加工是通过对材料进行精确切割和成形来获得目标结构的关键制造环节。随着工业领域越来越多地采用高强度、高硬度的高性能材料，传统加工工艺在精度和表面质量方面愈发难以满足要求。

香港理工大学（PolyU）的一支研究团队提出了一种在金刚石切削过程中同时引入激光和磁场的多能场辅助加工技术。该方法能够显著提升切削表面的平滑度和质量，同时有效减轻材料表面下损伤，并降低刀具磨损程度。

这种双场协同的加工方式展现出优于现有单一场辅助切削技术的制造能力，使一系列难加工的先进材料实现超精密加工成为可能。

这项创新的多能场辅助超精密加工技术被命名为“原位激光-磁场双场辅助金刚石切削”（LMDFDC），由香港理工大学工业与系统工程学系教授、超精密加工技术国家重点实验室副主任杜珊教授及其团队研发。相关成果已发表在《国际极限制造杂志》（International Journal of Extreme Manufacturing）上。

所谓现场场辅助加工，是指在切削过程中，在刀具与工件的实际接触区域施加激光、磁场等外部能量场，以改善加工性能。

现有的场辅助切削技术各有局限。例如，激光场可以软化硬脆材料，使其更易切削，但过高的热量往往会导致材料局部熔化或产生坑穴；磁场则有助于降低切削力并增强散热，从而缓解切削过程中的热负荷，但其效果在不同材料间并不稳定，而且难以避免在高熵合金（HEAs）等高性能材料中，由硬质颗粒剥落引发的表面划痕问题。

LMDFDC通过将激光和磁场同时引入切削区域，使两种场的优势形成协同效应，并在一定程度上弥补各自的不足。

研究团队将这一新方法与“仅激光辅助”“仅磁场辅助”以及“无外场”三种切削方式进行了对比实验，对象为高熵合金工件。

借助多种先进表征手段，研究人员从工件表面形貌、表面下结构到原子级微观结构等多个层次，系统观察了材料在不同加工条件下的变化。

结果表明，在热-磁-机械多物理场的协同作用下，LMDFDC的加工性能明显优于单一场辅助方式，达到了传统方法难以实现的水平。

具体而言，磁场的引入增强了热传导能力，有效抑制了激光带来的过度热损伤；同时，激光对硬质颗粒起到软化作用，减少了颗粒剥落导致的划痕，并提升了切削过程的稳定性，从而获得更光滑的加工表面和更少的表面下损伤。

此外，双场耦合效应还能抑制因剧烈摩擦产生的刀具刃口堆积物，并减缓高温引起的刀具快速退化，显著降低刀具磨损，延长刀具使用寿命。

早在2017年，杜珊教授团队就提出了全球首个磁场辅助金刚石切削技术，在难加工材料的制造性能提升方面取得重要进展。

她指出，随着时间推移，单一场辅助加工技术在新型高性能材料的精密制造中逐渐显得不足。尤其是高熵合金，由于具备优异的强度和稳定性，在航空航天、能源等高端工程领域具有广阔应用前景，对加工技术提出了更高要求。

“LMDFDC的提出，标志着在加工这类新材料方面取得了关键技术突破，为超精密制造技术打开了新的发展方向。”她表示。

除了提出具有变革意义的双场辅助加工方案外，该研究还深入探讨了材料在双场作用下发生的结构与性能变化，以及这些变化如何改善加工效果。

这些工作加深了对场辅助加工过程中材料转变行为及其机理的理解，弥补了在面向多种先进材料设计未来多场加工方法时的关键知识空白。

杜珊教授补充道：“本研究是首批系统研究激光与磁场在超精密加工中如何协同作用，以及这种协同效应与单一场作用有何差异的工作之一。”

“其重要意义在于推动多物理场耦合制造理论的前沿发展，同时为发现和验证新的加工方法提供了理论与实验基础。”

目前，LMDFDC技术已进入专利申请阶段。研究团队计划进一步探索更多类型能量场的组合，以支持开发更通用、更稳定可靠的多物理场加工工艺体系。