激光加工是利用能量密度极高的激光束作用于工件，使材料瞬间熔化或气化，同时在冲击波的作用下将熔融材料微粒吹开，从而实现切割、钻孔等操作的加工工艺。但该工艺易引起工件表面附近的热损伤，且易造成熔融微粒污染，制约了其在硬质材料及精密加工制造领域的应用。

1993年，瑞士科学家Beruold Richerghagen首次提出了水导激光加工技术，水导激光技术技术又称微射流激光加工技术。随后，一系列针对不同坚硬材料的微射流激光加工的研究在全球范围内展开。在航空航天领域，材料通常具有高比强、比模量、高硬度、耐磨性好和高耐热性等特性，例如金属基复合材料、钛合金、镍基合金、碳纤维增强复合材料（CFRP）、陶瓷基复合材料（CMC）以及陶瓷材料等，它们被广泛用于飞机、卫星、喷气发动机、导弹和美国国家航空和航天局（NASA）的航天飞机。

微射流激光钻孔

喷气发动机是现代航空器和航天器的核心动力系统，需要在高压和高温的环境中运行，涡轮是航空发动机中热负荷和机械负荷最大的部件，其中一级、二级涡轮叶片的工况尤为恶劣，工作中持续承受高温高压燃气的冲击。涡轮叶片的高效气膜冷却直接影响航空发动机和燃气轮机的最高工作温度，进而影响系统的可靠性、能量效率等一系列关键性能。涡轮叶片冷却孔的常规加工技术是EDM钻孔，但无法加工非导电的热障涂层，故工艺路线制定为“先制孔后涂层再修整”，这会导致涂层在孔口处堆积，造成缩孔、堵孔等问题，且使气流出射方向偏离设计要求，进而影响冷却气膜的覆盖效率。而微射流激光技术能够在带有热障涂层的高温合金上实现一次性制孔。

微射流激光切割

在切割薄的航空航天材料时，传统切割方法难免产生的热变形和裂纹，采用微射流激光技术切割减小热影响区是解决方法。纤维复合材料的应用比例是飞机先进程度的标志之一。近几年来，针对采用微射流激光切割碳纤维增强复合（CFRP）材料，国内各大高校纷纷开展了相关研究，研究发现纳秒激光切割中几百微米的热影响区可通过水导激光切割降低为仅几十微米；对于几毫米厚的材料，单边锥度可减小11.8%至2°~3°左右。由于激光与水射流同轴，高速水射流的冲刷作用可使熔融物更快排出，冷却作用使热影响区更小，槽道内壁干净，碳纤维断面整齐，无受热膨胀现象。

传统激光与微射流激光加工碳纤维复材对比

微射流激光技术优势

微射流激光在加工的过程中，激光对材料进行照射，使其局部加热，温度快速上升，从而对材料进行升华，并通过射流所产生的冲刷力，将杂质全部带走。与常规激光工艺相比，微射流激光技术能够实现特定复杂形状的微结构加工，包括直接加工带涂层的涡轮叶片等优势。传统加工方法难以同时满足精度和效率的要求，而微射流激光加工技术则凭借其高能量密度和精细冷却效果，能够精确加工这些高性能材料，减少热影响区，具有表面质量高，圆度、锥度良好，效率极高等优势，防止材料变形和性能劣化，从而确保零部件的质量和可靠性。

微射流激光技术工作原理图

目前，微射流激光加工已进入产业化阶段，其应用范围日益扩大。其对各种脆坚硬的材料都有很强的切割能力。该材料在汽车，通讯，航空，信息，生物医学，军事，科研等各个方面都有重要的应用。微射流激光加工是一种干净、可靠、高精度和灵活的加工技术，较于传统激光加工在材料上产生热损伤和残留物，在航空航天领域有着广阔的应用前景。