文/胡伦珍1-3，郭庆川1-3，汤泉1,2，杨冰洁1, 2，侯玉强1, 2

1-激光与光学研究中心，安徽大学 

2-安徽柏逸激光科技有限责任公司 

3-信息材料与智能感知安徽省实验室，安徽大学

PC/ABS材料是一种聚碳酸酯（PC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）共混改性而成的工程塑料，其兼具两种材料的优势：包括PC的高冲击强度、耐热性、透明性（可制成半透明或透明材料），以及ABS的加工流动性、表面光洁度、成本可控性。由于其自然光泽度高，可直接喷涂、电镀或激光雕刻，常应用于消费电子产品如笔记本/平板外壳、手机中框/结构件以及汽车零部件。

PC/ABS材料切割

在笔记本键盘及外壳制造工艺中，PC/ABS材料的切割与铣削环节至关重要。传统手工切割虽然成本低廉，但存在精度差、边缘毛刺多、易损坏材料等弊端，仅能适用于小规模、非精密的加工场景。CNC铣削切割则精度较高、边缘质量较好，但需频繁更换铣刀，导致产能受限。相比之下，激光切割因其非接触式的加工特性[1]，可有效避免机械应力引起的键盘外壳微裂纹或变形问题，切割边缘可自然熔融形成光滑镜面，省去了传统切割工艺中繁琐的砂纸打磨工序，且具备复杂几何形状的一次成型能力。

CO₂激光切割机相较于其他加工方式，初始成本投入虽较大，但在切割速度、加工精度、端面质量等方面均展现出显著优势[2]。其输出波长为10.6µm，与塑料中C-H、C-O化学键的吸收特性相匹配，能量转化为热能的效率高，能够快速熔化或汽化材料，实现精准、干净的切割效果。然而高功率激光可能导致PC/ABS分子键断裂，使切割区域变脆，影响键盘的结构强度，且参数处理不当会导致粉尘堆积严重，切割边缘异色等问题。

基于以上因素，本研究针对键盘和笔记本外壳常用材料（PC/ABS）的切割和阴刻LOGO需求，开发了一套集成视觉定位的CO₂激光加工系统，并对其加工质量和效率进行了评估。研究结果可为激光技术在工程塑料复合材料加工领域提供实践参考与理论支撑。

实验设备

（1）设备参数

CO₂激光键盘切割设备（如图1所示）整体尺寸为1100mm×1200mm×1600mm，重量达850kg，配备5kW、220V、50Hz的电源，吹气压强控制在0.5~0.7Mpa范围内。其X轴和Y轴的最大移动距离为450mm，Z轴的最大移动距离为150mm。

设备核心采用新锐CO₂激光器（最大功率100W，光束质量M²＜1.2），配备赛普森/SS-14/光斑14mm的振镜以及幅面为140mm×140mm的场镜。配有视觉识别相机和水冷系统。识别相机能够将产品精细划分成四个区域进行拍照拼接，实现对所有料头的精确定位，定位误差严格控制在小于0.01mm的范围内。综合考虑机台误差及轴精度误差，最终切割误差被精准控制在0.03mm以内。

图1：CO₂激光键盘切割设备示意图。

（2）切割流程

该设备的切割流程高度自动化且精准有序，如图2所示。首先，机械手翻转操作将未加工产品精准放置在加工平台上，随后将加工完成的产品有序放到皮带线上。气缸下压装置牢固固定产品，X轴带动产品平稳移动至加工位。此时，相机启动拼接拍照功能，精准确定所有切割的正确位置后开始切割作业。切割完成后，X轴退回至上料位，准备进行下一轮加工循环。

图2：键盘切割流程图。

图3：相机的四个分区。

键盘切割测试结果

（1）键盘切割要求

毛刺是衡量激光切割质量的关键因素之一。毛刺的去除往往需要额外的加工工序与人力物力投入，因此可通过观察毛刺的量和程度，直观地判断切割质量的优劣。

在切割PC/ABS材料时，由于其导热性能相对较差，切口附近容易产生并累积较高温度，进而引发氧化现象。不同温度下氧化深度存在差异，导致切口处颜色呈现多样性。除此之外，切割速度过慢、焦点位置不准确以及辅助气体纯度低等因素，均会导致板材表面出现变色现象。

