件）。

多材料适用：可加工金属、玻璃、复合材料甚至生物组织。

典型应用

电子行业

硅片、PCB板切割，LED晶圆划线。

医疗领域

手术器械（如支架、骨钻）的精密加工，生物组织切割。

航空航天

涡轮叶片气膜孔钻孔（镍基合金高温部件）。

汽车制造

安全气囊传感器微孔加工，燃料电池极板切割。

挑战与局限

系统复杂度：需稳定控制水射流压力、纯度和激光参数。

维护成本：喷嘴易堵塞，水质要求高（需去离子水）。

深度限制：水柱长度影响激光传导效率，过深会能量衰减。

水导激光（Water Jet Guided Laser, WJGL）结合了激光的高能量和水射流的冷却冲刷特性，在精密加工领域具有显著优势，尤其在高精度、低热损伤、材料适应性等方面表现突出。以下是其核心优势的详细分析：

1. 超高加工精度（微米级）

水柱导光：激光通过直径20~100μm的极细水柱传导，聚焦光斑更小，可实现微米级切缝或钻孔（如PCB板切割缝宽仅30μm）。

边缘无毛刺：水射流即时冲走熔渣，避免材料重凝，切口光滑，减少后续抛光需求。

2. 极低热影响区（HAZ）

主动冷却：水射流持续冷却加工区域，热影响区比传统激光小50%~80%，避免材料热变形、微裂纹（对陶瓷、单晶硅等脆性材料至关重要）。

无热累积：适合密集孔阵加工（如航空发动机叶片气膜孔），相邻孔位无热应力干扰。

2. 极低热影响区（HAZ）

主动冷却：水射流持续冷却加工区域，热影响区比传统激光小50%~80%，避免材料热变形、微裂纹（对陶瓷、单晶硅等脆性材料至关重要）。

无热累积：适合密集孔阵加工（如航空发动机叶片气膜孔），相邻孔位无热应力干扰。

4. 清洁环保加工

无污染：水射流带走熔融物和粉尘，避免传统激光的烟尘污染，适合洁净车间（如半导体、医疗器材生产）。

无化学添加剂：仅需去离子水，无废液处理负担。
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