雷射加工材料時保持工件表面沒有液體積聚的系統及方法與流程

2023-10-19 09:35:57 6

本發明涉及液體噴射引導雷射加工技術領域，尤其涉及使用液體噴射引導雷射加工材料時保持工件表面沒有液體積聚的方法和系統。

背景技術：

雷射技術適用於各種類型的材料加工，如切割，鑽孔，焊接，標記，雕刻和燒蝕材料。幾乎所有的材料都可以加工，例如金屬，金屬合金，陶瓷，金剛石，人造鑽石，碳纖維，藍寶石，石英，玻璃，塑料等。在幾乎所有情況下，使用聚焦透鏡將雷射聚焦成一個非常小的點上作用在工件上面，以產生足夠的能量進行加工。因此在整個加工過程中工件必須被精確地對準雷射聚焦點。

液體噴射引導的雷射技術，例如在專利EP 1940579B1和美國8859988B1，通過一個聚焦透鏡將聚焦的雷射耦合進入一個細的液體射束。這種耦合可以在耦合單元中進行。耦合單元可以包括金屬盒，聚焦透鏡安置在金屬盒的一側並且用雷射防護窗封閉。在盒相反的另一側安置噴嘴。在窗口和噴嘴之間向耦合單元提供液體，液體從噴嘴口噴出形成液體射束。在聚焦平面雷射點的能量進入液體射束內並通過內反射引導到工件上。此時因為加工所需要的能量在整個液體射束的任何長度層面上都是相同的，因此該方法免除了精確控制工件距離的操作。具有合適光導能力的任何液體可用於形成液體射束。

為了增加液體射束的長度和噴嘴與工作距離，輔助氣體可以如專利EP 1940579B1或專利EP 1833636B1中描述的那樣被結合到液體噴射。輔助氣體以噴流的形式作為液體射束的邊界層可以減少液體和周圍空氣之間的阻力，從而提高液體射流的層流長度。因此，液體噴射是由輔助氣體包圍通過相同的出口噴離出耦合單元。在耦合單元的內部，所述輔助氣體的流向是垂直於液體射流方向。例如，所述輔助氣體是在水平面方向撞擊液體射束，而液體射束是在垂直平面的方向噴射。之後液體射束由輔助氣體圍繞著從同一個出口噴出。

圖1示出了具有輔助氣體構成的液體噴射引導雷射束的現有技術。一種液體噴射引導的雷射束系統100可以包括一個具有噴嘴135的耦合單元130，液體，諸如水120，可以提供到噴嘴135，並通過耦合單元的孔在空腔160中形成液體射流140。雷射束110可以被聚焦進入噴液140中，例如，由透鏡115。內反射可以限制雷射束保持噴液內。液體噴射引導的雷射束能夠射向物體表面190，該雷射束可以通過一次或多次材料的切除以完成加工。

輔助氣體150可被輸送到耦合單元130的空腔160中。輔助氣體150可在垂直於液體射流140的方向運行，但是不與噴液相交。輔助氣體155可以包圍噴液，降低了噴液與外界空氣摩擦，並有可能擴大液體射流的層流長度。輔助氣體的性質可選擇能夠優化液體射流的層流長度的氣體，例如中等壓力時呈現低粘度的氣體。

由於輔助氣體150和液體射流140在同一個腔室160中混合，輔助氣體和液體噴射相互之間可能產生影響。例如，輔助氣體的壓力和流動特性可以被選擇以優化液體射流的層流。輔助氣體的其他操作條件可能對噴液產生不利影響。例如，輔助氣體的高壓可以縮短液體射流的層流長度，如果輔助氣體是更高的壓力，可能會破壞液體射束。

有需要改進液體噴射雷射技術，例如，在使用液體噴射引導雷射材料加工過程中，保持工件表面沒有液體積聚。

技術實現要素：

本發明的目的在於；針對現有技術的上述缺陷，提供一種使用液體噴射引導雷射加工材料時保持工件表面沒有液體積聚的方法和系統。

提供一種液體噴射引導雷射系統，包括：用於發射雷射束的雷射器；液體噴嘴組件；其特徵在於：噴嘴組件被配置成連接到液體供給線以形成液體射流；用於將雷射束與液體射流耦合的光學元件；空氣噴射模塊；所述空氣噴射模塊聯接到所述液體噴嘴組件；所述空氣噴射模塊包括內壁和外​​壁；所述內​​壁形成第一導管，用於接接收液體射流通過；所述外壁與其它零件的內壁形成環繞第一管道的第二管道；所述外壁包括一個氣體入口以連接到氣體供應管路以形成流通第二管道的氣體噴射；通過空氣噴射模塊的氣流圍繞著液體射流；空氣噴射和液體射流被配置以朝向工件；所述空氣噴射模塊內​​壁被構造使得氣流基本上與液體射流平行；所述內​​壁被構造成使得所述氣流從所述液體射流發散。

在上述液體噴射引導雷射系統，所述發散角小於30度，所述內壁包括至少一個孔，以形成在第一管道和第二導管之間的流體連通以進行真空補償；所述其它零件內壁的一端向外逐漸變細。

在上述液體噴射引導雷射系統中，所述空氣噴射模塊外壁的一端向外逐漸變細；所述內壁比外壁長。

在上述液體噴射引導雷射系統中，所述內壁包括一個用於接收輔助氣流的入口；，所述氣體供給管路包含不超過10帕壓力的壓縮氣體，所述氣體供給線路包括一壓縮氣體用10巴的最大壓力。

在上述液體噴射引導雷射系統中，所述氣體流動基本上與液體射流平行，氣體流從噴液發散；其中內壁包括至少一個孔，以提供第一管道和第二導管之間的流體連通。用於真空補償。

提供一種液體噴射引導雷射系統，包括：

一種用於發射雷射束的雷射器；

一種用於從液體供應形成噴液的噴嘴；

用於將雷射束耦合到液體噴射的光學元件；

空氣噴射支撐件；

所述空氣噴射支撐件連接到所述噴嘴；其中空氣噴射支撐件包括用於連接氣體供應管路以形成氣流的氣體入口；空氣噴射噴嘴；所述中空氣噴嘴被構造成使液體射流穿過；所述空氣噴嘴被構造成從物理結構上隔離液體噴射和氣流；所述空氣噴射噴嘴包括氣體流和液體噴射之間的流體連接通路，所述空氣噴嘴與所述氣流基本上與液體射流平行。

在上述液體噴射引導雷射系統中，所述空氣噴嘴被構造成使得所述氣體流從所述液體射流發散；所述空氣噴射噴嘴包括至少一個孔，以提供第一導管和第二導管之間的流體連通用於真空補償；所述氣體供應管路包含不超過10帕的壓縮氣體。

