أدى التطور السريع لصناعات الفضاء وأشباه الموصلات والطب والطاقة إلى زيادة كبيرة في متطلبات الأداء للمكونات الهامة، مما أدى إلى دفع الابتكار المستمر في تقنيات القطع ومعدات المعالجة. بالمقارنة مع القطع الميكانيكي التقليدي، يوفر القطع بالليزر مزايا ملحوظة من حيث الدقة والكفاءة والتوافق البيئي. تشمل هذه المزايا إزالة المواد بدون تلامس وبدون إجهاد ميكانيكي، وقدرة واسعة على تكييف المواد للتصنيع المرن، وكفاءة معالجة عالية تم تمكينها عن طريق التحكم القابل للبرمجة، مما يجعل القطع بالليزر مناسبًا للتطبيقات ذات المساحات الكبيرة والدقة العالية.
وفقًا لمدة النبضة، يمكن تصنيف مصادر الليزر إلى ليزرات الموجة المستمرة، وليزرات النبضات الطويلة، وليزرات النبضات القصيرة، وليزرات النبضات فائقة القصر. توفر ليزرات الموجة المستمرة والليزر النبضي الطويل سرعات معالجة عالية ولكنها عادة ما تسبب مناطق متأثرة بالحرارة (HAZs) واسعة النطاق وطبقات إعادة الصب. يمكن ليزرات النبضات فائقة القصر، مثل ليزرات فيمتوثانية، أن تحقق نظريًا “المعالجة الباردة” عن طريق تحويل المواد مباشرة إلى بلازما؛ ومع ذلك، تظل كفاءة إزالة المواد محدودة، خاصة بالنسبة للتطبيقات الصناعية واسعة النطاق. توفر ليزرات النبضات النانومترية تكلفة أقل وكفاءة استئصال أعلى، لكنها في الأساس عمليات حرارية وغالبًا ما تؤدي إلى عيوب حرارية نموذجية، بما في ذلك التشققات الدقيقة وطبقات إعادة الصب. حتى معالجة ليزر فيمتوثانية قد تظهر تأثيرات حرارية غير مهملة في ظل معدلات تكرار عالية وكثافات طاقة عالية.
للتغلب على القيود الحرارية المتأصلة في معالجة الليزر الجافة، قدم الباحثون تقنيات الليزر المساعدة بالماء. من بينها، تمثل معالجة الليزر الموجه بنفث الماء (WJGL) تقنية هجينة فريدة تجمع بين توصيل طاقة الليزر ونفث الماء عالي السرعة. تم اقتراح المفهوم الأساسي لأول مرة في أوائل التسعينيات، تلاه التطوير والتسويق المنهجي بواسطة Synova، مما أدى إلى ظهور أنظمة الليزر النفاث الدقيق (LMJ). اليوم، تم تطبيق WJGL بنجاح على قطع وثقب وتخديد المعادن والمواد البلورية الهشة والماس والسيراميك والمواد المركبة.
تقدم هذه الورقة مراجعة شاملة لتقنية قطع WJGL، بما في ذلك مبادئ عملها، وآليات اقتران الليزر والماء، وعمليات إزالة المواد، وسلوك نقل الطاقة. تمت مناقشة التقدم الأخير في التطبيقات في المعادن والبلورات الهشة والمواد المركبة بشكل حاسم. يتم أيضًا تحليل التحديات التقنية واتجاهات التطوير المستقبلية لتوفير إرشادات منهجية لكل من البحث الأساسي والتنفيذ الصناعي لتقنية WJGL.
تجمع معالجة الليزر الموجه بنفث الماء بين مزايا تشغيل الليزر ونفث الماء عالي السرعة، مما يوفر فوائد مميزة مقارنة بالقطع الجاف بالليزر التقليدي. في WJGL، يحل نفث الماء محل تدفقات الغاز المساعدة ويعمل في وقت واحد كدليل موجي ليزر ووسيط تبريد وآلية إزالة الحطام. طالما أن الطول الموجي لليزر قابل للامتصاص بواسطة المادة المستهدفة، يمكن لـ WJGL معالجة المواد فائقة الصلابة أو الهشة أو الحساسة للحرارة بغض النظر عن التوصيل الكهربائي.
