激光加工技術(shù)現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向

寂靜天花板

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，激光技術(shù)開辟了廣闊的應(yīng)用天地，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋通信、材料加工、準(zhǔn)分子光刻及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等多個(gè)主要類別。根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料表明，2013年全世界總的激光銷售超過1000億元。其中全球激光器市場(chǎng)銷售額較2013年增長(zhǎng)6.0%，達(dá)到93.34億美元。美國(guó)市場(chǎng)借助出口方面的出色表現(xiàn)有所增長(zhǎng);歐洲憑借德國(guó)的出口增長(zhǎng)僅維持收支平衡;亞洲市場(chǎng)，東盟國(guó)家的增長(zhǎng)抵消了中國(guó)的經(jīng)濟(jì)放緩以及日本的零增長(zhǎng)。

一、國(guó)外激光加工技術(shù)及發(fā)展動(dòng)態(tài)

以德國(guó)、美國(guó)、日本、俄羅斯為代表的少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，目前主導(dǎo)和控制著全球激光技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

其中，德國(guó)Trumpf、Rofin-Sinar公司在高功率工業(yè)激光器上稱雄天下;美國(guó)IPG公司的光纖激光器引領(lǐng)世界激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。歐美主要國(guó)家在大型制造產(chǎn)業(yè)，如機(jī)械、汽車、航空、造船、電子等行業(yè)中，基本完成了用激光加工工藝對(duì)傳統(tǒng)工藝的更新?lián)Q代，進(jìn)入“光加工”時(shí)代。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，激光技術(shù)開辟了廣闊的應(yīng)用天地，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋通信、材料加工、準(zhǔn)分子光刻及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等多個(gè)主要類別。根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料表明，2013年全世界總的激光銷售超過1000億元。其中全球激光器市場(chǎng)銷售額較2013年增長(zhǎng)6.0%，達(dá)到93.34億美元。美國(guó)市場(chǎng)借助出口方面的出色表現(xiàn)有所增長(zhǎng);歐洲憑借德國(guó)的出口增長(zhǎng)僅維持收支平衡;亞洲市場(chǎng)，東盟國(guó)家的增長(zhǎng)抵消了中國(guó)的經(jīng)濟(jì)放緩以及日本的零增長(zhǎng)。

二、國(guó)內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.國(guó)內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)整體格局

國(guó)內(nèi)激光企業(yè)主要分布在湖北、北京、江蘇、上海及深圳等地，已基本形成以上述省市為主體的華中、環(huán)渤海、長(zhǎng)三角、珠三角四大激光產(chǎn)業(yè)基地，其中有一定規(guī)模的企業(yè)約300家。

2014年我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值約為800億元。主要包括：激光加工裝備產(chǎn)業(yè)達(dá)到350億元(其中，用于切割、打標(biāo)和焊接的高功率激光設(shè)備占據(jù)了67%的市場(chǎng)份額);激光加工在重工業(yè)、電子工業(yè)、輕工業(yè)、軍用、醫(yī)療等行業(yè)的應(yīng)用達(dá)到450億元。預(yù)計(jì)在今后三年，我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)平均行業(yè)復(fù)合成長(zhǎng)率將不低于20%。

我國(guó)激光加工產(chǎn)業(yè)可以分為四個(gè)比較大產(chǎn)業(yè)帶，珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲、華中地區(qū)和環(huán)渤海地區(qū)。這四個(gè)產(chǎn)業(yè)帶側(cè)重點(diǎn)不同，珠三角以中小功率激光加工機(jī)為主，長(zhǎng)三角以大功率激光切割焊接設(shè)備為主，環(huán)渤海以大功率激光熔覆和全固態(tài)激光為主，以武漢為首的華中地區(qū)則覆蓋了大、中、小激光加工設(shè)備。這四大產(chǎn)業(yè)帶中，以華中地區(qū)尤其是武漢最具代表性，中國(guó)“光谷”的稱號(hào)便是有力的證明。武漢地區(qū)可以說見證了中國(guó)激光加工產(chǎn)業(yè)從無到有、從弱到強(qiáng)的整個(gè)歷程，是中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展的縮影

2.國(guó)內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)單位

激光技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過40多年發(fā)展，有了較為雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，鍛煉培養(yǎng)了一支素質(zhì)較高的隊(duì)伍。以中科院四大光機(jī)所及各部委所屬研究機(jī)構(gòu)和一批大學(xué)為代表，形成了我國(guó)激光器系統(tǒng)技術(shù)研究開發(fā)的重要力量，如華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等16個(gè)科研院所。在部分激光器研究開發(fā)的核心技術(shù)上，形成了5個(gè)國(guó)家級(jí)的激光技術(shù)研究中心，10多個(gè)研究機(jī)構(gòu)。