提供一種保持工件表面沒有液體積聚的方法，包括：

供給液體到液體噴嘴組件以形成液體射流，所述液體射流被構造成從第一管道射出並且朝向物體表面；

聚焦的雷射束到至少一部分液體射流上以形成內部反射；

供給的氣體流到空氣噴射模塊的第二管道，其中所述氣流被配置成環繞著第一導管中的噴液，其中所述環繞氣流被配置成與所述液體被物理結構隔離。

本發明提供的系統，使用液體噴射引導雷射束加工材料，同時保持所述工件表面沒有液體積聚的方法和系統。與雷射束一起施加一個氣流。氣流可以是空氣射流，它用來清理液體噴射引導雷射束加工物體的表面。它可以吹向雷射束的工作區域，從而減少由於液體噴射在工件表面上所積聚的液體。空氣射流離開氣體噴嘴時可被設置成為具有一定氣體壓力和流動速度以清除物體表面的液體，例如吹離液體以露出工件表面。此外，空氣射流可被構造成與液體射流互相不幹擾，從而可以最大限度地減少對液體射流的任何影響。

在以下的說明中，術語空氣射流可以包括氣體流，例如空氣流或任何其它氣體如氮氣，氬氣或氧氣的流。因此，「空氣噴射」一詞在本發明的描述中不限定於空氣的射流，還包括氣體或流體的射流，如氮氣流，或氣溶膠的流。

空氣射流可以被用於有或沒有輔助氣體的噴液引導雷射束。空氣射流可以提供輔助氣體無法達到的功能。例如，所述輔助氣體不能清除的凹面，如積聚液體的空腔。空氣射流，由於壓力可以獨立調節，可以在各種工作表面上吹離液體，例如，凹面或凸面上。由於輔助氣體是為了增加液體射流的層流長度，輔助氣體只能在有限的範圍內調節工作壓力和流量，因此不能清除工件表面的液體。由於輔助氣流與液體射流發生關係，它們互相之間形成90度角，這種高壓並且大入射角的輔助氣體能夠破壞液體射流。

本發明的空氣射流可被配置成包圍液體射流和在同一方向上運行，如與液體射流平行或大致平行。在下面的描述中，平行噴氣的詳細描述被作為典型空氣噴射方向的例子。但本發明並不局限與此，空氣射流方向可以與液體射流方向相同,例如平行，或者也可以形成-90到+90度之間的角度，例如 - 15度（朝向噴液15度）至+45度（分離開液體噴射45度），其中包括-10，-5，0，5，10，15，20，25，和35度。空氣射流可以與液體射流各自分別產生，例如，空氣射流可平行同時圍繞該噴液再通過耦合單元的固體分離器將它們相互分離。因此，空氣射流可獨立控制而對於噴液操作沒有影響或者影響最小。空氣射流和液體射流離開系統時，例如耦合單元，可以在兩個分開的出口，例如一個是中間出口，用於噴液、一個是周圍出口，用於噴氣。在一些實施方案中，可以包括輔助氣體，例如，液體射流由輔助氣體包裹，輔助氣體和液體射流可在系統中合併，例如耦合單元，再從同一個出口噴出。

本發明中的空氣射流可允許所述雷射束直接處理材料，因為在工作區已經沒有任何液體會產生潛在幹擾。空氣射流可在工件表面上減少液體，如保持表面乾燥，以優化液體噴射引導雷射束的工作效率。例如，通過減少在表面液體的量，可以將加工頭出口方向的背反射最小化或消除。此外，可以增加液體射束在接觸點表面上液體的量，而不用擔心液體會在表面累積而產生不利的影響。

本發明中的空氣射流可通過移除因為液體射流而產生的液體霧氣，或由液體霧氣積累的液滴，從而提高液體噴射引導雷射束的操作效果。例如，工件的加工過程中，液霧可以出現在雷射切割頭聯接部的出口部位。液體霧可以累積並以液滴的形式掉落。由於液體的表面張力，這個液滴可以被拉向，例如接近液體射束。在這種情況下液體射流會瞬間中斷，導致雷射加工不能正常進行。耦合單元的出口側可以採用機械方法使得重力將液體滴與液體射束分開，但是一些液滴仍然能夠被拉向液體射束，例如，對於表面張力強的液體。

本發明中的空氣射流可提高在三維工件腔裡面的液體噴射引導雷射加工。在加工期間，這樣的腔可以迅速充滿來自液體射束的液體。實際的噴液在到達工件的表面之前需要穿過液體滲透膜。這種液體膜可以是幾毫米至幾個釐米厚。這種液體膜可以破壞液體射束與外界環境的屏障，而雷射在液體射束中的內反射需要這個屏障。液體射流的動能不足以保持這種液體與環境的屏障。空氣射流可以被優化以清除空腔中的液體膜，至少在噴液的工作區域。使得噴液雷射可以加工三維結構的工件，而不受影響。為了達到這個目的，液體射流的壓力和空氣射流的壓力需要獨立地控制。

附圖說明

圖1所示具有輔助氣體構成的現有技術的液體噴射引導雷射束系統。

圖2A - 圖2B是本發明實施例示出的空氣噴射的效果。

圖3A - 3C是本發明實施例示出的空氣噴射的效果。

圖4A - 4C是本發明實施例示出的具有空氣噴射的液體噴射引導雷射束的操作。

圖5A - 5C是本發明實施例示出了空氣噴射的不同配置。

圖6A - 圖6C是本發明實施例示出的空氣噴射的不同流動方向。

圖7A - 7B是本發明實施例示出了使用液體噴射引導雷射束的流程圖。

圖8是本發明實施例示出了操作液體噴射引導雷射系統的流程圖。

圖9A - 9C是本發明實施例示出了不同的空氣射流示意圖。

圖10是本發明實施例示出了液體噴射引導雷射系統，包括具有空氣噴射噴嘴的耦合單元。

圖11A - 11D是本發明實施例示出的用於液體噴射引導雷射加工的耦合單元示意圖。

圖12是本發明實施例示出了操作液體噴射引導雷射系統的流程圖。

圖13是本發明實施例示出了操作液體噴射引導雷射系統的流程圖。

圖14A - 14B是本發明實施例示出了用於一種液體噴射引導雷射系統的耦合單元。

圖15是本發明實施例示出了用於液體噴射引導雷射加工的耦合單元示意圖。

圖16A - 16B是本發明實施例示出了使用具有空氣噴射的液體射流引導雷射束的流程圖。

圖17A - 17B是本發明實施例示出了用於液體噴射引導雷射加工的另一個耦合單元示意圖。

圖18是本發明實施例示出了用於液體噴射引導雷射加工的另一個耦合單元示意圖。

圖19A - 19B是本發明實施例示出了操作液體噴射引導雷射系統的流程圖。

具體實施方式

圖2A - 圖2B是是本發明實施例示出的空氣噴射的效果。在圖2A中，液體290可以在工件294的一個腔292中積聚。雷射束270可以在液體射束240中內反射。由於液體的積聚290，破壞了形成內反射所必須的空氣 - 液體界面，雷射束被發散277到積聚液體290中。發散的雷射束可以降低雷射朝向工件表面用於加工的能量。例如切割。

