脉冲激光标刻ABS板材数值模拟与表面质量的优化

作     者：蔡颂 陈达 陶能如 文跃兵 白斌 何志坚 黄湛 

作者机构：湖南工业大学机械工程学院 湖南第一师范学院智能制造学院 湖南大学激光研究所 武昌工学院 

出 版 物：《中国表面工程》 (China Surface Engineering)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52475450和51975192) 湖南省教育厅科研项目(17C0472,18C1064) 湖南省教育厅科学研究优秀青年项目(21B0523) 中国博士后科学基金面上项目(2023M731347) 湖南省自然科学基金面上项目(2023JJ30183) 广西自然科学基金面上项目(2023JJA160071) 

主　　题：脉冲激光 温度场模拟 激光标刻 表面技术 

摘      要：丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物（ABS）因其优异的抗冲击、耐腐蚀、耐低温等特性广泛应用于各类工程领域。但在激光标刻加工中，受限于材料热敏感性，需控制合适激光工艺参数以保障激光标刻质量。针对该问题本文考虑了材料的热物理特性及能量累积效应，建立了脉冲激光标刻ABS材料的一维传热物理模型，依据模型数值仿真获得了脉冲激光标刻ABS材料的激光功率与传热温度的动态演化规律，获得了材料发生轻微去除与达到最大质量损失速率的功率范围区间。开展激光标刻ABS板材试验研究，采用三维超景深系统等测量板材表面标刻后的粗糙度、刻蚀深度及微观地形地貌，试验结果验证了传热模型的准确性及可行性。理论与试验研究分析表明激光频率为20 kHz，激光光斑直径为100 μm，激光扫描速度为100 mm/s，激光功率范围在2 W至2.8 W间时，激光标刻ABS区域表面质量优良且仅极少污染物产生。研究结果可为优化激光标刻工艺参数以提高标刻效率及提高标刻质量提供理论参考。