我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)骨干企業(yè)有：武漢——華工激光、楚天激光、團(tuán)結(jié)激光、金運(yùn)激光、銳科激光;深圳——大族激光、光韻達(dá)激光、光大激光、聯(lián)贏激光;北京——大恒激光、11所;華東——上海團(tuán)結(jié)普林瑪、南京東方等。我國(guó)激光行業(yè)的八大激光上市公司分別為華工科技、大族激光、金運(yùn)激光、光韻達(dá)、福晶科技、新松機(jī)器人、利達(dá)光電及上海新南洋。

三、激光加工的優(yōu)勢(shì)

激光加工屬于無接觸加工,并且高能量激光束的能量及其移動(dòng)速度均可調(diào)，因此可以實(shí)現(xiàn)多種加工的目的。它可以對(duì)多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點(diǎn)的材料。

激光加工柔性大主要用于切割、表面處理、焊接、打標(biāo)和打孔等。激光表面處理包括激光相變硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。

激光加工技術(shù)主要有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

①使用激光加工，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可靠，經(jīng)濟(jì)效益。

②可以通過透明介質(zhì)對(duì)密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行各種加工;在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方，可用機(jī)器人進(jìn)行激光加工。

③激光加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件。

④可以對(duì)多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點(diǎn)的材料。

⑤激光束易于導(dǎo)向、聚焦實(shí)現(xiàn)作各方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合、對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行加工，因此它是一種極為靈活的加工方法。

⑥無接觸加工，對(duì)工件無直接沖擊，因此無機(jī)械變形，并且高能量激光束的能量及其移動(dòng)速度均可調(diào)，因此可以實(shí)現(xiàn)多種加工的目的。

⑦激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對(duì)非激光照射部位沒有或影響極小，因此，其熱影響區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小。

⑧激光束的發(fā)散角可<1毫弧，光斑直徑可小到微米量級(jí),作用時(shí)間可以短到納秒和皮秒，同時(shí)，大功率激光器的連續(xù)輸出功率又可達(dá)千瓦至10kW量級(jí)，因而激光既適于精密微細(xì)加工，又適于大型材料加工。激光束容易控制，易于與精密機(jī)械、精密測(cè)量技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)加工的高度自動(dòng)化和達(dá)到很高的加工精度。

激光加工技術(shù)已在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，隨著激光加工技術(shù)、設(shè)備、工藝研究的不斷深進(jìn)，將具有更廣闊的應(yīng)用遠(yuǎn)景。由于加工過程中輸入工件的熱量小，所以熱影響區(qū)和熱變形小;加工效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

四、存在主要問題及發(fā)展思路

1.面向?qū)�業(yè)領(lǐng)域的中高端激光加工成套裝備和配套技術(shù)不能滿足行業(yè)需求

隨著我國(guó)制造業(yè)企業(yè)技術(shù)改造力度加大，近年來數(shù)控激光切割、焊接成套裝備市場(chǎng)異�；钴S，年需求可達(dá)到1000臺(tái)以上。但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)缺乏滿足行業(yè)需求的國(guó)產(chǎn)中高端激光裝備產(chǎn)品，同時(shí)在與國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行配套服務(wù)時(shí)，配套技術(shù)也達(dá)不到客戶需求，如武鋼冷軋生產(chǎn)線進(jìn)口十多臺(tái)德國(guó)激光拼焊、硅鋼刻痕大型裝備，配套的激光裝備技術(shù)和激光焊接工藝無法滿足武鋼規(guī)�；�不停機(jī)生產(chǎn)要求。在與東風(fēng)、三環(huán)鍛壓等省內(nèi)行業(yè)龍頭企業(yè)的配套上，也存在類似問題。

2.產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)之間的合作融合不夠

制約激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的某些核心技術(shù)，如激光裝備所需的控制軟件、生產(chǎn)光纖激光器必需的特種光纖等，由于缺乏與數(shù)控相關(guān)企業(yè)、光電子相關(guān)企業(yè)之間的技術(shù)協(xié)作，導(dǎo)致技術(shù)一直難以取得突破，制約了激光產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升。同時(shí)，在制造業(yè)與服務(wù)業(yè)加速融合發(fā)展的大環(huán)境下，我省激光產(chǎn)業(yè)需要擴(kuò)寬思路,加大與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的融合。雖然團(tuán)結(jié)激光、楚天激光已經(jīng)在這方面開展了有益的嘗試，但這種不局限于現(xiàn)有市場(chǎng)和產(chǎn)品，主動(dòng)謀求協(xié)作融合的思維方式尚未成為全行業(yè)的共識(shí)。