على عكس معالجة الليزر الجافة، يتم تبديد جزء كبير من طاقة الليزر في WJGL داخل نفث الماء بدلاً من داخل قطعة العمل مباشرة. يقوم نفث الماء بتبريد حواف الشق باستمرار بين نبضات الليزر، مما يمنع بشكل فعال تراكم الحرارة والإجهاد المتبقي وتكوين HAZ. علاوة على ذلك، تتيح كثافة الطاقة الحركية العالية لنفث الماء إزالة فعالة للمادة المنصهرة، مما ينتج عنه جدران قطع ناعمة خالية من النتوءات والحطام المعاد ترسيبه والتجاويف.
القوة الميكانيكية التي يمارسها نفث الماء على سطح قطعة العمل صغيرة للغاية (عادة أقل من 0.1 نيوتن)، وهي أقل بكثير من تلك التي تواجهها في معالجة الليزر التقليدية. نتيجة لذلك، فإن WJGL هي في الأساس عملية غير تلامسية مع الحد الأدنى من الضرر الميكانيكي. تشمل المزايا الإضافية مسافة عمل ممتدة، وعمق تركيز كبير، وقدرة قطع بنسبة عرض إلى ارتفاع عالية، وعرض شق دقيق يتراوح عادة من 25 إلى 150 ميكرومتر.
يعتمد WJGL على فرق معامل الانكسار بين الماء والهواء لتوجيه طاقة الليزر عبر الانعكاس الداخلي الكلي عند واجهة الماء والهواء، على غرار انتقال الألياف الضوئية. عندما يتم حقن شعاع ليزر في نفث ماء دقيق مستقر بزاوية أصغر من الزاوية الحرجة للانعكاس الداخلي الكلي، ينتشر الليزر على طول عمود الماء مع الحد الأدنى من التباعد حتى يصل إلى سطح قطعة العمل.
يتكون نظام WJGL النموذجي من أربع وحدات فرعية رئيسية: وحدة ليزر ووحدة بصرية، ووحدة إمداد بالمياه عالية الضغط، ووحدة غاز واقية، ورأس اقتران. يتم ضغط الماء فائق النقاء (5–80 ميجا باسكال) وطرده من خلال فوهة دقيقة بأقطار تتراوح من 10 إلى 200 ميكرومتر، مما يشكل نفث ماء مستقر يشبه الشعر. تصنع الفوهة عادة من الياقوت أو الياقوت الأحمر أو الماس لمقاومة التآكل والتلف الحراري. يتم تركيز شعاع الليزر بدقة عند مدخل الفوهة من خلال النوافذ والعدسات البصرية، مما يضمن اقترانًا فعالاً في نفث الماء.
يعد الاقتران الفعال لشعاع الليزر المركز في نفث الماء الدقيق مطلبًا حاسمًا لـ WJGL. أولاً، يجب أن يكون قطر بقعة الليزر أصغر من فتحة الفوهة لمنع فقدان الطاقة وتلف الفوهة. ثانيًا، يجب أن يفي التوزيع الزاوي للشعاع المركز بشرط الانعكاس الداخلي الكلي عند واجهة الماء والهواء.
يمكن تصنيف انتشار الليزر داخل نفث الماء إلى أشعة طولية وأشعة مائلة، اعتمادًا على مساراتها بالنسبة إلى محور النفاثة. يتم استخدام استراتيجيتين اقتران بشكل شائع: الاقتران قريب المدى عند مدخل الفوهة والاقتران بعيد المدى في نفث الماء الخارجي. يوفر الاقتران قريب المدى زاوية قبول أكبر وبقعة بؤرية أصغر ولكن قد يعاني من اضطرابات حرارية داخل الفوهة، في حين أن الاقتران بعيد المدى يخفف من التأثيرات الحرارية على حساب قيود هندسية أكثر صرامة.
تحدث إزالة المواد في WJGL من خلال عملية تفاعل ليزر وماء دورية. في البداية، يؤثر نفث الماء عالي السرعة على سطح قطعة العمل، مما يشكل طبقة رقيقة من الماء. تنقل نبضات الليزر الموجهة بواسطة نفث الماء الطاقة إلى سطح المادة، حيث تتحول الطاقة الممتصة إلى حرارة، مما يتسبب في ذوبان وتبخر موضعي.