如圖2B所示，可以連同液體噴射240一起噴射空氣射流230。空氣射流可以是氣體或氣體/液體混合物的流。空氣射流可以清除積聚液體，例如將液體295吹離噴液以使得噴液的加工表面沒有液體積聚。雷射功率可以通過內反射到達工件上，從而保持最小或沒有雷射功率的損耗。空氣射流可以獨立於液體射流，壓力或流量調節範圍很大，而不會影響液體射流的操作。

在一些實施方案中，空氣噴射可被配置成包圍液體射流。包圍的空氣噴射可以清除液體射流以及雷射束工作區中的液體，嵌入在液體射流中的雷射束需要接觸到工件的表面才能產生作用。空氣射流也可以用於深切割時吹離液體，這種情況液體很容易蓄積。

圖3A - 3C是本發明實施例示出了空氣噴射的影響。圖3A示出了工件394的空腔392中切口310的短邊垂直截面圖。圖3B示出了切口310相應的頂視圖。圖3C示出了沿著切口310的相應的橫截面視圖，示出了切口310，噴液340可到達空腔392的底側，通過切割工件394的材料以形成切口310。包圍噴液340的空氣射流320沿噴液340運行，將液體噴射和雷射束工作區域345的液體吹離。空氣射流甚至可以清除切口310中的液體，以露出工作區345，使得雷射束能夠到達工件表面，而不會在積液中發散。

在一些實施方案中，空氣射流可連同輔助氣體使用。輔助氣體被配置可以優化液體射流的層流長度，而噴氣被配置可以優化工件的表面清理。因為很難用輔助氣體阻止空腔被液體所淹沒，因為最佳狀態的輔助氣體壓力也不足以從空腔中去除液體。輔助氣體的狀況，如增加輔助氣體壓力超出最佳工作範圍，會破壞或強烈降低液體噴射層流的長度。

在一些實施方案中，本發明公開了系統和方法，在使用液體噴射引導雷射進行材料加工時，保持工件表面沒有液體積聚從而使得液體噴射直接到達工件表面。利用一個可以控制壓力和流量的空氣射束衝擊液體射束附近的工件表面，以減少或清除累積在表面上的任何液體。空氣射流可被構造以減少或消除任何液體噴射中斷或飛濺，這個噴射中斷或飛濺是由於表面張力而拉向液體射束的液霧液滴引起的。例如，與所述液體射束相同方向並且包圍該液體射束的空氣射束可以將所述液霧液滴吸引到空氣射束中。此外，圍繞並且平行的空氣射束也可以協助改善噴液的層流長度。

圖4A - 4C是本發明實施例示出了具有空氣噴射的液體噴射引導雷射束的操作示意圖。在圖4A，液體源400，諸如水流源，被配置成產生一個噴液440。雷射束可以進入液體射流440中，其可以照射物體表面490進行加工處理，如切割物體。氣體源410，諸如壓縮空氣，氣體或流體源，被配置以產生一個氣體射束420。如以上所討論的，空氣噴射也可被稱為一個氣體噴射或流體噴射，包括氣體流或氣體/流體混合物流。利用分離器460將液體射流440和空氣噴射420分離，至​​少在噴液和空氣噴射的開始部分將它們分離。隔板可以使得噴液和空氣射流各自獨立控制，例如，高壓力和高流量的空氣噴射可以沒有或最小影響噴液的操作。

如圖4B所示、一個液體源402及氣體源412可以是兩個獨立的和分開的單元。例如，液體源402通過一個耦合單元以產生液體噴射442，雷射源用於聚焦雷射束到所述液體射流中和通過液體射流被引導到物體表面492。輔助氣源可選擇使用，在同一個出口包圍液體射束並一起發射出去。輔助氣體的參數可以被選擇以優化液體射流的層流長度。氣體源可以提供一個空氣射束422，可在噴液的附近衝擊物體表面。

如圖4C所示，氣體源414可以被嵌入液體源但是可以獨立操作，空氣噴射424可以與液體射流444在同方向運行。因此可以在一個接近液體射束的區域衝擊物體表面。

在一些實施例中，選擇空氣噴射器424的參數可以清除物體表面積聚的液體。例如，具有3維尺寸494的物體有時會有一個容納液體的腔·。因此液體噴射束中的液體很容易積聚在這個腔中，形成了能阻礙或幹擾液體射流的液體膜，例如，破壞攜帶有雷射束的液柱。空氣射流424可以清除液體膜，將液體450吹離工作區455。空氣噴射424由此可以清除任何累積的液體，為液體引導雷射束提供一個合適的表面414。

圖 5A- 5C是本發明實施例示出了空氣噴射的不同配置。系統500可以產生液體射束以引導雷射束540朝向物體表面590。系統500可以選擇性產生輔助氣體流包圍液體噴射引導雷射束540。.輔助氣體的配置可以優化改善液體噴射的層流，並且可以與液體噴射在同一個出口離開系統500。

圖5A，氣體源520可以集成到系統500中以產生空氣射束530。空氣噴射530可以在相同的方向，例如與液體射流540平行運行，並且可以包圍液體射流540，形成與噴液540同心的園環。空氣噴射530和噴液540可以從各自的出口噴離系統500，例如，使用液體射流和噴氣兩個單獨的噴嘴，空氣噴嘴環繞著液體噴射噴嘴。噴液和空氣射流的同心特徵可以提供徑向對稱配置，從而可以有效地改善了液體噴射引導雷射束的操作。同心壁可以被用來將空氣射流530和液體噴射540隔離開，至少在空氣射流530和液體噴射540離開系統500之前。

圖5B和5C顯示噴氣的其他選項。空氣射流可以被配置在相同的方向如平行於液體噴射。如圖5B所示，單獨的空氣噴射源522可以用來為液體射束540產生一個空氣射流532。如圖5C所示，空氣噴射源524可以集成到系統500中，它可以產生一個平行的空氣射流534.。不同的導管可用於將噴氣532/534與噴液540分開，至少在空氣射流和液體噴射離開系統500之前是這樣。

在一些實施方案中，空氣射流可與液體噴射形成一個角度以優化液體噴射引導雷射的操作。在一般情況下，空氣噴射可以構造使得空氣射流撞擊工件表面的位置處於或靠近所述液體噴射的表面。由於空氣噴射和液體噴射在離開各自的噴嘴之後會有潛在幹擾，空氣射流可以選擇從液體射流發散。

