Tradycyjne metody obróbki obejmują cięcie mechaniczne, cięcie termiczne (np. plazmowe/płomieniowe) i konwencjonalne cięcie laserowe. Obróbka mechaniczna jest oparta na kontakcie; zużycie narzędzi i siły skrawania mogą powodować mikrouszkodzenia i deformacje, ograniczając osiągalną precyzję i integralność powierzchni. Cięcie termiczne jest wydajne dla grubych przekrojów, ale zazwyczaj wytwarza dużą HAZ, naprężenia szczątkowe i mikropęknięcia, które zmniejszają wydajność mechaniczną. Konwencjonalna obróbka laserowa, choć wszechstronna, może nadal cierpieć z powodu stosunkowo dużej HAZ i niestabilnej wydajności na materiałach wysoce odblaskowych lub wrażliwych na ciepło.

Jak podsumowano na rys. 3, WJGL wykorzystuje wodę jako medium transmisyjne i jednoczesny chłodziwo, znacznie redukując HAZ i tłumiąc zniekształcenia i mikropęknięcia, tym samym poprawiając precyzję i jakość krawędzi/powierzchni (patrz rys. 4). Jego zalety można podsumować następująco:

1. Niskie uszkodzenia termiczne i poprawiona jakość: Wysoka pojemność cieplna właściwa i ciągły przepływ wody szybko usuwają ciepło, ograniczając akumulację ciepła i pomagając zachować mikrostrukturę i właściwości.

2. Zwiększona stabilność ogniskowania i wykorzystanie energii: Ograniczenie w strumieniu zmniejsza rozpraszanie i straty energii w porównaniu z propagacją w wolnej przestrzeni, umożliwiając wyższą gęstość energii i bardziej spójną obróbkę—dobrze nadaje się do precyzyjnego cięcia, mikronawiercania i złożonych geometrii.

3. Czysta i bezpieczniejsza eksploatacja: Medium wodne wychwytuje i usuwa opary, cząstki i zanieczyszczenia, zmniejszając zanieczyszczenie powietrza i poprawiając bezpieczeństwo pracy.

Specyfikacja

Udział zastosowań i dystrybucja sektorowa cięcia laserem prowadzonym strumieniem wody (WJGL)

Lotnictwo i energetyka (≈30–35%)

Sektor ten stanowi największy udział w zastosowaniach WJGL. Typowe materiały to polimery wzmocnione włóknem węglowym (CFRP), kompozyty z matrycą aluminiową (Al MMC) i kompozyty z matrycą ceramiczną (CMC). WJGL jest szczególnie odpowiedni dla tych materiałów ze względu na zdolność do minimalizowania uszkodzeń termicznych i zachowania właściwości mechanicznych podczas cięcia kompozytów wrażliwych na temperaturę i anizotropowych stosowanych w wysokowydajnych konstrukcjach lotniczych i energetycznych.

Precyzyjne instrumenty i materiały metaliczne (≈25–30%)

Znaczna część wykorzystania WJGL jest przeznaczona do precyzyjnej obróbki metali. Reprezentatywne zastosowania obejmują łopatki silników produkowane ze stopów na bazie Ni (np. Inconel 718, Haynes 188), stopów tytanu (Ti-6Al-4V) i precyzyjnych komponentów, takich jak części do zegarków wykonane z Cu, Al i Ti. Technologia umożliwia wysoką dokładność wymiarową, wąskie szerokości szczelin i doskonałą jakość powierzchni.

Półprzewodniki i mikroelektronika (≈20–25%)

W sektorze półprzewodników i mikroelektroniki WJGL jest szeroko stosowany do cięcia materiałów krystalicznych i kruchych, w tym płytek krzemowych, diamentów i materiałów fotowoltaicznych, takich jak Si i GaAs. Jego zdolność do tłumienia mikropęknięć, odprysków i uszkodzeń podpowierzchniowych sprawia, że ​​jest dobrze przystosowany do precyzyjnego krojenia płytek i produkcji w mikroskali.

Komponenty medyczne (≈10–15%)

Chociaż mniejsze w ogólnym udziale, zastosowania medyczne mają wysoką wartość technologiczną. WJGL jest głównie używany do produkcji płaskich stentów sercowo-naczyniowych ze stopów biokompatybilnych, takich jak CoCr, NiTi, Cr-Pt i stopy magnezu. Proces spełnia rygorystyczne wymagania dotyczące ultra-drobnych cech, wąskich tolerancji i minimalnych stref wpływu ciepła, krytycznych dla wydajności urządzeń medycznych.

Ogólnie rzecz biorąc, dystrybucja sektorowa pokazuje, że cięcie WJGL jest przeważnie stosowane w zaawansowanych domenach produkcyjnych, w których wysoka precyzja, niski wpływ termiczny i doskonała integralność materiału są niezbędne.

Laser prowadzony strumieniem wody (WJGL) FAQ

 

1) Co to jest obróbka laserem prowadzonym strumieniem wody (WJGL)?

WJGL to metoda obróbki laserowej, w której wiązka lasera jest sprzężona z mikro strumieniem wody. Strumień wody działa zarówno jako medium prowadzące wiązkę, jak i medium chłodzące/usuwające zanieczyszczenia, umożliwiając wysoką precyzję przy zredukowanych uszkodzeniach termicznych.

2) Jak działa WJGL?

WJGL opiera się na całkowitym wewnętrznym odbiciu na granicy woda–powietrze. Ponieważ woda i powietrze mają różne współczynniki załamania, laser może być ograniczony i prowadzony w kolumnie wody—podobnej do „światłowodu cieczowego”—i dostarczany stabilnie do strefy obróbki.

3) Dlaczego WJGL redukuje strefę wpływu ciepła (HAZ)?

Ciągle płynąca woda skutecznie usuwa ciepło dzięki swojej wysokiej pojemności cieplnej. To tłumi akumulację ciepła, redukując HAZ, zniekształcenia i mikropęknięcia.