瞬间，激光像画笔一样移动

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  激光像画笔一样移动在 1,064 nm 下的含义
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  切缝宽度、锥度与热影响区
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  激光切割的边界与铣削的接手
• 4
  排样、装夹时间与真正的成本驱动因素
• 5
  让激光件保持低成本的设计规则
• 6
  平板件：激光切割与 CNC 铣削对比

光纤激光发出约 1,064 nm 的光。该光束经透镜聚焦成 0.1 至 0.3 mm 宽的光斑。光斑处功率密度可达 10^6 W/cm² 以上，因此金属不会逐渐熔化，而是在微秒内汽化，切边保持狭窄。

随后切割头移动。在龙门机上，直线电机驱动切割头沿 X、Y 轴运动，板材保持夹紧。1.5 kW 光源在 1 mm 低碳钢上可走 30 至 80 m/min。路径看起来平滑，因为加速度高，且控制器让光束始终保持在编程轮廓上。

这就是画笔的类比。画笔随手移动画出线条；激光随切割头移动切出切缝。金属不是被推到一边，而是以熔滴和蒸气形式，被 10 至 20 bar 的辅助气体从切缝中吹出。

这个类比有一处不成立。画笔可以抬起并在任意位置重新起笔。激光切割闭合路径必须有引入线，因为光束总得从某处进入材料。这条引入线就是瞬间留下的唯一痕迹。

切缝是光束去除的槽。1 mm 不锈钢、1.5 kW 光源、氮气辅助时，切缝约 0.1 至 0.2 mm。6 mm 低碳钢、氧气辅助时，切缝扩大到 0.4 至 0.6 mm。切缝决定可切的最小内圆角，约为切缝宽度的一半。

锥度是切缝顶部与底部宽度之差。参数合适时，薄板锥度可控制在 0.05 mm 以内。进给速度过高，切缝底部收窄成 V 形；进给过低，切边挂渣，因为熔融金属未被干净排出。

热影响区（HAZ）是切缝旁组织发生变化的区域。1 mm 冷轧钢的 HAZ 常小于 0.1 mm；6 mm 板材可达 0.3 mm。对多数支架和盖板无关紧要；对承受疲劳载荷或需焊接的零件则有影响。

切边质量取决于气体。氮气给出光亮、无氧化切边，通常 Ra 0.8 至 1.6 μm。氧气切割更快，但留下深色氧化层和较粗糙切边，通常 Ra 1.6 至 3.2 μm。若零件后续粉末涂装或焊接，氧化层通常可接受；若需阳极氧化，则不可接受。

激光切割是 2D 工艺，切穿板材，不切入板内。零件一旦需要型腔、沉孔、螺纹或指定角度的倒角，激光就无法加工。这些特征需要旋转刀具，即 CNC 铣削或车铣复合中心。

厚度是下一个边界。1.5 kW 光纤光源切 1 mm 低碳钢可达 30 至 80 m/min，但同一光源切 12 mm 板材会降到约 1 m/min，切边质量下降。碳钢超过约 20 mm，通常等离子或水刀更合适。

特征尺寸也重要。激光可在 1 mm 板上切 1 mm 孔，但孔会带锥度，直径公差宽松，常为 ±0.1 mm。若孔需为定位销保持 ±0.005 mm，应在激光切割后钻孔或铣削。先激光、后机加是常见顺序。

材料反射率是最后一道限制。铜、黄铜和铝会反射很大一部分 1,064 nm 光。现代光纤光源用合适参数可加工这些金属，但薄反射板仍可能速度慢或不稳定。0.5 mm 铜板，专用光源或其他工艺往往更快。

激光切割几乎没有工装成本。无需制作工装夹具，单件支架和 500 件批量使用同一程序。因此它适合原型制作和小批量生产。装夹是排样和切割程序，不是实体模具。

成本主要在排样。零件排布在标准板材上，通常为 1,250 × 2,500 mm 或 1,500 × 3,000 mm。好的排样利用 70% 至 85% 的板材。排样差会浪费材料，而材料常是激光切割报价中最大的一项。

切割长度也影响加工节拍。周长长、内部开口多的零件比简单矩形耗时更长。薄板上差异小；6 mm 板材上，3 m 切割路径每件可增加数分钟。

同一平板件批量超过约 10,000 件时，冲压或模切在单件成本上可能优于激光，因为模具成本可分摊到产量中。低于此量，计入模具及其制作交期后，激光通常更便宜。

孔径至少等于板厚。1 mm 板上切 1 mm 孔可行，但锥度难以控制。1 mm 板上切 2 mm 孔切边干净、公差更好。若孔关键，请在图纸上注明，以便切割后钻孔。

内角保持圆角。尖锐的内角会迫使光束减速并反向，留下小的停留痕迹，并可能使转角过热。半径至少为板厚的一半即可避免。在 CAD 模型中添加圆角，不要写在注释里。

排样时零件之间至少留 2 mm，距板边至少 3 mm。间距更近时，骨架变弱会导致零件移位，移位的零件会毁掉整张板。骨架是切割结束前固定零件的剩余连接材料。

在封闭轮廓上添加引入线和引出线。引入线是光束穿孔并进入路径的位置。把它放在废料区或非关键边缘。在可见边缘上，引入痕迹在阳极氧化后会显现，且无法抛光去除。