3.發(fā)展思路

以激光應(yīng)用為先導(dǎo)，以激光器件為核心，以集成裝備為主體，以國(guó)際合作提升水平，著力解決發(fā)展中長(zhǎng)期存在的核心器件瓶頸和關(guān)鍵技術(shù)難題，推動(dòng)科技資源高效配置與綜合集成，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的上下延伸，促進(jìn)激光產(chǎn)業(yè)各細(xì)分領(lǐng)域之間、激光與其他產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，打造以大型激光加工設(shè)備系統(tǒng)集成企業(yè)為龍頭，以中小型激光生產(chǎn)企業(yè)群為支撐，以功能器件生產(chǎn)企業(yè)群和公共技術(shù)等服務(wù)平臺(tái)為配套的激光制造裝備企業(yè)集群。

圍繞激光產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，聚焦新一代核心激光器、高端激光制造裝備、激光加工應(yīng)用三大方向，策劃、攻克一批能夠形成顯著增長(zhǎng)點(diǎn)的重大項(xiàng)目，建立重大產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目協(xié)同創(chuàng)新推進(jìn)機(jī)制，及時(shí)研究解決項(xiàng)目前期及建設(shè)實(shí)施中的重大問題。

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五、未來發(fā)展方向

1.激光器技術(shù)發(fā)展

繼傳統(tǒng)的氣體、固體激光器之后，光纖激光器、半導(dǎo)體激光器、碟片激光器等新型激光器發(fā)展迅速�？傮w而言，全球激光技術(shù)的主要趨勢(shì)是向高功率、高光束質(zhì)量、高可靠性、高智能化和低成本方向發(fā)展。高功率射頻板條CO2激光器、軸快流CO2激光器、千瓦內(nèi)低成本大功率YAG激光器、碟片固體激光器、半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、全固化可見光及倍頻紫外激光器，皮秒、飛秒激光器。

(1)高功率工業(yè)光纖激光器高功率光纖激光器是第三代固體激光器。在激光加工領(lǐng)域，光纖激光器有逐步替代傳統(tǒng)YAG、部分CO2激光器的趨勢(shì)。目前商用光纖激光器輸出功率連續(xù)功率已上升到數(shù)千瓦，以至50kW。

重點(diǎn)研發(fā)實(shí)用型1~4kW光纖激光器，攻克10kW光纖激光器產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。

①高功率光纖激光器用大芯徑摻鐿光纖，為高功率光纖激光器及其核心光纖器件提供配套。

②10kW高功率工業(yè)光纖激光器工程化和產(chǎn)品化，以滿足船舶、汽車、軍工及能源等行業(yè)對(duì)厚鋼板進(jìn)行激光切割、激光焊接等的迫切需求。

③2~4kW連續(xù)光纖激光器，滿足焊接、切割應(yīng)用需求。

(2)高功率半導(dǎo)體固態(tài)激光器高功率半導(dǎo)體固態(tài)激光器是第四代固體激光器。半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)緊湊，壽命期限可達(dá)到10000h，電光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)30%~40%。德國(guó)Laserline公司、DILAS公司實(shí)用化半導(dǎo)體激光器達(dá)到8kW。

發(fā)展激光增益光纖、激光薄片晶體、激光非線性頻率轉(zhuǎn)換晶體、激光用石英玻璃等激光材料，以及高功率鏡片、傳輸光纖、切割頭、焊接頭、半導(dǎo)體激光泵浦源等激光器件。配套精密機(jī)械零件加工、激光電源、激光光學(xué)元件及數(shù)控系統(tǒng)等單元核心器件。

機(jī)械炳

我在一家激光公司，感覺國(guó)內(nèi)激光行業(yè)就是組裝，買進(jìn)口的激光器、振鏡、打標(biāo)卡，組裝起來賣，沒有什么核心技術(shù)，特別是激光打標(biāo)。打標(biāo)其實(shí)門檻很低，主要是要有客戶。激光技術(shù)的核心都被國(guó)外掌握，好的激光器，振鏡都要買進(jìn)口的，國(guó)產(chǎn)質(zhì)量太差。激光加工沒有標(biāo)準(zhǔn)，沒有工藝流程
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老吳機(jī)械

機(jī)械炳 發(fā)表于 2016-6-20 22:42
& M& Y/ D9 b) h$ E# L" {我在一家激光公司，感覺國(guó)內(nèi)激光行業(yè)就是組裝，買進(jìn)口的激光器、振鏡、打標(biāo)卡，組裝起來賣，沒有什么核心技 ...

2 S) s, e& r. N4 ~很多搞業(yè)務(wù)的就是干幾年自己出去單干（也有自己接私活的），主要就是組裝和售后，懂一點(diǎn)機(jī)電就沒問題。

liujan12074

我也是激光行業(yè)的，看到這篇文章，有點(diǎn)激動(dòng)

小周大大2016

行業(yè)前景有的，但是多的是系統(tǒng)集成商，激光器本體的國(guó)內(nèi)產(chǎn)商還是有很遠(yuǎn)的路要走

迪特除濕

看到文章感慨頗多，我們是一家小規(guī)模公司，主要做五軸非金屬加工，現(xiàn)在想做五軸激光加工，難度還是挺大的，但是還是有前景的