(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211169880.6 (22)申请日 2022.09.26 (71)申请人 桂林电子科技大 学 地址 541004 广西壮 族自治区桂林市七 星 区金鸡路1号 (72)发明人 龙芋宏　赵臻　周辽　周嘉　蔺泽　 黄平　张光辉　黄宇星　 (51)Int.Cl. B23K 26/14(2014.01) B23K 26/146(2014.01) B23K 26/36(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种水射流辅助激光诱导等离子体加工方 法及装置 (57)摘要 本发明提供一种水射流辅助激光诱导等离 子体加工方法及装置， 包括依次设置的光路系 统、 耦合单元、 工作台单元、 液压系统。 光路系统 发射高功率密度的激光束经聚焦 进入耦合单元， 液压系统提供稳定的无级调压的高压水流至耦 合单元， 由耦合单元的喷嘴生 成稳定的高速水射 流。 高功率密度激光束聚焦于水射流中， 在焦点 区域产生等离子体， 加工工件表面。 本发明的优 点是： 不需要在工件表面生成静态水层， 避免加 工过程中水层晃动影响聚焦稳定性， 高速水射流 可以及时将加工过程中产生的空化气泡和熔渣 去除， 并带走工件表面的热量， 有效冷却工件， 提 高加工质量和 加工效率。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115365649 A 2022.11.22 CN 115365649 A 1.一种水射流辅助激光诱导等离子体加工方法及装置， 用于加工工件 （34） ， 其特征在 于： 包括依次设置的光路系统 （1） 、 耦合单 元 （2） 、 工作台单 元 （3） 、 液压系统 （4） 。 2.根据权利要求1所述的一种水射流辅助激光诱导等离子体加工方法及装置， 其特征 在于： 所述光路系统包括激光器 （11） 、 扩束镜 （12） 、 准直镜 （13） 、 聚焦透镜 （14） 。 激光器 （11） 发射激光束， 扩束镜 （12） 扩大光束束腰半径减小发散角， 准直镜 （13） 把扩束后的发散光变 成平行等 直径的平面波前光。 3.根据权利要求2所述的一种水射流辅助激光诱导等离子体加工方法及装置， 其特征 在于： 所述激光器 （11） 采用调Q亚纳秒高功 率密度激光、 调Q窄脉宽激光、 mopa窄脉宽激光 或 皮秒激光发生器， 其输出的功率密度达109‑1012W/cm2量级。 4.根据权利要求1所述的一种水射流辅助激光诱导等离子体加工方法及装置， 其特征 在于： 所述耦合单元 （2） 包括光学窗口 （21） 、 耦合腔体 （22） 、 喷嘴 （23） 。 聚焦激光束穿过透明 光学窗口 （21） 及耦合腔体 （2 2） 中的水层， 耦合进入由喷 嘴 （23） 生成的高速水射 流。 5.根据权利要求1所述的一种水射流辅助激光诱导等离子体加工方法及装置， 其特征 在于： 所述工作台单元 （3） 包括支撑平台(31)、 水槽(32)、 夹具(33)。 水槽 （32） 安装于支撑平 台 （31） 回收废水， 夹具 （3 3） 安装于水槽 （32） 中用于固定 工件 （34） 。 6.根据权利要求1所述的一种水射流辅助激光诱导等离子体加工方法及装置， 其特征 在于： 所述液压系统 （4） 包括水箱 （41） 、 高压吸水泵 （42） 、 单向阀 （43） 、 蓄能器 （44） 、 溢流阀 （45） 、 高精密过滤器 （46） 。 主供液回路的出水管路连接至耦合单元 （2） 输出稳定的高压水 流， 进水管路连接水槽 （32） 回流冷却水； 高压吸水泵 （42） 的出水口与水箱 （41） 之间设置溢 流阀 （45） 构成调压回路， 以使主供液回路保持稳定并防止过载。 出水管路和进水管路均设 有高精密过 滤器 （46） 对流体进行 过滤。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115365649 A 2一种水射流辅助激光诱导等离 子体加工方 法及装置 技术领域 [0001]本发明涉及激光等离子体加工技术领域， 具体涉及一种水射流辅助激光诱导等离 子体加工方法及装置 。 背景技术 [0002]随着高硬度、 大脆性、 低断裂等硬脆材料的不断涌现， 传统的加工方法对硬脆材料 的加工都有一定的局限性， 常规切削方法由于刀具磨损等问题， 加工工艺受到限制； 电火花 加工因其微电极制 造困难、 加工效率低等问题阻碍了在工业上的使用； 常规激光加工因其 光热作用， 会产生热影响区、 并伴有熔渣， 导致加工质量难以保证， 而且热影响区会影响材 料原有的机械性能。 由于工业领域对高精密零部件的尺寸与形状存在较高的精度要求， 因 此， 采用传统的方法加工硬脆材 料远不能满足材 料高精密加工的需求。 [0003]激光诱导等离子体加工是一种高分辨率、 高精度、 无工具的加工方法。 在激光诱导 等离子体加工中， 工件浸没在透明的静态或动态液体中， 光束聚焦在工件表面上方， 激光击 穿电介质， 产生等离子体， 超过工件材料的熔化和汽化温度， 从而达到去除材料的目的。 激 光诱导等离子体加工在微纳制造领域应用前景巨大,  在保证分辨率和加工精度的同时， 可 以获得更高的材 料去除率和更 大的深宽比， 是一种新型 可靠的硬脆材 料加工工艺。 [0004]现有的激光诱导等离子体加工通常是将激光聚焦在工件上方的静态水层之中， 但 是在加工过程中， 由于运动平台的运动将会导致水层的晃动， 对水层中激光的聚焦产生影 响， 造成等离子体的产生不稳定， 影响工件的加工质量和加工精度。 为了保证水层的稳定 性， 需要使用较低的扫描速度， 但是较低扫描速度势必 会降低加工效率， 限制这项技术的应 用范围。 此外， 在加工的过程中会产生大量的熔渣和气泡不能被有效的排出， 阻碍激光在水 中的传播， 造成激光功率的损失， 加工深度受到限制。 [0005]基于上述不足， 如能解决激光诱导等离子加工过程中工件表面水层晃动导致的激 光聚焦稳定性差、 熔渣和气泡不能及时排出等问题， 可有效提高激光诱导等离子加工的加 工质量和 加工精度， 推进激光 诱导等离子体加工技 术在高精度、 高效率加工领域的推广。 发明内容 [0006]本发明提出的一种水射流辅助 激光诱导等离子体加工方法及装置， 将激光束耦合 进入流动的水射流， 不需在工件表面生成静态水层， 避免在加工过程中由于水层的晃动而 导致激光束聚焦稳定性差， 影响等离子体的生 成； 使用高速和大直径水射流将热量、 空化气 泡和烧蚀材 料排出加工区域， 有效提高加工质量、 加工效率和 加工精度。 [0007]为实现上述技术目的， 达到上述技术效果， 本发明通过以下技术方案解决上述问 题： 一种水射流辅助激光诱导等离子体加工装置， 由光路系统、 耦合单元、 液压系统、 工作台单元构成； 光路系统由激光器， 扩束镜、 准直镜、 聚焦镜构成； 耦合单元由耦合腔体、 光学窗口、 喷嘴构成； 液压系统由水箱、 高压吸水泵、 单向阀、 蓄能器、 溢流阀、 高精密过滤器说　明　书 1/4 页 3 CN 115365649 A 3