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激光加工技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

來源: | 發(fā)布日期:2022-06-22 | 瀏覽次數(shù):1

激光是20世紀(jì)一項(xiàng)重要的科技發(fā)明,與原子能、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)齊名。具有亮度高、指向性強(qiáng)、單色性好、相干性好的特點(diǎn),被稱為最快的刀、最準(zhǔn)的尺、最亮的光。60年來,激光相關(guān)研究獲得了多項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng),充分證明了激光技術(shù)在推動(dòng)前沿科學(xué)研究和科技進(jìn)步方面的顯著作用。激光與相關(guān)技術(shù)的結(jié)合形成了激光制造,為人類改變世界提供了一種全新的工具。

激光制造技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、非接觸、高柔性、高效率、高質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保等突出優(yōu)勢(shì)。它是切割、焊接、表面處理、制造高性能復(fù)雜部件和精密制造的主流手段。它被譽(yù)為“通用加工工具”和“未來制造系統(tǒng)的通用加工手段”,帶動(dòng)了先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展,對(duì)工業(yè)智能化的進(jìn)程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
激光技術(shù)是一種滲透性和加工性很強(qiáng)的使能技術(shù)。激光技術(shù)支撐的經(jīng)濟(jì)規(guī)模遠(yuǎn)大于自身。2010年美國(guó)研究報(bào)告顯示,2009年至2010年,美國(guó)電信、電子商務(wù)和信息技術(shù)的總價(jià)值為4萬億美元,其中激光本身僅為32億美元。因此,激光技術(shù)產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)體系中的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過產(chǎn)品本身的價(jià)值尺度。
近年來,我國(guó)激光加工業(yè)發(fā)展迅速,國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力快速提升。眾多激光企業(yè)已遍布華東、華南、華北、東北、華中、華西。據(jù)《2019中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》統(tǒng)計(jì),我國(guó)在26個(gè)城市擁有37個(gè)激光產(chǎn)業(yè)基地(園區(qū))。2011年至2018年,激光設(shè)備銷售收入增長(zhǎng)5倍以上,涌現(xiàn)出一批具有世界競(jìng)爭(zhēng)力的激光企業(yè)。
經(jīng)過多年努力,中國(guó)激光企業(yè)已在低端激光產(chǎn)業(yè)站穩(wěn)腳跟,但高端技術(shù)產(chǎn)業(yè)與高端核心元器件世界先進(jìn)水平仍有較大差距。產(chǎn)品方面,跟風(fēng)產(chǎn)品多,原創(chuàng)或原創(chuàng)高端產(chǎn)品相對(duì)較少。我國(guó)激光技術(shù)研究的主要力量集中在科研院所和高校,企業(yè)相對(duì)薄弱。目前,我國(guó)與激光相關(guān)的30個(gè)國(guó)家級(jí)研究平臺(tái)中,只有精密和超精密加工國(guó)家工程研究中心和國(guó)家半導(dǎo)體泵浦激光工程技術(shù)研究中心存在,其他28個(gè)都是由科研院所和高校建設(shè)的。高校和科研院所承擔(dān)了國(guó)家計(jì)劃的大部分激光科研項(xiàng)目,企業(yè)承擔(dān)的比例很小。近10年來,我國(guó)激光制造已成為先進(jìn)制造業(yè)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一,形成了一定的特色,部分技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
激光加工設(shè)備在推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。一批激光加工設(shè)備企業(yè)依靠創(chuàng)新的加工技術(shù)和過硬的設(shè)備質(zhì)量,在新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換市場(chǎng)找到足夠的訂單,迅速成長(zhǎng)。此外,一些制造企業(yè)嘗到了升級(jí)發(fā)展的甜頭,不滿足于國(guó)內(nèi)的垂直整合,而是積極探索跨國(guó)并購(gòu)國(guó)外優(yōu)質(zhì)激光企業(yè)資源,計(jì)劃進(jìn)入精密加工領(lǐng)域。近10年來,激光加工站一直是裝備企業(yè)提供延伸服務(wù)的重要天線。通過提供位置服務(wù),及時(shí)滿足各類加工需求,增強(qiáng)客戶粘度。如今,越來越多的多功能大型設(shè)備被開發(fā)并應(yīng)用于軌道交通、航空航天、造船等行業(yè)。預(yù)計(jì)到2020年,基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的各類云制造平臺(tái)將逐步釋放價(jià)值,激光加工站將在云制造平臺(tái)的支持下發(fā)揮更大作用,進(jìn)入東南亞、中東、南美等一帶一路沿線地區(qū)。
在經(jīng)歷了2017-2018年的高速增長(zhǎng)后,2019年中國(guó)激光市場(chǎng)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定期。2019年,中國(guó)工業(yè)激光市場(chǎng)的發(fā)展開始影響全球工業(yè)激光營(yíng)業(yè)收入。一方面,日益激烈的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致光纖激光器和超快激光器價(jià)格大幅下降,但國(guó)產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量、技術(shù)和服務(wù)在競(jìng)爭(zhēng)中逐步提升,國(guó)產(chǎn)激光產(chǎn)品的崛起正在逐步取代進(jìn)口激光產(chǎn)品;另一方面,激光技術(shù)的應(yīng)用比很多傳統(tǒng)制造技術(shù)更具性價(jià)比,導(dǎo)致激光應(yīng)用迅速普及。

2019年,激光設(shè)備(含進(jìn)口)銷售總收入658億元,比2018年增長(zhǎng)8.8%。受全球經(jīng)濟(jì)走勢(shì)不明朗的影響,預(yù)計(jì)2020年中國(guó)激光設(shè)備市場(chǎng)整體銷售收入將受到較大影響(見圖1)。2019年,全國(guó)規(guī)模以上激光企業(yè)超過150家,超過一半集中在激光加工和激光相關(guān)領(lǐng)域。



數(shù)據(jù)圖1

新的激光光源(如藍(lán)色半導(dǎo)體激光器、高功率超快激光器)和新的激光加工技術(shù)(如金屬泡沫的激光成形、非常規(guī)激光微加工)的出現(xiàn),給激光加工行業(yè)帶來了極好的發(fā)展前景。下面簡(jiǎn)要介紹新型激光器和激光加工技術(shù)。
纖維激光器
2019年的 光纖激光器市場(chǎng)是競(jìng)爭(zhēng)激烈、持續(xù)發(fā)展的一年。2019年,中國(guó)光纖激光市場(chǎng)總銷售額超過82.6億元。從中國(guó)光纖激光器市場(chǎng)來看,國(guó)產(chǎn)光纖激光器正逐步由依賴進(jìn)口向自主研發(fā)轉(zhuǎn)變,由進(jìn)口替代出口。隨著國(guó)內(nèi)光纖激光器企業(yè)綜合實(shí)力的增強(qiáng),國(guó)產(chǎn)光纖激光器的功率和性能也在逐步提高。中國(guó)光纖激光器市場(chǎng)從2015年的40.7億元增長(zhǎng)到2019年的82.6億元,預(yù)計(jì)2020年將小幅增長(zhǎng)到85.6億元(見圖2)。隨著光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,光纖激光器核心器件的國(guó)產(chǎn)化替代方案基本形成,激光產(chǎn)業(yè)鏈日益成熟,激光器核心器件的國(guó)產(chǎn)化率也在提高,從而激光器的成本逐漸下降。激光的價(jià)格戰(zhàn)也發(fā)生了階段性變化,價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)從1~3kW產(chǎn)品段轉(zhuǎn)移到6~40kW產(chǎn)品段。


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