يولد التكوين السريع للبخار أو البلازما ضغط ارتداد وموجات صدمة، والتي، جنبًا إلى جنب مع الفعل الميكانيكي لنفث الماء، تطرد المادة المنصهرة من الشق وتمنع تكوين طبقة إعادة الصب. تحيط البيئة المائية المحيطة بكتلة البلازما وتعيد توجيه موجات الصدمة نحو المادة، مما يعزز كفاءة الاستئصال. في نهاية كل نبضة ليزر، تنهار فقاعات البخار، ويتم التخلص من المادة المنصهرة، ويتم تبريد المنطقة المعالجة بسرعة قبل أن تبدأ النبضة التالية. تتيح دورة التسخين والتبريد المتكررة هذه تشغيلًا عالي الجودة مع الحد الأدنى من التلف الحراري.
يتضمن انتقال الليزر عالي الطاقة داخل نفث الماء حتمًا فقدان الطاقة بسبب الامتصاص والتشتت والتأثيرات البصرية غير الخطية مثل تشتت رامان. أظهرت الدراسات التجريبية والرقمية أن اضمحلال طاقة الليزر يزداد مع طول الإرسال وطاقة الليزر. تُظهر الأطوال الموجية الأقصر (مثل 532 نانومتر) بشكل عام كفاءة إرسال أعلى في الماء مقارنة بالأطوال الموجية تحت الحمراء (مثل 1064 نانومتر).
كشفت عمليات محاكاة متعددة الفيزياء التي تجمع بين الكهرومغناطيسية وانتقال الحرارة وديناميكيات الموائع أن زيادة قطر الشعاع يمكن أن تقلل من التباعد وتخفف من فقدان الطاقة الناجم عن انتهاك شروط الانعكاس الداخلي الكلي. ومع ذلك، لا يزال الفهم الشامل لانتشار الليزر عالي الطاقة في نفث الماء محدودًا، وهناك حاجة إلى مزيد من التحقق التجريبي والنمذجة النظرية لتحسين كفاءة توصيل الطاقة.
تم تطبيق WJGL على نطاق واسع على القطع الدقيق للمعادن مثل الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم وسبائك النيكل. بالمقارنة مع القطع بالليزر التقليدي، يقلل WJGL بشكل كبير من سمك HAZ وطبقات إعادة الصب وتلوث السطح. على الرغم من أن سرعات القطع أقل بشكل عام، إلا أن WJGL ينتج تكاملًا سطحيًا فائقًا وجدران شق ناعمة والحد الأدنى من التشوه الحراري، وهي أمور بالغة الأهمية لتطبيقات الفضاء والطب.
المواد الصلبة والهشة، بما في ذلك السيليكون والياقوت وزرنيخيد الغاليوم والماس، تمثل تحديًا خاصًا للتشغيل باستخدام الطرق التقليدية. يتيح WJGL القطع الخالي من الشقوق والتشقق المنخفض بجودة حافة ممتازة. في تقطيع رقائق أشباه الموصلات ومعالجة ركائز الياقوت، أظهر WJGL كفاءة قطع عالية وجدران جانبية ناعمة والحد الأدنى من التلف تحت السطح، مما يجعله مناسبًا جدًا لتصنيع الإلكترونيات الدقيقة والإلكترونيات الضوئية.
تستفيد المواد المركبة المتقدمة مثل CFRP ومركبات مصفوفة الألومنيوم ومركبات مصفوفة السيراميك بشكل كبير من معالجة WJGL. يعمل الجمع بين استئصال الليزر وتبريد المياه على قمع التقشر وسحب الألياف وتشقق المصفوفة بشكل فعال. تشير النتائج التجريبية إلى أن WJGL يمكن أن يحقق قطعًا بنسبة عرض إلى ارتفاع عالية مع الحد الأدنى من التدهور الحراري وجودة سطح فائقة مقارنة بطرق القطع الجاف بالليزر أو الميكانيكية.
