激光切割材料：纸板究竟如何被切开

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  激光切割材料：光束对纸纤维的作用
• 2
  厚度与密度如何决定切缝
• 3
  锥度、焦痕与光洁边缘的极限
• 4
  纸板何时是合适的激光切割材料
• 5
  纸板等级与工艺选择

CO2 光源发射波长为 10.6 μm。纤维素和木质素对该波长吸收良好，能量集中在上层几层纤维，不会穿透。材料不像热塑性塑料那样熔化，而是被加热超过燃点、分解，并在切缝两侧留下焦痕线。

因此切割是一个带辅助气体的燃烧过程。喷嘴吹出空气或氮气穿过切缝，排出烟尘并抑制明火。辅助压力过低，焦痕变宽、边缘阴燃；压力过高，薄料会在切割头下抬起或抖动。

由于去除是热作用而非机械作用，没有刀具磨损，零件也不受切削力。这对易变形或已有压痕的激光切割材料很重要。模压需要钢刀和压板挤压板材，而光束完全不接触板材。

问题在于热积聚。辅助气体未带走的热量会沿纤维网络向侧面扩散。1 mm 薄板上几乎看不出来；6 mm 厚板上，底部边缘已烧焦而顶部边缘还没切净，纸板切割问题大多由此开始。

车间观察：同一标称等级、来自两家供应商的纸板，切割表现可相差 15-20%。激光切割材料中的纤维长度和回收料比例，会改变热量从切缝散出的速度。

切缝宽度是光束留下的槽宽。纸板上通常在 0.1 mm 到 0.4 mm 之间，且不是固定值。焦点位置、镜片焦距、功率和进给都会改变它。2 in 镜片光斑更小但焦深更短；4 in 镜片在厚板中能保持更深的聚焦。

焦深是厚料的限制因素。焦点在表面时，光束向下传播会发散，底部切缝比顶部宽。3 mm 以上材料把焦点设在厚度三分之一处，切缝壁更接近平行。

密度比厚度更重要。致密的压合板会快速把热量从切缝导走，需要更高功率、切得更慢。疏松的低密度板对切缝起隔热作用，切得快，但边缘更容易烧焦。两块 2 mm 板的表现可能完全不同。

含水率是第三个变量，也是最容易被忽略的。潮湿板材会先耗能蒸发纤维中的水分，然后才能切割。存放在潮湿房间的纸板可能需要多 10-15% 的功率，边缘呈褐色而非浅棕色。

对激光切割材料，我们把含水率当作工艺输入而非麻烦。生产前，板材至少与设备同处一室 24 小时。

纸板上的激光切割永远不会完全垂直。顶部边缘干净，底部边缘略宽且更深。2 mm 板典型锥度为每侧 0.05-0.1 mm；5 mm 板可达每侧 0.2 mm。若零件是平垫片或展示面板，没人会注意。

若零件是必须容纳 2 mm 销的槽，锥度就有影响。槽顶部紧、底部松。需要一致压配合的设计师，要么单面切割并接受锥度，要么改用模切件，由刀线给出直壁。

焦痕是表面效应，不是尺寸效应。它出现在光束出口处和辅助气体未能排净烟尘的地方。焦痕通常不改变配合，但影响外观，也可能蹭到手上。

对外观件，薄料用氮气切割，可减少氧化、边缘更浅。空气辅助成本更低，适合内部工装、夹具和无人拍照的包装原型。

标准纸板上光洁激光边缘的实际上限约为 6 mm。超过后，边缘质量下降的速度超过速度收益，铣削或模切是更好的路线。

当零件是平面、数量少且几何形状会变时，纸板就有优势。原型包装、装配验证工装、建筑模型、首轮装配用夹具。切新版本只需几分钟，因为无需重做模具。

零件需要标记时它也有优势。在我们的设备上，激光打标和雕刻最小字符高度为 1.5 mm，足以把零件号、方向箭头和装配说明直接烧在表面。无标签、无胶粘、无剥落。

需要结构刚度时它就不合适。瓦楞纸板一个方向硬、另一个方向软，激光切缝会切断承载的瓦楞。若零件要承力，应改用钣金或机加工塑料。

数量上升后它又落后了。超过几千件相同零件时，钢模刀每件更快，边缘也更干净。激光仍适合做原型，在花钱开模前验证刀模设计。

火灾风险确实存在，但可控。纸板会着火，低进给配高功率就是起火的常见原因。保持进给，功率与厚度匹配，绝不要让机器在纸料上无人值守运行。