中國粉體網(wǎng)訊 激光切割是一種使用高能激光切割不同材料的工藝，該技術通過在封閉容器中放電刺激激光材料來產(chǎn)生集中光束，激光束集中在工件上，通過熔化、汽化或燃燒進行切割，以最高的精度和準確度將材料轉化為復雜的設計，它提供高質(zhì)量、光滑的飾面，幾乎不需要或不需要后處理。
隨著低空經(jīng)濟的全球性崛起，無人機、eVTOL（電動垂直起降飛行器）及衛(wèi)星通信裝備的輕量化需求激增。碳纖維復合材料（CFRP）憑借其比強度高、耐腐蝕性強等特性，成為低空飛行器結構件的理想材料。然而，CFRP的異質(zhì)性（纖維與樹脂結合）和各向異性導致傳統(tǒng)機械加工易引發(fā)分層、毛刺等問題，嚴重制約生產(chǎn)效率與產(chǎn)品可靠性。激光加工技術因其非接觸、高精度特性，逐漸成為CFRP高效成形的核心工藝。
激光加工碳纖維的三大主流技術
激光加工碳纖維復合材料的本質(zhì)是光-熱-化學耦合作用過程。激光束通過熱解或燒蝕機制去除材料，其效果受激光波長、脈沖寬度、能量密度及材料導熱性共同影響。目前加工碳纖維的主流激光技術可分為連續(xù)波激光加工、超短脈沖激光加工、復合輔助激光工藝三類。
連續(xù)波激光加工
采用高功率連續(xù)激光（如CO2激光：10.6μm，光纖激光：1.06μm）實現(xiàn)快速切割，通過熱累積效應汽化樹脂基體并斷裂碳纖維。相比傳統(tǒng)的機械加工方法，連續(xù)波激光加工碳纖維復合材料時，切割精度高、寬度窄，一般在0.1-0.3mm左右；切割面光滑，無明顯毛刺和瑕疵；熱影響區(qū)相對較小，一般熱影響區(qū)寬度在0.5-2mm左右，對材料的熱損傷較��；可以實現(xiàn)復雜圖形和曲線的切割，切割質(zhì)量高。
超短脈沖激光加工
超短脈沖激光加工具有超快、超強、超精密的獨特優(yōu)勢，其利用物理/化學效應，作用機制不同于傳統(tǒng)激光加工，有望成為CFRP低損傷高質(zhì)量加工手段。
飛秒（fs）、皮秒（ps）激光通過非線性吸收產(chǎn)生冷燒蝕效應，可在幾乎無熱擴散（脈寬1ps）條件下實現(xiàn)原子級材料去除。當使用皮秒、飛秒等超快激光加工CFRP時，其“冷”加工效果可輕松將熱影響區(qū)寬度降低到百微米甚至十微米以下。目前，極具代表性的華工激光碳纖維超快激光切割智能裝備，專門針對折疊屏手機減重設計需求而打造，可實現(xiàn)高精度碳纖維背板工藝槽切割，為行業(yè)應用批量化生產(chǎn)提質(zhì)增效。
復合輔助激光工藝
復合輔助激光工藝則是為了解決激光加工CFRP時熱損傷嚴重、加工效率較低等問題而提出的一種新型加工方法。這種方法結合了激光無接觸、無應力集中、靈活性強的特點，并通過水射流、機械加工等輔助手段減小材料加工的熱致?lián)p傷，提高加工精度。其中，水導激光加工和激光與機械復合加工是兩種常用的復合輔助激光工藝方法。
水導激光加工：利用高壓水射流（20-50MPa）引導激光并冷卻切縫，該方式能夠解決激光加工中飛濺物堆積、熱損傷嚴重等問題，為CFRP高質(zhì)高效加工提供了可能。
激光與機械復合加工：是在激光鉆孔的基礎上，預留一定精加工余量用于機械擴孔的復合工藝，主要應用于厚度較大的CFRP構件加工，有效避免了機械加工應力集中導致的材料易分層和激光加工熱影響區(qū)殘留、錐度較大等問題，提高激光加工效率的同時延長了刀具壽命。
激光加工碳纖維的應用領域
碳纖維復合材料憑借其高強度、輕量化、耐腐蝕等特性，已成為高端制造業(yè)的“明星材料”。隨著低空經(jīng)濟、新能源、航空航天等領域的快速發(fā)展，碳纖維激光加工技術已滲透到多個關鍵行業(yè)。
無人機：用于加工無人機的機翼、機身等結構件中的碳纖維復合材料，如切割出復雜形狀的碳纖維部件、在機翼結構上進行高精度鉆孔以安裝連接件等，能夠減輕飛機重量，提高飛行性能。
eVTOL：可對eVTOL的碳纖維機身、引擎蓋、傳動軸等進行加工，激光切割速度可達機械加工的5–10倍（如1mm厚CFRP切割速度10m/min），提升eVTOL量產(chǎn)效率。
高端裝備與工業(yè)制造：可對風力發(fā)電葉片、機器人機械臂等高端制造領域進行加工。例如瑞士ABB的YuMi機器人采用皮秒激光加工諧波減速器支架，表面粗糙度Ra1.6μm，壽命延長40%。
消費電子：用于加工碳纖維復合材料的電子設備外殼，如筆記本電腦外殼、手機外殼等，利用激光加工可以實現(xiàn)超薄、超輕的設計，同時提高外殼的強度和散熱性能，提升電子設備的品質(zhì)和競爭力。
體育用品行業(yè)：在自行車、球拍、滑雪板等體育用品的碳纖維部件加工中應用廣泛。如Scott自行車采用德國通快集團的TruPrint3000設備加工碳纖維材料的車把，打破了形狀和功能的界限。
參考來源:
Scott、大族粵銘激光、華工激光官網(wǎng)
李欣.激光加工碳纖維增強復合材料及其在航空航天領域應用
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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