圖6A - 圖6C是本發明實施例的空氣噴射的不同的流動方向。圖6A，由於工件691可以靠近放置，例如、一個短距離651（小於2釐米，小於1釐米，或小於0.5釐米）到液體噴射引導雷射系統601，空氣噴射631可以朝向液體噴射束641的角度在0到-20度之間，或介於0和-10度之間。在雷射系統到工件的方向上如果空氣射流朝向液體射束如圖6A所示，那麼空氣射流和液體射流之間的角度可以被定義為負角度。如果工件是凸出或平的，雷射系統可以不受限制的在整個工件上面移動，可以使用短距離651，此時空氣噴嘴可以具有低壓和低流量，氣體源的操作參數（諸如壓力和流量）可調節以產生低壓力和低流量的空氣噴射。

如圖6B所示，工件692可以放置遠一點，例如，中距離652（約小於6釐米，小於2釐米，或小於1釐米）到液體噴射引導雷射系統602，空氣噴射632的方向基本上平行於液體射流642，或者偏離平行方向小於1或2度。如果工件是平的，使雷射系統在整個工件上面行進而不受到限制，可以使用中距離652。對於中距離空氣噴射可以具有中等壓力和流量。例如，氣體源的操作參數（諸如壓力和流量）可調節以產生具有中等壓力（例如低於6帕或小於2帕）和中等流量（例如低於6或小於2每分鐘標準升）空氣噴射。

如圖6C所示，工件693需要遠距離放置，例如、一個遠距離653（約大於1釐米，大於6釐米，或大於10釐米）到液體噴射引導雷射系統603，空氣噴射633的方向可以離開噴液643的方向，例如，介於0和30度或者0至45度之間。在雷射系統到工件的方向上如果空氣射流從液體射流向外，這時空氣射流和液體射流之間的角度可以被定義為正角度，如圖6C所示。如果工件具有不規則立體表面時，比如工件表面有一個凹陷的空腔，應當使用遠距離653。對於遠距離653，空氣噴射壓力可能需要增加，因為噴射遠距離653同時還要從一個腔中清除液體。例如，氣體源的操作參數（諸如壓力和流量）可調節以產生具有高壓（如大於10帕或大於6帕的壓力）和高流動性（例如大於10或大於6每分鐘標準升）。高的壓力和流量可以潛在幹擾的噴液，例如當平行或朝向噴液時可以縮短液體射流的層流長度。

在一些實施方案中，本發明公開了一種操作液體噴射引導的雷射系統，包括產生圍繞噴液的獨立氣流的方法和系統。獨立的氣流可以是氣流或含有氣體和一種液體的混合物的流，如氣霧流。獨立的氣流可以被配置與液體射流獨立，例如，在寬範圍的工作條件下不顯著影響噴液的操作。例如，該獨立可具有高的壓力，例如能夠在10帕或者更高壓力下運行而不顯著縮短液體射流的層流長度。獨立流動結構可以配置一個壁或者氣流和液體射流之間的隔離來實現，例如在耦合單元的內部，從而使氣體射流和液體射流可以各自分開方向運行，如大致平行或形成小的角度（例如，小於30度）。

圖7A - 7B是本發明實施例示出了操作噴液引導雷射束的流程圖。如圖7A所示，操作700提供了嵌入在液體噴射內的雷射束，例如通過一個系統將雷射束聚焦到液體噴射。該系統可選擇包括一個輔助氣體用於優化噴液層流。液體噴射可以指向物體和接觸到物體表面上。操作710提供氣體流，例如空氣射流到物體的表面上。氣流被配置以吹離液體從物體表面。例如，氣體流的壓力和流速可以設置將液體射束與物體接觸表面上的任何液體吹離。氣流可以被配置不影響噴液，如不與噴液相交。氣流可以被配置為獨立於液體噴射，例如，調整操作參數可以不顯著影響液體噴射。

如圖7B所示，操作730發出指向物體表面的雷射束。雷射束由一個液體噴射引導。操作740提供氣體流指向物體表面。氣流被配置為在相同的方向上運行，如基本平行於液體噴射和不與液體噴射相交，並且可以包圍該液體噴射。利用分離裝置使得氣體射流和液體射流平行運行的同時也保持相互分離，例如，氣體流和液體流分別從兩個獨立的噴嘴離開系統。氣流參數選擇為能夠將液體吹離物體表面。

在一些實施方案中，本發明公開了使用液體噴射引導的雷射加工材料的系統和方法。該方法包括產生被同心地引導並且圍繞噴液的空氣噴射柱。該系統可以包括在耦合單元內部採用機械結構將空氣射流的和噴液分離。空氣射流通過提供少量空氣以協助液體噴射克服噴嘴的出口側的真空影響。

在一些實施方案中，本發明公開了一種操作液體噴射引導的雷射系統和方法，包括改變空氣噴射的操作條件，例如，方向，壓力和流量。例如，對於平的或凹下去的工件，雷射系統可以運行接近工件表面，以提高從雷射器傳遞到工件表面的功率。噴氣方向可與噴液平行，或者可以朝向噴液。氣體壓力可以較低，例如小於5帕，小於2帕，或小於1帕的壓力。氣體流也可以低，例如小於5 SLM（每分鐘標準升），小於2 SLM，或小於1 SLM。

在一些實施方案中，不同的空氣噴射噴嘴可以被用來提供不同的流動方向。例如，具有平行壁的空氣噴射噴嘴，例如壁平行於液體射流流動方向，可以用於產生平行於液流的噴氣。具有發散壁的空氣噴嘴，例如壁朝著出口埠分開，可被用來產生發散的空氣射流，例如離開液體噴射流。

圖8是本發明實施例操作液體噴射引導的雷射系統的流程圖。在操作800，工件的坑槽深度是確定的。坑槽深度可以被確定為從一個腔體的底表面到達該工件最高表面頂部的最大距離。底表面可以是雷射系統處理的腔的底表面。在一些實施方案中，設計的切削深度應該考慮到坑槽深度的尺寸。因此，底表面，既雷射系統處理的最深空腔的底面，到工件的最高表面可以被作為計算的最大距離。操作810提供一個液體噴射引導的雷射系統，設置它的液體噴射層流長度比坑槽深度大的噴液。例如，使用具有層流長度比坑槽深度大的噴液雷射系統來加工工件。在一般情況下，該雷射系統的設置要高於工件的最高表面，同時噴液可以從雷射系統耦合單元的液體噴嘴朝向併到達工件的空腔底表面。

