激光切割亚克力：光束如何切割 PMMA

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  CO2 激光如何实际切割亚克力
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  光束下的浇铸与挤出 PMMA
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  切割边缘的外观及异常情况
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  亚克力激光加工的适用边界
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  保持亚克力零件整洁的图纸规则
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  切割后：粘接、后处理与公差链
• 7
  激光切割亚克力与其他亚克力工艺对比
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  CO2 设备激光切割亚克力的起始参数

CO2 激光发射波长为 10.6 μm，PMMA 在表面几微米内几乎吸收全部能量。板材不会一次熔透。材料受热超过约 105 °C 的玻璃化转变温度，随后解聚回甲基丙烯酸甲酯单体，辅助气体将蒸气吹出切缝。因此，参数调好的切割会留下光亮边缘，而不是烧焦边缘。

切缝很窄。3 mm 浇铸亚克力的典型切缝为 0.2–0.4 mm，小到多数设计师会忽略。但它不是零。若将压配接头两半排料并在同一台设备上切割，切缝会相互抵消。若一半用激光、另一半用铣刀加工，配合就会松动。

热量必须有去处。光束去除材料，但周围板材仍有约 0.1–0.3 mm 的热影响区。薄板上该区域不可见。10 mm 板上则表现为轻微锥度：壁顶部比底部宽，因为光束向下传播时离焦。

厚度决定一切。60 W 激光管在舒适进给下可切 3 mm。150 W 激光管可切透 10 mm，高功率工业设备配长焦距可切 20 mm。厚度每增加一档，时间成本不成比例上升，因此成本曲线并非线性。

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  吸收PMMA 对 10.6 μm 吸收强；聚碳酸酯和 PVC 表现完全不同。
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  切缝3 mm 板上为 0.2–0.4 mm；紧配合需计入。
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  热影响区切割旁约 0.1–0.3 mm 的软化材料。
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  锥度随厚度增大；约 6 mm 以上可见。

浇铸亚克力由单体在模具中聚合而成。挤出亚克力由连续板材经模头挤出。化学组成相同，但分子量不同，激光能察觉差异。浇铸板切边更干净、更光亮，后续机加工也更好。挤出板切割更快，每平方米成本更低。

挤出板在激光加工时有已知弱点。生产中被拉伸，板材带有内应力。切割释放应力，薄挤出件冷却后可能轻微翘曲。2 mm 板上影响小，长而窄的 5 mm 条上明显。浇铸板保持平整。

厚度公差比多数人预想的更重要。浇铸亚克力常见厚度公差为 ±10%，标称 5 mm 的板可能到货 4.5 mm 或 5.5 mm。若设计中有供板边滑入的槽，应按实际板材切割槽，而非按标称数值。

颜色会轻微改变吸收率。透明、白色、黑色和半透明色在小窗口内可用相同参数切割，但不透明白和深黑吸收更多能量，可能需要更慢进给或二次切割。透明色表现几乎与透明板相同。

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  浇铸边缘更干净，无应力翘曲，适合外观件。
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  挤出更便宜更快，但薄条切割后可能变形。
• 3
  公差厚度 ±10% 属正常；切割配合前先测量。
• 4
  颜色不透明白和黑可能需要更慢进给或二次切割。

浇铸亚克力正确的激光切割会留下火焰抛光边缘。它光亮、平滑，顶部略圆。多数人视其为成品表面，不再后处理。若边缘发灰无光，说明进给太慢，材料在光束中停留过久。若边缘出现细密垂直条纹，说明进给太快或功率波动。

边缘气泡是最常见的抱怨。气泡来自气体滞留，通常是辅助气压太低或焦点位置太深。提高空气或氮气压力、将焦点抬到表面略上方，通常可消除。8 mm 及以上厚板，少量边缘气泡很难完全避免。