على الرغم من مزاياه، تواجه تقنية WJGL العديد من التحديات. يحد اضمحلال طاقة الليزر داخل نفث الماء من كفاءة المعالجة، خاصة بالنسبة للتطبيقات عالية الطاقة. قد يساعد المزيد من البحث في وسائل التوجيه البديلة أو كيمياء المياه المحسنة في تقليل فقدان الطاقة. يعد التصغير المصغر لنفث الماء أمرًا ضروريًا لتحقيق دقة أعلى ولكنه يطرح تحديات في استقرار النفاثة وكفاءة الاقتران. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال صناعة الفوهات عالية الدقة والمحاذاة السريعة والدقيقة لليزر والماء ومنهجيات التحكم في العمليات الموحدة مجالات رئيسية تتطلب الابتكار.
يتطلب توسيع نطاق تطبيق WJGL ليشمل المواد فائقة الصلابة مثل الماس وزجاج الكوارتز والياقوت والسيراميك المتقدم أيضًا التحسين المنهجي لمعلمات المعالجة والتقنيات المساعدة.
تلخص هذه المراجعة بشكل منهجي المبادئ وآليات إزالة المواد والتقدم في تطبيق تقنية قطع الليزر الموجه بنفث الماء. نظرًا لآلية تفاعل الليزر والماء الفريدة، يتيح WJGL التشغيل عالي الدقة ومنخفض الضرر عبر مجموعة واسعة من المواد التي يصعب معالجتها. إن قدرته على قمع العيوب الحرارية وتحسين سلامة السطح وتقليل التلوث البيئي يسلط الضوء على إمكاناته القوية في صناعة الفضاء وتصنيع أشباه الموصلات وتصنيع الأجهزة الطبية.
على الرغم من أن التحديات المتعلقة باستقرار النفاثة وكفاءة نقل الطاقة وتعقيد المعدات لا تزال قائمة، فمن المتوقع أن تؤدي التطورات المستمرة في تكنولوجيا الليزر والتحكم في السوائل وتكامل النظام إلى زيادة تعزيز أداء WJGL. مع استمرار التعاون بين الأوساط الأكاديمية والصناعة، من المتوقع أن تصبح WJGL تقنية سائدة في التصنيع فائق الدقة، ودعم المتطلبات المتزايدة للصناعات عالية التقنية من الجيل التالي.
أدى التطور السريع لصناعات الفضاء وأشباه الموصلات والطب والطاقة إلى زيادة كبيرة في متطلبات الأداء للمكونات الهامة، مما أدى إلى دفع الابتكار المستمر في تقنيات القطع ومعدات المعالجة. بالمقارنة مع القطع الميكانيكي التقليدي، يوفر القطع بالليزر مزايا ملحوظة من حيث الدقة والكفاءة والتوافق البيئي. تشمل هذه المزايا إزالة المواد بدون تلامس وبدون إجهاد ميكانيكي، وقدرة واسعة على تكييف المواد للتصنيع المرن، وكفاءة معالجة عالية تم تمكينها عن طريق التحكم القابل للبرمجة، مما يجعل القطع بالليزر مناسبًا للتطبيقات ذات المساحات الكبيرة والدقة العالية.
وفقًا لمدة النبضة، يمكن تصنيف مصادر الليزر إلى ليزرات الموجة المستمرة، وليزرات النبضات الطويلة، وليزرات النبضات القصيرة، وليزرات النبضات فائقة القصر. توفر ليزرات الموجة المستمرة والليزر النبضي الطويل سرعات معالجة عالية ولكنها عادة ما تسبب مناطق متأثرة بالحرارة (HAZs) واسعة النطاق وطبقات إعادة الصب. يمكن ليزرات النبضات فائقة القصر، مثل ليزرات فيمتوثانية، أن تحقق نظريًا “المعالجة الباردة” عن طريق تحويل المواد مباشرة إلى بلازما؛ ومع ذلك، تظل كفاءة إزالة المواد محدودة، خاصة بالنسبة للتطبيقات الصناعية واسعة النطاق. توفر ليزرات النبضات النانومترية تكلفة أقل وكفاءة استئصال أعلى، لكنها في الأساس عمليات حرارية وغالبًا ما تؤدي إلى عيوب حرارية نموذجية، بما في ذلك التشققات الدقيقة وطبقات إعادة الصب. حتى معالجة ليزر فيمتوثانية قد تظهر تأثيرات حرارية غير مهملة في ظل معدلات تكرار عالية وكثافات طاقة عالية.