操作820調整氣體源的壓力，以形成一個空氣噴射到達物體表面並且清除物體表面的液體。在一些實施方案中，最大壓力可以是10帕或更高。氣源的壓力可基於工件的坑槽深度和/或者工件表面的液體保持能力進行調整。例如，如果坑槽深度小，例如小於1釐米，工件不會積累多的液體，例如、一個傾斜的平坦的工件，使得液體的表面容易排水、一個低壓，例如，小於1帕，例如0.05到1帕之間，或0.5到1帕之間都可以使用。如果坑槽深度是大的，例如，大於0.5 cm或1釐米，由於深腔的存在工件可以累積液體，例如在空腔中。高壓可以被用來清除液體表面的積液，例如，將噴液周圍區域的液體吹離。噴氣壓力可以小於10帕，如在0.5到10帕之間，或在1至10帕。

操作830調節空氣噴射到物體表面的方向，以減少與所述液體噴射幹擾。空氣射流的角度可以基於工件的坑槽深度和/或工件的液體保持能力進行調整。空氣射流的角度可以通過更換適當的空氣噴嘴，例如不同類型的空氣噴嘴具有不同的氣體方向，諸如平行氣體方向，從液體噴射發散的氣體方向，或朝向液體噴射會聚的氣體方向。

圖9A - 9C是本發明實施例示出了不同的空氣射流示意圖。耦合單元可被構造成允許液體噴射和空氣噴射從不同的導管通過。例如，可以在物理結構上將引導噴液的導管和引導空氣射流的導管分離。因此，空氣噴射和液體射流可在耦合單元的出口合併而沒有任何幹擾。例如，空氣噴射和液體射流可平行運行，或可以形成角度，使得空氣噴射和液體射流在耦合單元到工件表面之間這段距離上不會相交。

在一些實施方案中，本發明公開了一種用於處理工件的液體噴射引導雷射系統。液體噴射引導雷射系統可包括一個發射雷射束的雷射器，連同一個光學元件，諸如反射鏡和/或透鏡，用於將雷射束與液體環境耦合。液體環境可包括一個組件，以產生液體射流。雷射束可耦合進入所述液體射流並且在射流中進行內反射。可以將一個噴嘴模塊連接到一個液體供應管路用於形成液體射流。液體供應管路可包括液體源，例如水源或醇源，這是一種壓力液體可以進入到噴嘴模塊。

液體噴射引導的雷射系統可包括一個空氣噴射模塊，以產生氣體流（其可以是氣體流或氣/液混合物的流動）。氣流可以被配置以清除所述液體噴射引導雷射系統工作表面上的液體，例如圍繞液體射流的表面區域。由於液體射流攜帶液體，當液體射流接觸工件表面時，有些液體可在工件表面積累。累積的液體可以幹擾液體噴射引導的雷射系統的操作，諸如消除或改變空氣 - 液體界面的邊界條件，這會改變雷射束的方向。

圖9A，耦合單元900可包括一個窗口（未示出），噴嘴組件910和空氣噴射模塊950。噴嘴組件可包括一個孔以形成液體射流940。窗口可以被配置以隔離來自噴嘴的液體射流940產生的液體環境與雷射束的乾燥環境。

空氣噴射模塊連接液體於噴嘴模塊，例如，接受從液體噴嘴模塊中產生的液體射流940，同時也能夠形成圍繞但是與液體噴射分離的氣體流930。例如，空氣噴射模塊950可以包括一個雙管結構，如一個內管952和外管954，內管可以形成第一導管922，用於接受噴液通過。例如，內管可具有中空圓筒形，該中空部的直徑大於所通過的液體射束直徑。中空圓筒頂部可以有一個較大開口用於連接液體噴嘴模塊中的腔952。中空圓柱體可具有直管部用於引導液體噴射以形成層流。

空氣噴射模塊的內管和外管可以形成圍繞所述第一導管的第二導管926。第二導管可以被配置為接受氣體流，例如，外管可包括用於連接到一個氣體供應管路的氣體入口。來自供給管路的氣體流通過第二管道產生氣體射流。氣體射流可以環繞液體噴射。氣流930，例如可以是空氣射流，可以與液體噴射940同一方向流動，例如，平行於液體射流940。例如，所述外管可以被配置使得所述氣流基本上與液體射流平行。例如，外管可以構造使得氣體基本上平行於液體射流，例如內管的外表面可以構造基本上平行於液體射流，從而當氣流離開空氣噴嘴時的方向也是基本上平行於液體噴射方向。空氣射流930可以在物體表面990吹離液體995以使得液體射流940可直接作用在物體表面，而不會遇到任何液體膜。空氣射流可以由氣體供應管路產生，其可以包括一個壓力小於或者等於10​​帕的壓縮氣體。氣體供應管路的壓力被構造成相對於所述液體噴射可以獨立可調。

在一些實施方案中，內管可以包括至少一個孔923，以提供第一導管和第二導管之間的流體通路。例如，少量的氣體可以進入噴嘴組件的空腔952，以補償由於液體射流形成的真空。其它配置也可以使用一個單獨的氣流引入到空腔952進行真空補償。

在一些實施方案中，內管952和/或外管954的末端可以暴露於外部環境中向外形成錐形。例如，內管952的末端965形成一個傾斜面或錐形向外表面，它可以引導液滴離開噴液940。外管954末端960也可以形成傾斜面或錐形向外表面，使得空氣噴嘴930可以引導圍繞著液體射束的液體霧氣遠離噴液，從而有助於防止液體滴被拉向液體射束。

在一些實施方案中，內管可以比外管長。例如，錐形表面965可突出於錐形表面960。替代地，外管也可以長於內管。例如，錐形表面960可突出超過錐形表面965。

在一些實施方案中，內管可被構造成使得所述氣體流發散或會聚於液體噴射。例如，內管的外表面可以是從液體噴射向外遠離的錐形，從而氣流可以在離開空氣噴嘴時形成與液體噴射一個發散角的方向。發散角可以小於45°，小於30度，小於25度，小於20度，小於15度，小於10度，或小於5度。在一些實施方案中，可以提供多個具有不同發​​散角度的噴嘴，便於選擇適當發散角的空氣噴嘴。

圖9B中，空氣噴射噴嘴的內管952A可具有向外的錐形，例如，錐形內管952A外表面可以被配置以使得外面的空氣射流930A與裡面的液體噴射流940呈現發散角度。內管952A可以有一個中間通路用於液體射流940，可以有一個環形通路用於噴氣930A。噴氣930A可以與液體噴射940在同一個方向上流動，例如，從液體噴流940發散出去，發散角也就是所述圓錐形表面與液體射流流動方向的角度可小於45度，例如小於10，20，30或40度。

如圖9C所示，內管952B可具有一個向內的錐形形狀，例如，圓錐形內管952B的外表面可以被構造成使得所述外面的空氣射流930B會聚到裡面的液體射流940。。內管952B可以有一個中間通路用於液體射流940，可以有一個環形通路用於噴氣930B。噴氣930B可以與液體噴射940在同一個方向上流動，例如，向液體射流940會聚，會聚角也就是所述圓錐形表面與液體射流流動方向的角度可小於45度，例如小於10，20，30或40度。

