引言

近年来，随着医疗、航空航天、半导体和新能源等领域迅速发展，对关键零部件的性能要求不断提高，水导激光加工技术作为一种创新切割方法应运而生。它通过在激光切割过程中引入水流，能够有效减少热损伤，提高切割后的材料表面质量，从而实现对所需材料的精确加工，可以说是新一代精密加工利器。

什么是水导激光？

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技术原理水导激光加工是一种绿色、高效、新型的激光冷加工技术，其技术原理是以高压微水束作为“光纤”，通过合理光学设计，将激光耦合至水束中，并通过水束引导激光到加工材料表面（图1)。该技术原理研究涉及激光、材料、流体、传热学等多个学科，交叉性强，水与激光的耦合技术是该加工方法的关键技术。

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图1 水导激光加工技术的工作原理[1]

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与传统激光加工的对比水导激光是结合了水射流和激光束的创新加工方法，加工时可以大大减少热损伤，提高加工精度和质量，同时还可以减少加工时间和废料。下面从切割精度、热影响区、表面质量等角度对比常规激光加工和水导激光加工两者存在的差异（图2）。

图2 常规激光加工与水导激光加工特点对比

可以说，在加工过程中，水导激光利用水作为传导介质，无需对焦就能实现高效、高精密加工，水束流有冷却、冲刷作用，大大避免热损伤以及提高加工表面质量。

水导激光加工技术的起源及发展

从工业考古出发，水导激光是1986年由德国公司Aesculap-Werke AG发明的，首代设备仅仅是在光纤出口加了一小柱水流。1991年，Lasag AG公司在之前的基础上，将激光聚焦在喷嘴中，从而形成了真正意义上的水导激光。

1997年，Synova SA公司将上述原理样机商用化，并进行了工业化应用[2]。早期的研究主要集中在激光与水介质的相互作用以及水介质对激光束的传输和聚焦效果。随着激光技术的不断进步，研究人员开始探索水导激光技术在其他领域的的应用。

进入21世纪，国内科学家们开始深入探索水导激光的技术原理。研究人员对激光在水中的传播特性，包括激光与水的相互作用、激光在水束中的折射和散射规律等进行了大量的理论研究和实验验证。例如，通过建立复杂的光学模型来模拟激光在不同水质（如纯水、含有微量杂质的水）中的传播路径，以更好地理解如何通过水来精确引导激光能量。

这一时期，水导激光开始初步应用于一些对精度和热影响要求较高的特定领域，如珠宝加工和部分精密电子元件制造。随着对水导激光加工技术的深入理解，其材料加工范围不断拓展。

除了早期应用的材料外，研究学者还尝试应用于一些难加工材料，如超硬陶瓷和高强度金属合金。在医疗领域，水导激光被用于加工生物相容性材料，如用于制造植入式医疗器械的特殊聚合物和金属材料。在保证不损伤材料性能的前提下，适用于制造复杂的形状和结构的构件，满足医疗设备的特殊需求。进入多元创新阶段，水导激光开始与其他先进技术进行融合。

例如，与计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术相结合，实现了更加自动化和智能化的加工过程。通过CAD/CAM软件，可以精确地设计加工路径和参数，然后直接控制水导激光加工设备进行加工。

水导激光产业及规模

水导激光的应用规模有多大据华经产业研究院公开信息称，全球AI芯片数量情况呈现出逐年增长的趋势。智能安防、无人驾驶、智能手机、智慧零售、智能机器人等几大行业对AI芯片的需求不断增长，推动了AI芯片市场的快速发展。

2022年全球AI芯片数量为1433万套，同比增长18.2%；2023年AI芯片的数量将增至1640万套，同比增长14.4%。

2020-2023年全球AI芯片数量情况 AI芯片是高性能计算的核心引擎，在神经网络训练和大规模并行计算中承担高运算负荷，产生大量热量。

若散热不及时有效，芯片会过热，影响AI系统性能与稳定性，所以先进的导热材料和散热技术成为产业焦点。AI芯片所需散热器数量受芯片功耗、工作频率和散热设计效率等因素影响。

高性能AI芯片通常需要2-4个散热器来确保热量管理和性能稳定。我们不妨来假设下，如果AI芯片所需的散热器用的都是超硬陶瓷材料，那么2023年全球AI芯片所用的散热器数量为3280-6560万件，这就是水导激光可能在AI芯片的应用市场。

而这还仅仅是AI芯片中的，这里我们仅给大家提供一个大致的概念，不代表真实应用数量。

在全球范围，水导激光相关的核心产品目前主要来自于2家瑞士公司——

1、Synova公司（13522079385）

2、AVonisys公司（13501282025）

前者采用绿光激光器，后者采用红外激光器。

而我国在水导激光装备开发方面相对国际先进水平还有较大差距，同时，缺乏成熟稳定的设备也制约了相关行业加工技术的发展。