للتغلب على القيود الحرارية المتأصلة في معالجة الليزر الجافة، قدم الباحثون تقنيات الليزر المساعدة بالماء. من بينها، تمثل معالجة الليزر الموجه بنفث الماء (WJGL) تقنية هجينة فريدة تجمع بين توصيل طاقة الليزر ونفث الماء عالي السرعة. تم اقتراح المفهوم الأساسي لأول مرة في أوائل التسعينيات، تلاه التطوير والتسويق المنهجي بواسطة Synova، مما أدى إلى ظهور أنظمة الليزر النفاث الدقيق (LMJ). اليوم، تم تطبيق WJGL بنجاح على قطع وثقب وتخديد المعادن والمواد البلورية الهشة والماس والسيراميك والمواد المركبة.
تقدم هذه الورقة مراجعة شاملة لتقنية قطع WJGL، بما في ذلك مبادئ عملها، وآليات اقتران الليزر والماء، وعمليات إزالة المواد، وسلوك نقل الطاقة. تمت مناقشة التقدم الأخير في التطبيقات في المعادن والبلورات الهشة والمواد المركبة بشكل حاسم. يتم أيضًا تحليل التحديات التقنية واتجاهات التطوير المستقبلية لتوفير إرشادات منهجية لكل من البحث الأساسي والتنفيذ الصناعي لتقنية WJGL.
تجمع معالجة الليزر الموجه بنفث الماء بين مزايا تشغيل الليزر ونفث الماء عالي السرعة، مما يوفر فوائد مميزة مقارنة بالقطع الجاف بالليزر التقليدي. في WJGL، يحل نفث الماء محل تدفقات الغاز المساعدة ويعمل في وقت واحد كدليل موجي ليزر ووسيط تبريد وآلية إزالة الحطام. طالما أن الطول الموجي لليزر قابل للامتصاص بواسطة المادة المستهدفة، يمكن لـ WJGL معالجة المواد فائقة الصلابة أو الهشة أو الحساسة للحرارة بغض النظر عن التوصيل الكهربائي.
على عكس معالجة الليزر الجافة، يتم تبديد جزء كبير من طاقة الليزر في WJGL داخل نفث الماء بدلاً من داخل قطعة العمل مباشرة. يقوم نفث الماء بتبريد حواف الشق باستمرار بين نبضات الليزر، مما يمنع بشكل فعال تراكم الحرارة والإجهاد المتبقي وتكوين HAZ. علاوة على ذلك، تتيح كثافة الطاقة الحركية العالية لنفث الماء إزالة فعالة للمادة المنصهرة، مما ينتج عنه جدران قطع ناعمة خالية من النتوءات والحطام المعاد ترسيبه والتجاويف.
القوة الميكانيكية التي يمارسها نفث الماء على سطح قطعة العمل صغيرة للغاية (عادة أقل من 0.1 نيوتن)، وهي أقل بكثير من تلك التي تواجهها في معالجة الليزر التقليدية. نتيجة لذلك، فإن WJGL هي في الأساس عملية غير تلامسية مع الحد الأدنى من الضرر الميكانيكي. تشمل المزايا الإضافية مسافة عمل ممتدة، وعمق تركيز كبير، وقدرة قطع بنسبة عرض إلى ارتفاع عالية، وعرض شق دقيق يتراوح عادة من 25 إلى 150 ميكرومتر.
يعتمد WJGL على فرق معامل الانكسار بين الماء والهواء لتوجيه طاقة الليزر عبر الانعكاس الداخلي الكلي عند واجهة الماء والهواء، على غرار انتقال الألياف الضوئية. عندما يتم حقن شعاع ليزر في نفث ماء دقيق مستقر بزاوية أصغر من الزاوية الحرجة للانعكاس الداخلي الكلي، ينتشر الليزر على طول عمود الماء مع الحد الأدنى من التباعد حتى يصل إلى سطح قطعة العمل.
