激光加工技術(shù)存在的問題及未來發(fā)展展望

1、.激光加工技術(shù)存在的問題及未來發(fā)展展望一、國外激光加工技術(shù)及發(fā)展動態(tài)以德國、美國、日本、俄羅斯為代表的少數(shù)發(fā)達國家，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 Trumpf、Rofin-Sinar公司在高功率工業(yè)激光器上稱雄天下；美國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。歐美主要國家在大型制造產(chǎn)業(yè)，如機械、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傳統(tǒng)工藝的更新?lián)Q代，進入“光加工”時代。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、準分子光刻及數(shù)據(jù)存儲等9 個主要類別。根據(jù)國外統(tǒng)計資料表明， 2013年全世界總的激光銷售超過

2、1000 億元。其中全球激光器市場銷售額較2013 年增長 6.0%，達到 93.34 億美元。 美國市場借助出口方面的出色表現(xiàn)有所增長； 歐洲憑借德國的出口增長僅維持收支平衡； 亞洲市場，東盟國家的增長抵消了中國的經(jīng)濟放緩以及日本的零增長。二、國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀1.國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)整體格局國內(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)達到 350 億元（其中，用于切割、打標和焊接的高功率激光設(shè)備占據(jù)了67

3、%的市場份額）；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)用達到 450 億元。預(yù)計在今后三年， 我國激光產(chǎn)業(yè)平均行業(yè)復(fù)合成長率將不低于 20%。我國激光加工產(chǎn)業(yè)可以分為四個比較大產(chǎn)業(yè)帶，珠江三角洲、長江三角洲、華中地區(qū)和環(huán)渤海地區(qū)。 這四個產(chǎn)業(yè)帶側(cè)重點不同， 珠三角以中小功率激光加工機為主，長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“光谷”的稱號便是有力的證明。武漢地區(qū)可以說見證了中國激光加工產(chǎn)業(yè)從無到有、從弱到強的整個歷程，是中

4、國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展的縮影2.國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)重點單位激光技術(shù)在我國經(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)較高的隊伍。 以中科院四大光機所及各部委所屬研究機構(gòu)和一批大學(xué)為代表，形成了我國激光器系統(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 個國家級的激光技術(shù)研究中心，10 多個研究機構(gòu)。我國激光產(chǎn)業(yè)骨干企業(yè)有：武漢華工激光、楚天激光、團結(jié)激光、金運激光、銳科激光；深圳大族激光、光韻達激光、光大激光、聯(lián)贏激光；北京大恒激光、 11 所；華東上海團結(jié)普林瑪、南京東方等。我國激光行業(yè)的八大激光上市公司

5、分別為華工科技、 大族激光、金運激光、光韻達、福晶科技、新松機器人、利達光電及上海新南洋。三、激光加工的優(yōu)勢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速度均可調(diào)，因此可以實現(xiàn)多種加工的目的。 它可以對多種金屬、 非金屬加工， 特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點的材料。激光加工柔性大主要用于切割、表面處理、焊接、打標和打孔等。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)主要有以下獨特的優(yōu)點：使用激光加工，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可靠，經(jīng)濟效益。可以通過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進行各種加工；在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方，可用機器人進行激光加工。

6、激光加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件。可以對多種金屬、 非金屬加工， 特別是可以加工高硬度、 高脆性及高熔點的材料。激光束易于導(dǎo)向、 聚焦實現(xiàn)作各方向變換， 極易與數(shù)控系統(tǒng)配合、 對復(fù)雜工件進行加工，因此它是一種極為靈活的加工方法。'.無接觸加工， 對工件無直接沖擊， 因此無機械變形， 并且高能量激光束的能量及其移動速度均可調(diào)，因此可以實現(xiàn)多種加工的目的。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。激光束的發(fā)散角可 <1 毫弧，光斑直徑可小到微米量級,作用時間可以短到

7、納秒和皮秒，同時，大功率激光器的連續(xù)輸出功率又可達千瓦至 10kW 量級，因而激光既適于精密微細加工， 又適于大型材料加工。 激光束容易控制， 易于與精密機械、精密測量技術(shù)和電子計算機相結(jié)合， 實現(xiàn)加工的高度自動化和達到很高的加工精度。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，將具有更廣闊的應(yīng)用遠景。 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，易于實現(xiàn)自動化。四、存在主要問題及發(fā)展思路1.面向?qū)I(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、 焊接成套裝備市場異

8、?；钴S，年需求可達到1000 臺以上。但國內(nèi)市場缺乏滿足行業(yè)需求的國產(chǎn)中高端激光裝備產(chǎn)品， 同時在與國外產(chǎn)品進行配套服務(wù)時，配套技術(shù)也達不到客戶需求，如武鋼冷軋生產(chǎn)線進口十多臺德國激光拼焊、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)?；煌C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)核心競爭力的提升。 同時，在制造業(yè)

9、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)有市場和產(chǎn)品，主動謀求協(xié)作融合的思維方式尚未成為全行業(yè)的共識。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， 以國際合作提升水平，著力解決發(fā)展中長期存在的核心器件瓶頸和關(guān)鍵技術(shù)難題， 推動科技資源高效配置與綜合集成， 促進產(chǎn)業(yè)鏈的上下延伸， 促進激光產(chǎn)業(yè)各細分領(lǐng)域之間、激光與其他產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展， 促進產(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

10、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點的重大項目，建立重大產(chǎn)業(yè)化項目協(xié)同創(chuàng)新推進機制，及時研究解決項目前期及建設(shè)實施中的重大問題。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。 總體而言，全球激光技術(shù)的主要趨勢是向高功率、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

11、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。 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。重點研發(fā)實用型 14kW 光纖激光器，攻克 10kW 光纖激光器產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。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。10kW 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)對厚鋼板進行激光切割、激光焊接等的迫切需求。24kW 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，壽命期限可達到10000h