現如今，有越來越多的材料給材料加工商帶來了挑戰。為(wei) 了切割、鑽孔和構造諸如鋁鎂合金、複合材料、硬金屬合金以及包含金屬顆粒的塑料，就需要用到極具耐磨性的工具材料。這也意味著，選擇的方式通常是合成製造的多晶金剛石（PCD）和工業(ye) 陶瓷。

除了具有極高的耐磨性外，這些超硬材料還具有其他優(you) 點，比如低熱膨脹性和耐腐蝕性。因此，運用這些性能超強的材料，能夠確保加工工具的連續精度和可靠性，同時還讓軸承、泵和電動機免受高應力的磨損。

另外，由於(yu) 工業(ye) 陶瓷具有生物相容性，因此醫學工程對其需求也在不斷增長。雖然多晶金剛石和工業(ye) 陶瓷具有以上多種優(you) 點，但隨之而來的問題也十分“現實”，即如何加工這些硬度很高的材料同時又能保證材料自身不受到加工磨損。

現在，行業(ye) 給出的答案是激光。近期，II-VI公司針對多晶金剛石和超硬陶瓷材料，向市場推出了一套激光研磨係統設備。根據該公司披露的數據顯示，與(yu) 傳(chuan) 統的采用電火花加工蝕刻工藝（EDM）相比，這套激光研磨是被處理多晶金剛石和陶瓷的效率高出了2倍，並且不容易出現加工錯誤。這套係統的核心器件是波長1060nm的風冷450W光纖激光器。

超短脈衝(chong) 和水射流導向激光工藝
此前，高性能陶瓷激光加工是德國弗勞恩霍夫激光技術研究所和其孵化公司Pulsar Photonics聯合開發的重點技術。近年來，研究所和Pulsar Photonics公司研發團隊使用超短脈衝(chong) 技術加工脆性材料，以避免微裂紋和剝落。在皮秒和飛秒激光的幫助下，研究人員可以在諸如氮化矽、鋁和氧化鋯以及二氧化鈦等工業(ye) 陶瓷上生成微小的孔結構和切口。

盡管這些材料非常堅硬，但激光的非接觸式加工特點避免了加工磨損。弗勞恩霍夫激光技術研究所表示，從(cong) 材料去除效率和陶瓷加工質量來看，皮秒激光脈衝(chong) 的生產(chan) 率很高，可以成為(wei) 今後可信賴的加工方式。

除了超短脈衝(chong) 激光加工外，瑞士企業(ye) Synova使用自主研發的微水刀激光技術（Laser MicroJet，簡稱LMJ）處理多晶和單晶金剛石。截至目前，該公司已成功出售了350套LMJ係統。該係統的工作原理是將經過噴嘴聚焦的激光束射入加壓水柱，形成直徑為(wei) 50微米的“水刀”。

水柱可以起到類似光纖的作用，將激光束引導到待加工材料表麵。Synova公司表示，微水刀的工藝原理是利用激光束經過水柱時水與(yu) 空氣之間過渡區域的全內(nei) 反射。當微水刀與(yu) 多晶或單晶金剛石的材料表麵發生接觸時，25W-30W強度的激光脈衝(chong) 就能使材料蒸發，而水的作用一方麵是冷卻材料。另一方麵也起到了衝(chong) 洗掉加工區域燒蝕材料的作用。

如果有需要，微水刀可以在金剛石表麵切割出幾厘米的深度。當前，LMJ係統不僅(jin) 可以加工工業(ye) 鑽石，還可以加工未打磨的鑽石、水鑽和其他珠寶物件。至此，激光再次展現了非接觸式加工的先進工藝。

水射流導向激光工藝在航空業(ye) 的應用
2017年，美國GE公司就曾采用Synova公司的LMJ係統加工航空渦輪發動機葉片。航空渦輪發動機的工作溫度很高，有時候甚至會(hui) 超過了1370℃，接近鋼的熔點。因此，發動機葉片需要采取非常複雜的方法進行冷卻。
為(wei) 了讓發動機持續穩定工作，工程師就需要在葉片上加工出微細小孔和通道保證冷空氣的流通。但發動機葉片是以每分鍾上千轉的高速旋轉且承受了很大的壓力，要在其正確的位置上打孔且不削弱葉片性能是非常複雜和困難的。

以往，生產(chan) 企業(ye) 通常采用激光束進行微小孔的加工，即用激光束加熱葉片表麵直到鋼發生汽化，這一過程對精度要求很高，融化的金屬材料會(hui) 發生濺射或形成隨空氣傳(chuan) 播的微觀熔融團塊，並粘附到葉片表麵。

LMJ係統作為(wei) 一種“冷加工”工藝，可以在加工葉片時顯著降低材料周圍的溫度並清除加工產(chan) 生的碎片。工程師運用這種技術可以設計性能更好的渦輪發動機，並以更快的速度製造更耐用的零部件。

現在，LMJ技術已經被應用於(yu) 多個(ge) 高精度應用領域，包括金屬、硬質材料和半導體(ti) 加工。手術刀、針頭和其他醫療設備的生產(chan) 企業(ye) ，汽車燃油噴嘴和火花塞的生產(chan) 企業(ye) ，單晶和多晶金剛石（PCD）刀具製造商已經開始采用該技術。