يتكون نظام WJGL النموذجي من أربع وحدات فرعية رئيسية: وحدة ليزر ووحدة بصرية، ووحدة إمداد بالمياه عالية الضغط، ووحدة غاز واقية، ورأس اقتران. يتم ضغط الماء فائق النقاء (5–80 ميجا باسكال) وطرده من خلال فوهة دقيقة بأقطار تتراوح من 10 إلى 200 ميكرومتر، مما يشكل نفث ماء مستقر يشبه الشعر. تصنع الفوهة عادة من الياقوت أو الياقوت الأحمر أو الماس لمقاومة التآكل والتلف الحراري. يتم تركيز شعاع الليزر بدقة عند مدخل الفوهة من خلال النوافذ والعدسات البصرية، مما يضمن اقترانًا فعالاً في نفث الماء.
يعد الاقتران الفعال لشعاع الليزر المركز في نفث الماء الدقيق مطلبًا حاسمًا لـ WJGL. أولاً، يجب أن يكون قطر بقعة الليزر أصغر من فتحة الفوهة لمنع فقدان الطاقة وتلف الفوهة. ثانيًا، يجب أن يفي التوزيع الزاوي للشعاع المركز بشرط الانعكاس الداخلي الكلي عند واجهة الماء والهواء.
يمكن تصنيف انتشار الليزر داخل نفث الماء إلى أشعة طولية وأشعة مائلة، اعتمادًا على مساراتها بالنسبة إلى محور النفاثة. يتم استخدام استراتيجيتين اقتران بشكل شائع: الاقتران قريب المدى عند مدخل الفوهة والاقتران بعيد المدى في نفث الماء الخارجي. يوفر الاقتران قريب المدى زاوية قبول أكبر وبقعة بؤرية أصغر ولكن قد يعاني من اضطرابات حرارية داخل الفوهة، في حين أن الاقتران بعيد المدى يخفف من التأثيرات الحرارية على حساب قيود هندسية أكثر صرامة.
تحدث إزالة المواد في WJGL من خلال عملية تفاعل ليزر وماء دورية. في البداية، يؤثر نفث الماء عالي السرعة على سطح قطعة العمل، مما يشكل طبقة رقيقة من الماء. تنقل نبضات الليزر الموجهة بواسطة نفث الماء الطاقة إلى سطح المادة، حيث تتحول الطاقة الممتصة إلى حرارة، مما يتسبب في ذوبان وتبخر موضعي.
يولد التكوين السريع للبخار أو البلازما ضغط ارتداد وموجات صدمة، والتي، جنبًا إلى جنب مع الفعل الميكانيكي لنفث الماء، تطرد المادة المنصهرة من الشق وتمنع تكوين طبقة إعادة الصب. تحيط البيئة المائية المحيطة بكتلة البلازما وتعيد توجيه موجات الصدمة نحو المادة، مما يعزز كفاءة الاستئصال. في نهاية كل نبضة ليزر، تنهار فقاعات البخار، ويتم التخلص من المادة المنصهرة، ويتم تبريد المنطقة المعالجة بسرعة قبل أن تبدأ النبضة التالية. تتيح دورة التسخين والتبريد المتكررة هذه تشغيلًا عالي الجودة مع الحد الأدنى من التلف الحراري.
يتضمن انتقال الليزر عالي الطاقة داخل نفث الماء حتمًا فقدان الطاقة بسبب الامتصاص والتشتت والتأثيرات البصرية غير الخطية مثل تشتت رامان. أظهرت الدراسات التجريبية والرقمية أن اضمحلال طاقة الليزر يزداد مع طول الإرسال وطاقة الليزر. تُظهر الأطوال الموجية الأقصر (مثل 532 نانومتر) بشكل عام كفاءة إرسال أعلى في الماء مقارنة بالأطوال الموجية تحت الحمراء (مثل 1064 نانومتر).
كشفت عمليات محاكاة متعددة الفيزياء التي تجمع بين الكهرومغناطيسية وانتقال الحرارة وديناميكيات الموائع أن زيادة قطر الشعاع يمكن أن تقلل من التباعد وتخفف من فقدان الطاقة الناجم عن انتهاك شروط الانعكاس الداخلي الكلي. ومع ذلك، لا يزال الفهم الشامل لانتشار الليزر عالي الطاقة في نفث الماء محدودًا، وهناك حاجة إلى مزيد من التحقق التجريبي والنمذجة النظرية لتحسين كفاءة توصيل الطاقة.
