روش‌های ماشین‌کاری سنتی شامل برش مکانیکی، برش حرارتی (به عنوان مثال، پلاسما/شعله) و برش لیزری معمولی است. ماشین‌کاری مکانیکی مبتنی بر تماس است. سایش ابزار و نیروهای برش می‌توانند باعث آسیب‌های ریز و تغییر شکل شوند و دقت و یکپارچگی سطح قابل دستیابی را محدود کنند. برش حرارتی برای مقاطع ضخیم کارآمد است، اما معمولاً HAZ بزرگ، تنش‌های پسماند و ترک‌های ریز ایجاد می‌کند که عملکرد مکانیکی را کاهش می‌دهد. پردازش لیزر معمولی، در حالی که همه کاره است، ممکن است همچنان از HAZ نسبتاً بزرگ و عملکرد ناپایدار در مواد بسیار بازتابنده یا حساس به حرارت رنج ببرد.

همانطور که در شکل 3 خلاصه شده است، WJGL از آب به عنوان واسطه انتقال و یک خنک‌کننده همزمان استفاده می‌کند و به طور قابل توجهی HAZ را کاهش می‌دهد و اعوجاج و ترک‌های ریز را سرکوب می‌کند، در نتیجه دقت و کیفیت لبه/سطح را بهبود می‌بخشد (به شکل 4 مراجعه کنید). مزایای آن را می‌توان به شرح زیر خلاصه کرد:

1. آسیب حرارتی کم و کیفیت بهبود یافته: ظرفیت گرمایی ویژه بالا و جریان مداوم آب به سرعت گرما را از بین می‌برد، تجمع حرارت را محدود می‌کند و به حفظ ریزساختار و خواص کمک می‌کند.

2. پایداری تمرکز و استفاده از انرژی بهبود یافته: محصور شدن در داخل جت، پراکندگی و تلفات انرژی را در مقایسه با انتشار فضای آزاد کاهش می‌دهد و چگالی انرژی بالاتر و پردازش سازگارتر را امکان‌پذیر می‌کند—مناسب برای برش ظریف، میکرو سوراخ‌کاری و هندسه‌های پیچیده.

3. عملکرد تمیزتر و ایمن‌تر: واسطه آب دود، ذرات و زباله‌ها را جمع‌آوری و حذف می‌کند، آلودگی هوا را کاهش می‌دهد و ایمنی شغلی را بهبود می‌بخشد.

مشخصات

اشتراک‌گذاری کاربرد و توزیع بخش مواد برش لیزر هدایت‌شده با جت آب (WJGL)

هوافضا و انرژی (≈30–35%)

این بخش نشان‌دهنده بزرگترین سهم از کاربردهای WJGL است. مواد معمولی شامل پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRP)، کامپوزیت‌های ماتریس آلومینیومی (Al MMC) و کامپوزیت‌های ماتریس سرامیکی (CMC) هستند. WJGL به ویژه برای این مواد مناسب است زیرا توانایی آن در به حداقل رساندن آسیب حرارتی و حفظ خواص مکانیکی هنگام برش کامپوزیت‌های حساس به حرارت و ناهمسانگرد که در ساختارهای هوافضا و انرژی با عملکرد بالا استفاده می‌شوند.

ابزار دقیق و مواد فلزی (≈25–30%)

بخش قابل توجهی از استفاده از WJGL به پردازش فلزات دقیق اختصاص دارد. کاربردهای نماینده شامل تیغه‌های موتور ساخته شده از سوپرآلیاژهای مبتنی بر Ni (به عنوان مثال، Inconel 718، Haynes 188)، آلیاژهای تیتانیوم (Ti-6Al-4V) و اجزای با دقت بالا مانند قطعات ساعت مچی ساخته شده از Cu، Al و Ti است. این فناوری دقت ابعادی بالا، عرض کرف باریک و کیفیت سطح عالی را امکان‌پذیر می‌کند.

نیمه‌رساناها و میکروالکترونیک (≈20–25%)

در بخش نیمه‌رساناها و میکروالکترونیک، WJGL به طور گسترده برای برش مواد کریستالی و شکننده، از جمله ویفرهای سیلیکونی، الماس و مواد فتوولتائیک مانند Si و GaAs استفاده می‌شود. توانایی آن در سرکوب ریز ترک‌ها، تراشه‌ها و آسیب‌های زیرسطحی، آن را برای برش ویفر با دقت بالا و ساخت در مقیاس میکرو مناسب می‌کند.

اجزای پزشکی (≈10–15%)

اگرچه از نظر سهم کلی کوچکتر است، اما کاربردهای پزشکی از ارزش فناوری بالایی برخوردار است. WJGL عمدتاً برای ساخت استنت‌های مسطح قلبی عروقی از آلیاژهای زیست سازگار مانند CoCr، NiTi، Cr-Pt و آلیاژهای منیزیم استفاده می‌شود. این فرآیند الزامات سختگیرانه‌ای را برای ویژگی‌های فوق‌العاده ظریف، تلرانس‌های تنگ و مناطق تحت تأثیر حرارت حداقل که برای عملکرد دستگاه‌های پزشکی حیاتی هستند، برآورده می‌کند.

به طور کلی، توزیع بخش نشان می‌دهد که برش WJGL عمدتاً در حوزه‌های تولید پیشرفته به کار می‌رود که در آن دقت بالا، تأثیر حرارتی کم و یکپارچگی عالی مواد ضروری است.

لیزر هدایت‌شده با جت آب (WJGL) سؤالات متداول

 

1) ماشین‌کاری لیزر هدایت‌شده با جت آب (WJGL) چیست؟

WJGL یک روش پردازش لیزری است که در آن پرتو لیزر به یک جت آب میکرو متصل می‌شود. جت آب هم به عنوان یک واسطه هدایت پرتو و هم به عنوان یک واسطه خنک‌کننده/حذف زباله عمل می‌کند و دقت بالایی را با کاهش آسیب حرارتی امکان‌پذیر می‌کند.

2) WJGL چگونه کار می‌کند؟

WJGL به بازتاب داخلی کلی در رابط آب و هوا متکی است. از آنجایی که آب و هوا ضریب شکست متفاوتی دارند، لیزر می‌تواند در ستون آب محصور و هدایت شود—مشابه یک «فیبر نوری مایع»—و به طور پایدار به ناحیه ماشین‌کاری تحویل داده شود.

3) چرا WJGL ناحیه تحت تأثیر حرارت (HAZ) را کاهش می‌دهد؟

آب که به طور مداوم در حال جریان است، گرما را به طور موثر به دلیل ظرفیت گرمایی بالای خود از بین می‌برد. این امر تجمع گرما را سرکوب می‌کند و HAZ، اعوجاج و ترک‌های ریز را کاهش می‌دهد.