耦合單元可以採用不同的配置用於引導噴氣。耦合單元和空氣噴嘴的端部表面可以是平的或錐形的用於向外排出液滴（例如，離開噴液）。用於空氣射流可以有不同形狀的導管，如同心導管用於平行空氣噴射，向外彎曲導管用於空氣射流向外發散。

在一些實施方案中，本發明公開了一種用於加工工件的具有插入式空氣噴嘴的液體噴射引導雷射系統。空氣噴嘴插件可被設置在一個耦合單元用於將液體噴射和空氣射流分離。插入件有各種式樣可以更換，可以產生不同的空氣噴射結構。

圖10是本發明實施例示出了液體噴射引導雷射系統，該系統包括具有空氣噴射噴嘴的耦合單元。液體噴射引導雷射系統可包括一個雷射器1010，和用於將雷射束與液體噴射耦合在一起的耦合單元1000。耦合單元1000可以包括光學元件，例如一個窗口1050用於將液體1045與雷射系統1010隔離開。雷射系統1010包括雷射束，它可以被聚焦到液體，例如部分液體或部分液體噴射，從而在噴液中形成內反射。

耦合單元1000可以包括一個噴嘴1060，其可以被配置用於產生朝向工件1090表面的液體射流，同時也能夠將雷射耦合到所述液體射流。例如、一個液體源可以提供一種液體1045到液體入口1046。該液體可以形成液體射流1040，例如，通過噴嘴或噴嘴組件1060。噴嘴組件1060可以包括一個腔室或空腔1052用於穩定噴液。

耦合單元可包括空氣噴射噴嘴1021，它可以包括一個內導管1022用於液體噴射通過。空氣噴嘴1021構造成將空氣射流1020與噴液從物理上分開，例如屏蔽液體噴射1040不受外部影響，例如屏蔽液體噴射1040不受空氣噴射1020影響。空氣噴射噴嘴可以有一個空心圓柱的形狀，中空部分的直徑大於所述液體噴射直徑以使得液體噴射通過。中空圓筒頂部可以有一個較大開口用於連接噴嘴模塊中的腔1052。中空圓柱體可具有直管部分用於引導液體噴射形成層流。

耦合單元可包括空氣噴嘴支撐件1025，它也可以用作耦合單元的主體或支撐件。空氣噴嘴1021和空氣噴嘴支撐件1025共同形成一個外導管1026，其可以圍繞內導管1022。氣體或氣體/液體混合物1024可以被提供給外導管1026，例如通過氣體入口1027，以形成空氣射流1020。由於空氣噴射和液體噴射由隔板形成物理結構上的分開，例如一個壁，例如空氣噴嘴1021，空氣噴射和液體射流可彼此獨立，這意味著各自可以有一個寬範圍的操作條件，包括空氣噴射的壓力和流量可以寬範圍調節同時不至於或極少影響噴液的操作。另外，空氣噴射的方向可以調整，諸如向外傾斜，使得空氣射流從液體噴射發散，此時較高壓力和流量的空氣噴射可以不影響噴液。

在一些實施方案中，液體噴嘴1060可以在噴嘴的出口有一個腔1052，以優化液體射流，例如，可以穩定液體噴射。腔1052可以具有低的壓力，例如低於外部環境壓力。低壓，例如在真空條件下，在液體射流形成時可以產生一些湍流。

在一些實施方案中，本發明公開了提供氣體到所述液體噴嘴的腔，以補償真空壓力。該氣體可以被提供來自氣源，或來自空氣射流。例如，在空氣噴嘴的孔1023可以降低真空水平，例如，增加液體噴嘴空腔1052區域的壓力。空氣射流可以由氣體供應管路產生，其可以包括一個壓力小於或者等於10​​帕的壓縮氣體。氣體供應管路的壓力可被構造成相對於所述液體噴射獨立可調。

在一些實施例中，空氣噴射噴嘴的一端1070可以是向外錐形，形成一個向外傾斜的表面或錐形表面，它可以使得任何液滴從遠離噴液1040的位置落下。空氣噴嘴支撐件的一端1072也可以向外錐形，形成一個向外傾斜的表面或錐形表面，它可以使得任何液滴從遠離噴液1040的位置落下。空氣噴嘴可以比空氣噴嘴支撐件更長一些，例如，在空氣噴嘴的端部與空氣噴嘴支撐件的端部之間可以有一個距離1075.。

圖11A - 11D是本發明實施例示出了用於液體噴射引導雷射加工的耦合單元原理示意圖。圖11A顯示了耦合單元的橫截面圖。 11B - 11D顯示了在耦合單元中不同空氣噴嘴1170，1172，1174的透視圖。透明窗口1120可以被用來將雷射束1110和液體噴射1140的液體部分隔離開。透鏡（未示出）可用於將雷射束1110聚焦到噴液中。液體噴嘴1150可連接到窗口1120，並且留下一個小的間隙，用於接受液體，例如來自液體源1145的水。耦合單元中間有一個開口用於液體出口以產生液體射流1140。噴嘴在相對另一端擴張以形成一個腔1152，可以改善噴液1140的層流。

空氣噴射噴嘴1170與液體噴嘴1150連接以形成一個封閉腔1152從而將噴液1140引導到出口。空氣噴嘴1170可在外部形成氣體流，氣體源1135通過該空氣噴嘴產生氣體流1130。空氣噴嘴可以環繞液體射流，並形成一個平行於液體射流方向的空氣射流1130。因此空氣噴嘴1170被配置以產生一個獨立於噴液1140同時也平行和環繞該噴液的空氣射流1130。空氣噴嘴能夠在空氣射流1130和噴液1140之間形成隔離，例如，噴液和空氣噴射在耦合單元的出口是各自分開的兩個出口。空氣噴嘴可以提供一種隔離從而使得空氣射流可以單獨控制，例如控制壓力和流速，以達到最佳的表面清除效果，同時不影響液體射流的操作。

不同的空氣噴嘴示於圖11B - 11D。如圖11B所示，空氣噴射噴嘴1170可具有一垂直的外表面，例如表面平行於液體射流方向，使得外表面與噴液流動方向的角度大約為零。如圖11C所示，空氣噴射噴嘴1172可具有垂直向外的外表面，例如，表面與液體射流的方向形成發散角，使得外表面與液體射流流動方向的角度1192大於零。這樣的角度方向使得當撞擊物體表面時空氣射流從噴液發散出去。在圖11D、一個空氣噴嘴1174可具有一個垂直向內的外表面，例如，表面與液體射流方向形成聚合角，使得外表面與液體射流流動方向的角度1194是小於零。這樣的角度方向使得當撞擊物體表面時空氣射流會聚於液體噴射。當液體射流撞擊物體表面時，會聚的空氣射流可以接近噴液，但不會干擾噴液。

