Page 75 - 《橡塑技术与装备》2024年4期

新技术与新产品 陶永亮·激光技术在塑料加工中的应用与案例

约为 0.02 lx（光照度的单位），颜色鲜红，激光光斑
肉眼可见。若用功率最强的探照灯照射月球，产生的
照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。
激光亮度极高原因是定向发光，大量光子集中在一个
极小空间范围内射出，能量密度自然极高。激光亮度
与阳光之间的比值是百万级，具有亮度极高特点 ；激
光器输出的光，波长分布范围非常窄，颜色极纯。输
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出红光的氦氖激光器光的波长分布范围可窄到 2×10
nm，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二，激
图 1 SLS 工艺原理图
光具有颜色极纯特点 ；光子能量是用 E=hv 来计算的，
其中 h 为普朗克常量， v 为频率。频率越高，能量越高。 能和抗热变形性能 [13] 。如图 2 所示。
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激光频率范围 3.846×10 Hz 到 7.895×10 Hz，具有
能量密度极大的特点 [4] 。

2 激光在塑料加工中应用

激光技术在塑料加工中是激光系统最常用的场
景，按激光束与材料相互作用机理，激光加工分激光
热加工和光化学反应加工两种。激光热加工是用激光
束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包
括 3D 打印、切割（打孔）、焊接、打标、表面处理（改性） 图 2 SLS 打印尼龙方向盘件示意图（网图）
等 ；光化学反应加工是激光束照射到物体，借助高密
2.2 切割（打孔）
度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程，包括
激光切割就是将激光束聚焦在塑件表面，利用激
激光刻蚀、激光剥漆等 [10] 。
光的高温特性使材料熔化，用与激光束同轴的压缩气
2.1 3D 打印
体吹走被熔化的塑料产品，并使激光束与塑料产品沿
选择性激光烧结 SLS（Selective Laser Sinterin
一定轨迹作相对运动，从而切割形成一定外形的加工
g）将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍 [14]
过程 。
子的作用下将粉末铺平 ； CO 2 激光器激光束在计算机
激光切割优势：定位精度 0.05 mm，重复定位 0.02
控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完
mm ；激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的
成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉
功率密度，材料很快加热至气化程度，蒸发形成孔洞。
末，就可得到一烧结好的零件。SLS 优点在于选材较
随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度
为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂（覆膜砂）、
很窄的切缝，切口宽度为 0.10~0.20 mm ；切割面无毛
聚碳酸脂等都可以作为烧结对象，其原理如图 1 所示
刺，切口表面粗糙度一般控制在 Ra12.5 以内 ；切割速
[11]
。SLS 基于粉末床的激光 3D 打印技术，高分子基
度达 10 m/min，最大定位速度达 70 m/min，比线切
粉末是应用最早、最多、最成功的 SLS 材料。高分子
割速度快 ；无接触切割，切边受热影响很小，基本没
基粉末具有成型温度低、烧结所需的激光功率小可用
有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切
红外激光器。
缝不需后加工 ；可加工任意图形和切割管材及其它异
3D 打印提供了快速成型的方法，汽车制造借助 [15]
型材 。汽车塑件成型时，模内型芯对塑件成型有熔
3D 打印技术，用于汽车外形设计的研发，能够实现小
接痕影响其表面质量和强度，加工中对模具和成型工
批量定制部件和生产自动化 [12] 。3D 打印方向盘材质 ：
艺调试都是很困难，图 3 所示中四个连续小方孔间隔
FS3200PA（尼龙粉末材料），重量 255 g，精度 0.10
之间筋段是熔接痕产生地方，现将小方孔做成盲孔便
mm，SLS 加工。尼龙材料中加入玻璃微珠、碳纤维
于成型，四个小方孔用激光加工，间隔之间筋段没有
等材料能提高尼龙机械性能、耐磨性能、尺寸稳定性
年
2024 第 50 卷 ·27·