微裂纹出现在切割后冷却过快时。亚克力中少见，但冷车间空气直接吹过热切边时会发生。让零件在静止空气中冷却，不要放在冬季敞开的门边。

激光打标是独立工序，规则不同。我们的激光打标与雕刻最小字符高度为 1.5 mm。低于此值，字母在亚克力上会糊在一起、无法辨认。

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  光亮边缘功率与进给正确；通常无需后处理。
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  边缘发雾或发灰进给过慢，材料过热。
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  垂直条纹进给过快或功率输出不稳定。
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  边缘气泡提高辅助气压，抬高焦点。

厚度是第一道限制。超过约 20 mm 后，激光切缝锥度明显变大，切割速度降到铣削更快也更便宜的程度。如果零件厚 25 mm，用带抛光刀具的铣床在成本和边缘质量上都优于激光。

孔有最小尺寸。小于约 1.5 倍板厚的孔难以切干净，因为光束无法从小圆中排出熔融材料。5 mm 板上孔直径保持 8 mm 以上，除非能接受较粗糙的内孔。

结构件不适合激光加工。亚克力抗冲击性低，尖锐内角处会应力开裂。激光切出的角就是尖内角，除非设计圆角。任何承力部位至少加 1 mm 圆角，并考虑改用更韧塑料的机加工件。

公差与机加工不同。激光在薄板上约 ±0.1 mm，厚板上更松，主要来自锥度。图纸要求 ±0.005 mm 时，那是 CNC 加工公差，没有激光能满足。

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  超过 20 mm锥度大、速度慢，铣削更优。
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  小孔孔径保持 1.5 倍板厚以上。
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  拐角加 1 mm 圆角；尖角会应力开裂。
• 4
  公差薄板 ±0.1 mm，随厚度增加而放宽。

给板材留出伸缩路径。亚克力每米每摄氏度约膨胀 0.07 mm，约为钢的七倍。四边全螺栓固定的大面板在温暖天气会翘曲或开裂。用长圆孔或加大间隙让面板能移动。

切割路径远离边缘。距板边 2 mm 内切割常产生崩边或毛边，因为没有足够材料导热。板尺寸允许时至少留 3 mm 边距。

考虑零件如何固定。小零件会从床面掉落并被摔伤。用牺牲垫板或带纸面保护膜的蜂窝台面可解决。切割时保留保护膜，切完再撕。

切割前规划装配。两个激光切割件要溶剂粘接时，同一批次、同一板方向切割。切缝和厚度差异随之匹配，接缝无间隙。

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  热膨胀约 0.07 mm/m/°C；大面板用长圆孔。
• 2
  边距尽量让切割线距板边 3 mm。
• 3
  保护膜保留保护膜，切后撕除。
• 4
  粘接配合件同批切割，保证切缝匹配。

溶剂粘接是把平板激光切割亚克力做成盒子或壳体的标准方法。二氯甲烷等稀溶剂通过毛细作用渗入接缝并焊接表面。只有间隙小时才有效，这也是配合件要一起切割的原因。间隙超过约 0.1 mm 就吸不上溶剂，接缝强度不足。

退火消除切割和机加工留下的内应力。亚克力的典型循环是缓慢升温至 80 °C，每 3 mm 厚度保温一小时，然后以不超过每小时 10 °C 的速度控温冷却。跳过这一步是激光切割亚克力件在装配数周后开裂的主要原因。

零件需要光学透明边缘时，激光切割只是第一步。切边光亮但并非光学平整。钻石抛光去除锥度和圆角，通常在零件切到近净形后进行。只在边缘可见处要求此工序，因为会增加成本。

凡需承力、各面光学透明或公差 ±0.005 mm 的零件，工艺就要改变。平板轮廓用激光切割亚克力，图纸需要型腔、螺纹或紧公差时转 CNC 加工。同一车间两种工艺都做，选择取决于几何形状而非供应商。

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  溶剂粘接间隙需小于约 0.1 mm 才能正常渗透。
• 2
  退火80 °C 保温、缓慢冷却，防止延迟开裂。
• 3
  钻石抛光提升光学透明度；仅用于可见边缘。
• 4
  工艺切换型腔、螺纹或 ±0.005 mm 转 CNC。