空氣噴嘴的底部1157可以是外錐形，例如，引導任何液滴從液體噴射的遠距離滴落從而最小幹擾液體噴射。同樣地，耦合單元1155的底部1159也可以向外錐形，例如遠離噴液通過的中央部。

在一些實施方案中，空氣射流1130可以構造以吸引或引導液體霧氣離開液體噴射1140。例如，錐形表面1157和1159對大液滴有效果，但是對小的液滴不太有效，如出現在錐形表面的液霧。而空氣射流可以引導液霧遠離液體噴射，從而防止液體薄霧的累積和潛在破壞噴液操作。

圖12是本發明實施例操作液體噴射引導的雷射系統的流程圖。操作1200供給液體到噴嘴模塊以形成液體射流，所述噴液被配置以通過由空氣噴射模塊的內管形成的第一導管。操作1210聚焦雷射束，至少在液體射流的一部分形成內部反射。操作1220供給氣流到第二導管以形成空氣射流，其中，所述空氣噴射模塊的內管和外管之間形成第二導管，其中所述空氣射流被配置成包圍液體射流，其中所述空氣射流和液體射流被引導朝向工件。

圖13是本發明實施例示出了操作液體噴射引導雷射系統的流程圖。操作1300供給液體到噴嘴形成液體射流，所述噴液被配置成通過空氣噴嘴內的第一導管。操作1310聚焦雷射束至少在液體射流的一部分形成內部反射。操作1320供給氣流到第二導管以形成空氣射流，其中，所述第二導管是由空氣噴嘴的外側和空氣噴嘴支撐件的內側之間形成。其中，所述空氣噴射被配置成包圍液體射流，其中，所述空氣噴射噴嘴將空氣噴射和液體噴射屏蔽開來，其中，所述空氣噴射和液體噴射被引導朝向工件。

圖14A - 14B是本發明實施例示出了用於一種液體噴射引導雷射系統中的耦合單元。耦合單元1401可以是數控銑削製作的金屬零件。在其頂部有用於接收雷射束的錐形入口1402。它的下面是雷射窗口1403。在雷射窗口1403和液體噴嘴1404之間有鑽孔，液體通過這個鑽孔充滿了雷射窗口1403和液體噴嘴1404之間的間隙。液體噴嘴1404通過一個從耦合單元底部安裝的反向螺紋零件1406支撐固定。在反向螺紋零件1406和液體噴嘴1404之間安裝有一個流體導管狀插入件1407，例如空氣噴射噴嘴。在該插入件上面有一個同心鑽出的中心孔1408，液體噴射1409流過該中心孔，並且與空氣噴射1410被機械分離.。所述空氣噴射1410是由耦合單元1401內的獨立鑽孔1415產生的。耦合單元1401內部的機械分離機構產生了一個圍繞著液體噴射1409並且同心同方向的圓環柱狀氣體噴射1410，其中的液體噴射和氣體噴射一個在裡面一個在外面同時從耦合單元的下面噴出。另外，流體導管狀插入件1407入口連接到一個鑽孔1415用於產生耦合單元內的空氣噴射，流體導管狀插入件的形狀被構造成使得所述空氣噴射1410與液體噴射1409都是同樣向下的方向。

反向螺紋零件1406和流體導管狀插入件1407二者在出口處都是凸形或圓錐形。凸形或圓錐形可以用來引導累積的液霧從遠離液體噴射1409的地方滴落。向下的空氣噴射1410作為圍繞著液體噴射1409的圓環柱形屏障，能夠及時的將反向螺紋零件1406中心附近的液霧液滴吹離。流體導管狀插入件1407上面的孔1411用於平衡在液體噴嘴1404腔中的壓力。

在一些實施方案中，空氣射流可與輔助氣體一起使用。輔助氣體可以優化噴液層流長度，例如增加液體射流的穩定性，從而使得液體射流更長和穩定。輔助氣體可以環繞液體射流，在同一個腔裡面產生，並且可以在同一個出口噴出。空氣射流可以處理物體表面，例如從表面清除任何累積的液體。空氣射流也可以環繞噴液（和輔助氣體），並且可以在耦合單元中一個單獨的區域產生並且從不同的出口射出以使得相互之間的幹擾最小。

圖15是本發明實施例用於液體噴射引導雷射系統耦合單元的示意圖。透明窗口1520可以被用來將雷射束1510的乾燥部分與液體射流1540的液體部分隔離開來。透鏡（未示出）用於將雷射束聚焦到液體射束中。液體噴嘴1550可以連接到窗口1520，並且留下一個小的間隙用於接受來自液體源的液體，例如水。液體噴嘴的中間有一個孔用於產生液體噴射。噴嘴的另一端形成一個腔1552，這個腔用於改善噴液1540的層流狀況。

輔助氣體流1580可被引入到腔體1552，例如，來自一個氣源1585。輔助氣流1580可以流向噴液射束，然後包圍著液體射束一同朝向出口噴出。輔助氣體可以調整，例如，具有較低的壓力和/或流量，以及時進行所述腔中的真空補償。真空是由於腔1552中的液體噴射壓力所產生的，這可能會影響噴液操作，如造成不穩定的液體噴射。

空氣噴嘴1570可連接到耦合單元，例如，形成一個腔1552和引導噴液1540到出口。空氣噴嘴1570的外部被成形以能夠接受來自氣體源1535的噴氣1530。空氣噴嘴可以環繞液體射流，並接受在一個平行方向的空氣射流1530。因此，空氣噴嘴可以被配置為產生一個平行和環形柱狀並且獨立於噴液1540的空氣射流1530。空氣噴嘴可以在空氣射流1530和噴液1540之間形成一個固體部分，從而使得液體射流和空氣噴射在兩個分開的噴嘴離開耦合單元。空氣噴嘴可以形成一個固體分離，從而使得空氣噴射，例如獨立控制壓力和流速，以達到最佳的表面淨化效果，同時又不幹擾液體射流的操作。

如圖所示，空氣噴嘴1570具有平行的外表面以提供平行的空氣射流，例如空氣射流與液體射流在平行的方向流動。其他配置可以使用，如發散或收斂的外表面，以提供發散或會聚的空氣射流，空氣噴射在同一方向上流動，但是不平行於液體噴射。

圖16A - 16B是本發明實施例示出了使用空氣噴射操作的液體噴射引導雷射束的流程圖。圖16A，操作1600使液體流到一個耦合單元以形成液體射流。操作1610聚焦雷射束到所述液體射流，從而形成一個液體噴射引導的雷射束。操作1620形成同一方向上運行的，如平行於液體射流的氣流。氣流和液流被固體部分隔離。氣流被配置以清除液體射流接觸的表面。在一些實施例中，氣流被配置成包圍液體射流，並且與液體射流相同的方向流動。

