激光加工是利用能量密度極高的激光束作用于工件，使材料瞬間熔化或氣化，同時在沖擊波的作用下將熔融材料微粒吹開，從而實現切割、鉆孔等操作的加工工藝。但該工藝易引起工件表面附近的熱損傷，且易造成熔融微粒污染，制約了其在硬質材料及精密加工制造領域的應用。

1993年，瑞士科學家Beruold Richerghagen首次提出了水導激光加工技術，水導激光技術技術又稱微射流激光加工技術。隨后，一系列針對不同堅硬材料的微射流激光加工的研究在全球范圍內展開。在航空航天領域，材料通常具有高比強、比模量、高硬度、耐磨性好和高耐熱性等特性，例如金屬基復合材料、鈦合金、鎳基合金、碳纖維增強復合材料（CFRP）、陶瓷基復合材料（CMC）以及陶瓷材料等，它們被廣泛用于飛機、衛星、噴氣發動機、導彈和美國國家航空和航天局（NASA）的航天飛機。

微射流激光鉆孔

噴氣發動機是現代航空器和航天器的核心動力系統，需要在高壓和高溫的環境中運行，渦輪是航空發動機中熱負荷和機械負荷最大的部件，其中一級、二級渦輪葉片的工況尤為惡劣，工作中持續承受高溫高壓燃氣的沖擊。渦輪葉片的高效氣膜冷卻直接影響航空發動機和燃氣輪機的最高工作溫度，進而影響系統的可靠性、能量效率等一系列關鍵性能。渦輪葉片冷卻孔的常規加工技術是EDM鉆孔，但無法加工非導電的熱障涂層，故工藝路線制定為“先制孔后涂層再修整”，這會導致涂層在孔口處堆積，造成縮孔、堵孔等問題，且使氣流出射方向偏離設計要求，進而影響冷卻氣膜的覆蓋效率。而微射流激光技術能夠在帶有熱障涂層的高溫合金上實現一次性制孔。

微射流激光切割

在切割薄的航空航天材料時，傳統切割方法難免產生的熱變形和裂紋，采用微射流激光技術切割減小熱影響區是解決方法。纖維復合材料的應用比例是飛機先進程度的標志之一。近幾年來，針對采用微射流激光切割碳纖維增強復合（CFRP）材料，國內各大高校紛紛開展了相關研究，研究發現納秒激光切割中幾百微米的熱影響區可通過水導激光切割降低為僅幾十微米；對于幾毫米厚的材料，單邊錐度可減小11.8%至2°~3°左右。由于激光與水射流同軸，高速水射流的沖刷作用可使熔融物更快排出，冷卻作用使熱影響區更小，槽道內壁干凈，碳纖維斷面整齊，無受熱膨脹現象。

傳統激光與微射流激光加工碳纖維復材對比

微射流激光技術優勢

微射流激光在加工的過程中，激光對材料進行照射，使其局部加熱，溫度快速上升，從而對材料進行升華，并通過射流所產生的沖刷力，將雜質全部帶走。與常規激光工藝相比，微射流激光技術能夠實現特定復雜形狀的微結構加工，包括直接加工帶涂層的渦輪葉片等優勢。傳統加工方法難以同時滿足精度和效率的要求，而微射流激光加工技術則憑借其高能量密度和精細冷卻效果，能夠精確加工這些高性能材料，減少熱影響區，具有表面質量高，圓度、錐度良好，效率極高等優勢，防止材料變形和性能劣化，從而確保零部件的質量和可靠性。

微射流激光技術工作原理圖

目前，微射流激光加工已進入產業化階段，其應用范圍日益擴大。其對各種脆堅硬的材料都有很強的切割能力。該材料在汽車，通訊，航空，信息，生物醫學，軍事，科研等各個方面都有重要的應用。微射流激光加工是一種干凈、可靠、高精度和靈活的加工技術，較于傳統激光加工在材料上產生熱損傷和殘留物，在航空航天領域有著廣闊的應用前景。