تم تطبيق WJGL على نطاق واسع على القطع الدقيق للمعادن مثل الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم وسبائك النيكل. بالمقارنة مع القطع بالليزر التقليدي، يقلل WJGL بشكل كبير من سمك HAZ وطبقات إعادة الصب وتلوث السطح. على الرغم من أن سرعات القطع أقل بشكل عام، إلا أن WJGL ينتج تكاملًا سطحيًا فائقًا وجدران شق ناعمة والحد الأدنى من التشوه الحراري، وهي أمور بالغة الأهمية لتطبيقات الفضاء والطب.
المواد الصلبة والهشة، بما في ذلك السيليكون والياقوت وزرنيخيد الغاليوم والماس، تمثل تحديًا خاصًا للتشغيل باستخدام الطرق التقليدية. يتيح WJGL القطع الخالي من الشقوق والتشقق المنخفض بجودة حافة ممتازة. في تقطيع رقائق أشباه الموصلات ومعالجة ركائز الياقوت، أظهر WJGL كفاءة قطع عالية وجدران جانبية ناعمة والحد الأدنى من التلف تحت السطح، مما يجعله مناسبًا جدًا لتصنيع الإلكترونيات الدقيقة والإلكترونيات الضوئية.
تستفيد المواد المركبة المتقدمة مثل CFRP ومركبات مصفوفة الألومنيوم ومركبات مصفوفة السيراميك بشكل كبير من معالجة WJGL. يعمل الجمع بين استئصال الليزر وتبريد المياه على قمع التقشر وسحب الألياف وتشقق المصفوفة بشكل فعال. تشير النتائج التجريبية إلى أن WJGL يمكن أن يحقق قطعًا بنسبة عرض إلى ارتفاع عالية مع الحد الأدنى من التدهور الحراري وجودة سطح فائقة مقارنة بطرق القطع الجاف بالليزر أو الميكانيكية.
على الرغم من مزاياه، تواجه تقنية WJGL العديد من التحديات. يحد اضمحلال طاقة الليزر داخل نفث الماء من كفاءة المعالجة، خاصة بالنسبة للتطبيقات عالية الطاقة. قد يساعد المزيد من البحث في وسائل التوجيه البديلة أو كيمياء المياه المحسنة في تقليل فقدان الطاقة. يعد التصغير المصغر لنفث الماء أمرًا ضروريًا لتحقيق دقة أعلى ولكنه يطرح تحديات في استقرار النفاثة وكفاءة الاقتران. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال صناعة الفوهات عالية الدقة والمحاذاة السريعة والدقيقة لليزر والماء ومنهجيات التحكم في العمليات الموحدة مجالات رئيسية تتطلب الابتكار.
يتطلب توسيع نطاق تطبيق WJGL ليشمل المواد فائقة الصلابة مثل الماس وزجاج الكوارتز والياقوت والسيراميك المتقدم أيضًا التحسين المنهجي لمعلمات المعالجة والتقنيات المساعدة.
تلخص هذه المراجعة بشكل منهجي المبادئ وآليات إزالة المواد والتقدم في تطبيق تقنية قطع الليزر الموجه بنفث الماء. نظرًا لآلية تفاعل الليزر والماء الفريدة، يتيح WJGL التشغيل عالي الدقة ومنخفض الضرر عبر مجموعة واسعة من المواد التي يصعب معالجتها. إن قدرته على قمع العيوب الحرارية وتحسين سلامة السطح وتقليل التلوث البيئي يسلط الضوء على إمكاناته القوية في صناعة الفضاء وتصنيع أشباه الموصلات وتصنيع الأجهزة الطبية.
على الرغم من أن التحديات المتعلقة باستقرار النفاثة وكفاءة نقل الطاقة وتعقيد المعدات لا تزال قائمة، فمن المتوقع أن تؤدي التطورات المستمرة في تكنولوجيا الليزر والتحكم في السوائل وتكامل النظام إلى زيادة تعزيز أداء WJGL. مع استمرار التعاون بين الأوساط الأكاديمية والصناعة، من المتوقع أن تصبح WJGL تقنية سائدة في التصنيع فائق الدقة، ودعم المتطلبات المتزايدة للصناعات عالية التقنية من الجيل التالي.