圖16B，操作1630在耦合單元上設置一個空氣噴射噴嘴，其中所述耦合單元可操作用於形成液體射流。操作1640形成由液體噴射引導的雷射束。操作1650形成一個與液體射流相同方向，例如平行的氣流。該氣流由空氣噴嘴與噴液隔離。

在一些實施方案中，本發明公開了一種方法，當使用液體噴射引導雷射系統進行材料加工時，保持工件表面沒有液體積聚。該方法可以使用一個同心並且圍繞著液體噴射​​的圓環柱形空氣噴射。空氣噴射由一個流體結構引導使得與液體射流同心並且方向相同，該流體結構從機械構造上將空氣噴射與液體射流隔離開。液體射流和空氣噴射分別通過各自的出口離開所述耦合單元。在噴射到工件的過程中，空氣噴射和液體射流之間的隔離和流動方向在離開耦合單元之後（在耦合單元外部）也都是一直保持完好。空氣噴射的壓力可以獨立控制和調節，例如，根據工件的形狀。任何氣體可被用作空氣噴射，例如空氣或潔淨的乾燥空氣。空氣噴射可以操作用於降低液體射流，例如水，和環境氣體如空氣之間的動摩擦。空氣噴射可被配置以避免因為液體霧氣積累而滴落進入液體射流。

在一些實施方案中，本發明公開了一種裝置，當使用液體噴射引導的雷射系進行材料加工時，保持工件表面沒有液體積聚。該裝置可以包括一個空氣噴射機構，其可以包括可更換的空氣噴嘴，其位於所述液體噴嘴的下方。可更換的空氣噴嘴可以允許使用不同長度的流體結構，以適應每一個不同工件的加工要求。

機械流體結構可以被配置作為引導空氣噴射，並把它與液體噴射隔離。機械流體結構可以包含一個或多個排氣孔，從而將空氣噴射連接到所述液體噴嘴腔，以利用空氣噴射中的空氣補償液體噴嘴腔中的真空，該真空是由於耦合單元內液體噴射壓力低於空氣噴嘴壓力所產生的。真空將空氣拉向噴嘴腔。

在一些實施方案中，耦合單元中反向螺紋零件和空氣噴射機構二者在出口處都是凸形或圓錐形，用來引導累積的液霧從遠離中心鑽孔和液體噴射的地方滴落。

在一些實施方案中，耦合單元的空腔可以形成一個低於出口處壓力的真空，該出口用於液體流過並且形成液體射流。真空可以影響液體噴射的操作，如造成不穩定的液體噴射。為了避免在噴嘴下方真空的出現，所述腔可設置通路與外部環境聯通以平衡壓力。例如，在空氣噴嘴頂部可以製作多個豎直定向的小鑽孔，它們將空氣噴射與噴嘴腔連接。小鑽孔的方向相對於所述正常空氣噴嘴的角度可以是- 45°到+45°之間。從而使空氣射流不是強制性噴入到噴嘴腔，而僅僅是作為一個通道，通過該通道噴嘴腔可利用真空效應將空氣吸入。

圖17A - 17B是本發明實施例示出的用於液體噴射引導雷射系統的另一個耦合單元示意圖。圖17A示出了耦合單元的截面圖。圖17B示出了耦合單元中空氣噴嘴1770的透視圖。透明窗口可用於將雷射束的乾燥部分和液體射流1740的液體部分隔離。液體噴嘴1750可連接到窗口1720，並且留下一個小的間隙，用於從液體源接受液體。該噴嘴的上面中間有一個開口用於液體流出並且形成液體射流1740，在下面的中間有一個張開形狀以形成腔體1752，用於改善噴液1740的層流。

空氣噴嘴1770可連接到液體噴嘴，並且形成封閉腔1752和將噴液1740引導到出口。空氣噴嘴1770外表面的形狀構造成可以接受來自氣體源1735的噴氣1730。空氣噴嘴可以環繞液體射流，並產生一個平行方向的空氣射流1730。空氣噴嘴1770可以有一個或多個小孔1775，將空氣射流1730連接到腔1752。可以平衡腔與外部的壓力差，從而可以減少或消除腔中的真空。

如圖所示，空氣噴嘴1770具有平行的外表面以提供平行的空氣射流，例如空氣噴射在平行於液體噴射的方向流動。其他配置可以使用，如發散或會聚的外表面，以提供發散或會聚的空氣射流，例如空氣噴射在同一方向上運行，但是不平行於液體噴射。

圖18是本發明實施例示出了用於液體噴射引導雷射加工的另一種耦合單元示意圖。透明窗口可用於將雷射束的乾燥部分和液體射流1840的液體部分隔離。噴嘴1850可連接到窗口1820，並且留下一個小的間隙，用於接收來自液體源的液體。該噴嘴的上面中間有一個開口用於液體流出並且形成液體射流1840，在下面的中間有一個張開形狀以形成腔體1852，用於改善噴液1840的層流。

輔助氣體流1880可被引入到腔體1852，例如，從一個氣源。輔助氣體流1880可以流向液體射流，然後包圍液體射流並且一起朝向出口流動。輔助氣體可以調整，例如，具有較低的壓力和/或流量，使得在所述腔可以進行及時的真空補償。真空是由於腔1852中的液體噴射壓力所產生的，這可能會影響噴液操作，如造成不穩定的液體噴射。

空氣噴射噴嘴1870可連接到液體噴嘴，並且形成一個封閉腔1852和引導噴液1840到出口。空氣噴嘴可以環繞液體射流，並接收在相同方向流動的噴氣1830，例如平行方向。因此，空氣噴嘴可以被配置為產生一個平行和環繞的空氣噴射1830，該空氣噴射與液體噴射1840互相獨立。空氣噴嘴1870可以有一個或多個小孔1875，它連接空氣射流1830與腔1852，該孔1875可均衡腔與外部的壓力差，從而可以減少或消除在空腔區域中的真空。

如圖所示，空氣噴嘴1870具有平行的外表面以提供平行的空氣射流，例如空氣射流在平行於液體射流的方向流動。其他配置也可以使用，如發散或收斂的外表面，以提供發散或會聚的空氣射流，例如空氣噴射在同一方向上運行，但是不平行於液體射流。

圖19A - 19B是本發明實施例示出了操作液體噴射引導雷射系統的流程圖。在圖19A，操作1900使液體流入到空腔區域，再從空腔的出口以液體射流的形式噴出。噴液內部有雷射束。操作1910利用腔和氣流之間的流體通路均衡腔中的壓力。

圖19B中，操作1930提供一種空氣噴射噴嘴到耦合單元。耦合單元可操作用於形成液體射流。操作1940形成一個液體噴射引導的雷射束。操作1950形成例如平行於液體射流方向的氣流。氣流由空氣噴嘴與噴液隔離。操作1960利用耦合單元和氣流之間的流體通路均衡耦合單元中的壓力。