揭秘激光微射流加工：航空结构加工新利器

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原标题：揭秘激光微射流加工：航空结构加工新利器

摘要：陶瓷基复合材料（CMC）正在航空发动机、高超飞行器上不断扩大应用，但其高可靠和高精度的加工则成为一个挑战。

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陶瓷基复合材料（CMC）正在航空发动机、高超飞行器上不断扩大应用，但其高可靠和高精度的加工则成为一个挑战。CMC高硬度和易损伤的特性，会导致加工速度缓慢、不断更换刀具，以及对材料性能产生不良影响、无法满足零件规格要求。激光技术是一种解决方案，可提高加工效率并终结刀具的重复性成本。然而，激光产生的热量会消散到材料中，从而可能产生微裂纹和材料变性；激光在光束的焦点处切削，还会导致V形切口，影响公差的精确控制。瑞士西诺瓦公司开发的激光微射流技术为解决上述挑战提供了最佳方案。2017年，美国通用电气航空集团在位于美国北卡罗来纳州阿什维尔的CMC发动机部件生产厂部署了激光微射流技术，加工LEAP发动机的CMC罩环上的孔。生产验证过程表明，该技术即高效又有助于保持孔直径的高精度，微射流可以在两分钟内完成钻孔，而传统加工要钻一个小时。

一、激光水射流加工技术原理及其优势

基于全内反射原理，激光微射流技术可以生成完全包含在水射流中的激光束，激光束在具有较低密度介质的空气－水界面处反射（原理上类似于光纤），沿着从喷嘴到工件的狭窄直线路径传播，而不会有能量穿过内壁；水则冷却切削区，并从切口洗去碎屑。与传统激光器相比，该技术不会让材料燃烧或发生热退化；产生更少的毛刺，可以使表面更光滑；能够实现直边切削和更高的精度。

激光脉冲持续时间以纳秒为单位，对于每个激光脉冲，产生的等离子体会向上推水，从而实现有效的烧蚀。在脉冲结束时，等离子体坍塌，然后水清洁表面并消散热量。水射流还消除了干式激光系统通常需要保持激光聚焦带来的复杂性和工艺变化，这样可以切割厚的或非平面的零件而不必担心焦点问题。利用该技术制造出的一种圆柱形激光器，可以产生完全平行的壁，并具有紧致的切口宽度。