图4：键盘外观图。

为了实现高质量切割，需满足在将残材与壳体有效分离的同时，无损切割壳体，并严格保护壳体免受激光损坏，如图4所示。设备平台设计有间距相等的小孔阵列，可以通过供气系统吸附固定样品，确保样品水平度良好。在确定精准的加工路径后，通过合理调整工艺参数（如加工速度、切割次数、激光功率等）进行样品切割，以达到最佳切割效果。

（2）测试结果

经实际测试，CO₂激光器切割后键盘边缘无毛刺，切割厚度1mm，振镜扫描速度1000mm/s，单个产品总加工时间约为20s，其中激光与机壳相互作用的时间预估仅为0.15s。

切割后的键盘边缘光滑平整，表面无损伤，实现了快速且高质量的切割效果，如图5所示。这充分体现了CO₂激光器在键盘切割领域的应用优势。

图5：（a）CO2激光切割前的样品图；（b）激光切割后的样品图。

机壳阴刻LOGO测试要求

激光加工因其高精度和高效率的特性，尤其适合精细图案或复杂字体的雕刻，能够实现边缘锐利且无毛刺的效果，并通过调节功率实现深浅可控的雕刻，无需频繁更换刀具，仅需通过软件控制路径，即可实现快速打标，单件加工时间通常在秒级。

而传统的机械铣刀属于接触式加工，受刀具尺寸限制，细小结构易产生毛边，需要后续去毛刺处理，且需根据图案复杂度更换不同刀具，走刀路径耗时较长，效率较低。

（1）机壳阴刻LOGO测试要求

为确保测试结果的准确性，所有试样在切割前必须保证光滑平整，以消除表面不平整对实验结果的干扰。

阴刻加工要求边缘无毛刺、无缺口、无异色、无卷边等问题，LOGO阴刻深度精确控制在0.35mm，以保证后序的贴片效果外观。如图6所示是传统CNC铣削阴刻及贴片完成效果。

图6：传统CNC铣削阴刻及贴片完成效果。

（2）实验过程

本研究选用上述CO₂激光笔记本键盘切割设备，在机壳阴刻LOGO测试过程中，需使用辅助设备进行旁轴吹气和抽烟除尘，以保证加工质量。

图7所示是未优化吹气系统前的加工效果。可以发现在加工过程中，粉尘易聚集在切割区域周围，作为隔热介质，阻碍了切割区域向周围材料的热扩散，致使热量在切割区域滞留时间延长，引发热影响区过度氧化或碳化，导致机壳发黑。

图7：未优化吹气系统前的加工效果。

（3）机壳阴刻LOGO测试结果

为了避免碳化和粉尘堆积，同时需综合优化切割参数，如加工速度、激光器功率、焦点位置等。

本次加工填充方式采用交叉填充模式，填充间距为0.1mm/110°，加工速度为150mm/s，激光器的输出功率为9%，加工次数为两次。

图8所示为测试结果，LOGO轮廓尺寸为38mm×7.5mm，阴刻深度达到0.35mm，总体节拍时间为20s。

图9为另一组实验，LOGO轮廓尺寸为40mm×14mm，阴刻深度达到0.5mm，加工时间46s。边缘均未出现明显翘边、异色情况，热影区小，达到目标要求。

图8：（a）低倍图；（b）高倍图；（c）高倍图。

图9：机壳阴刻LOGO效果。

此外，我们也用355nm紫外纳秒实验平台进行了机壳阴刻LOGO测试。实验发现，由于单次加工深度低，多次加工后热量堆积，发黑、变形严重，且边缘出现明显翘曲现象，未达到理想阴刻效果，如图10所示。

图10：紫外纳秒阴刻机壳LOGO效果。

总结

PC/ABS凭借其均衡的性能和成本优势，成为了消费电子和汽车领域广受青睐的一种工程塑料。本文通过聚焦于CO2激光器在PC/ABS加工中的应用优势与技术优化，详细介绍了CO2激光器键盘切割设备的参数及工作流程；并通过优化实验参数实现了键盘切割边缘光滑平整、表面无损伤的高质量切割效果。在机壳阴刻LOGO实验中，解决了边缘毛刺、缺口、异色、卷边等问题，LOGO阴刻深度可精确控制。未来的研究将聚焦于进一步优化设备参数与工艺流程，探索CO₂激光器在更多工程塑料复合材料加工领域的应用潜力，推动激光技术在制造业的深入发展。

参考文献

1. 曾俊皓.CO₂激光切割亚克力板材的应用研究[J].机械工程师,2018,(01):112-114.

2. 余嵩.浅谈激光切割板材技术[J].装备制造,2014,(S2):37+40.