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单位：1.广东开放大学（广东理工职业学院），2.中山市格林曼光电科技有限公司近年来，中国激光技术行业受到各级政府的高度重视和国家产业政策的重点支持。国家陆续出台了多项政策，鼓励激光技术应用行业发展与创新，《工业能效提升行动计划》《关于开展“携手行动”促进大中小企业融通创新（2022—2025 年）的通知》《“十四五”智能制造发展规划》、广东省培育激光与增材制造战略性新兴产业集群行动计划（2023—2025 年）（粤科产字[2024]6号）等产业政策为激光加工与智能制造行业的发展提供了明确、广阔的市场前景，为企业提供了良好的生产经营环境。新一代激光技术制造属于与被加工件无接触加工，在激光束高能量下，实现各种材料加工制造的目的。如陶瓷、金属、非金属加工，特别是加工高脆性、高硬度、高熔点等特点的材料。激光技术在智能制造中主要用于雕刻打标、切割、焊接、表面处理、雷达和增材等。激光加工技术凭借无接触的加工制造方式，其精度高、速度快、加工效果好等优势正逐步实现对传统加工技术的替代，现已成为我们国家大力支持和推广的高新技术之一。近年来，各行业对激光设备的需求不断增长，我国激光设备市场规模快速增长，2021 年我国激光设备行业销售收入达到821 亿元。2022 年销售收入约为876 亿元，2023 年达到994 亿元。激光切割技术是使用具有高功率密度的激光束聚焦辐射在被加工的材料上，能够迅速地把材料熔化、烧蚀、汽化，随着工件和光束相对位置移动时，被加工的材料工件达到成切缝状态，从而获得了切割的热切割方法。不接触工件条件下，使工件形成狭窄的缝，达到高削减质量和高效率，如图1所示。激光切割技术在各行各业得到应用，取代了一大批传统业，如工业上的钣金冲床加工、氧切割技术等，不仅在加工方面效率高，还能减少操作人员的作业环境。激光的切割功率已从当初的0.5kW 到现在10kW 级的切割机，从前加工的碳钢在20mm 厚度以内、不锈钢10mm厚度以内，现10kW 级的激光切割加工的金属板材厚度可达40mm，不锈钢板材厚度可达50mm，加工的速度可以达到18~20mm/s，是普通标准切割速度的两倍。采用压缩空气或氮气切割厚度在12 mm 以内的碳钢，加工效率是氧气切割碳钢的近7倍。激光雕刻技术已取代了很多传统手工操作，它被广泛用于各种生产行业，例如家具行业、服装生产、工艺品制作行业、汽车制造业、轮船制造业、航空航天行业、家用电器电子行业、机械加工业、金属及非金属加工业，以及医疗设备等行业，现实生活中充满着激光技术雕刻制造出来的产品。与传统加工对比，不仅在工作效率上具有明显的优势，其雕刻精度公差可达到0.02mm，且操作方便，人们只需电脑辅助设计的图案便可以进行高速雕刻，无需制作模具就可以进行大批量雕刻加工生产，既保证加工的产品质量，制造的效率也得到保障，如图2所示。激光雕刻技术在金属模具型号雕刻、条形码刻划、二维码刻划、精密测量、各种手势控制、装饰品刻划和艺术品刻划等领域应用。在安全和环保方面，激光雕刻技术与材料接触时，不破坏材料表面，一束激光聚焦辐射在材料上，材料便很快烧蚀、汽化，得到所需的成品。激光雕刻的光束直径小于0.5mm，在进行雕刻时，可以制造细小规格尺寸的零件，节省加工的材料，加工速度快，成品合格率高。激光增材技术既可以是激光3D 打印技术，自下至上增加材料，也可以是在原有的材料上进行增加材料，特别是在金属零件表面上材料堆叠，采用激光熔覆技术进行熔覆，达到表面增材要求，如图3 所示。超级熔化的技术是通过同步粉末高速率运动，利用激光熔覆工艺添加材料到基体材料的表面，从而显著改善基体材料的表面耐蚀、耐磨、抗氧化和耐热等工艺特性过程的方法。作为相对近二十年数控加工中心切削减少材料的逆工艺技术，增加材料形式，不仅可以补救加工的零件尺寸出现过多切削超差报废，减少经济损失。另外，采用激光熔覆技术进行熔覆后表面再加工，对制造加工的设备上某个单一零件长时间运行磨损时的修复，达到原来的安装尺寸要求。激光增材技术在零件表面制备耐磨、防腐涂层上得到实用性的应用，实现旧零件的表面修复的目的，不仅节省了贵重元素，还满足了材料表面特定性能的要求。针对传统制造工艺方法无法加工的零件，如复杂航空零件、模具随形冷却管等，激光增材技术解决了传统加工制造工艺的局限性。激光焊接技术如图4所示，逐步替代了传统的焊接方式， 激光焊接与传统电弧焊相比不仅能够节约80% ～ 90% 的电能，并且降低焊接加工制造成本高达30%。激光束焊接缝方面，由于可以节约能源，既可以降低热应力，也可以减小热影响范围，工件畸变小。在加工质量方面，激光焊接时速度快、效率高，缩短了加工的时间，被加工的表面平滑、焊接缝窄，减小后期的再加工表面的工作量。激光焊接技术的价值不断得到显现，随着激光焊接技术工艺开发，应用范围扩大，低成本、高效益、高质量再加工将成为市场大力推广激光焊接工艺技术的有力论据。未来激光焊接技术工艺也会类似激光切割、雕刻加工制造那样成熟。随着环保意识提高，有利于人们健康和环境保护的清洗技术也应运而生，同时清洗行业的发展也带来了巨大的挑战，激光清洗技术也就在此时诞生了，如图5所示。新一代激光清洗技术也得到了快速发展，同时替代了一些传统的清洗方式，如模具的清洗、武器装备的清洗、飞机旧漆的清除、楼宇外墙的清洗、电子工业中的清洗、精密机械工业中的精确去酯清洗和核电站反应堆内管道清洗等应用。传统的清洗方法大多是接触方式清洗，用机械作用力会对被清洗物体表面有损伤，清洗的介质残留在被清洗物体的表面上，无法去除产生二次污染，激光清洗的无研磨和非接触性使这些问题迎刃而解。对于模具的传统清洗方法如超声波、喷沙、二氧化碳清洗等方式，不仅清洁时间长，还影响了模具的精度，激光清洗技术利用光束对模具不易清除的部位进行清洗，不仅工作效率高，而且提高了经济效益。激光制造加工技术除了切割、雕刻、打标、增材、熔覆、焊接和清洗之外，激光技术还广泛用于激光雷达、激光侦测、激光光谱、激光通信、激光测距、激光印刷术、激光唱片、激光武器、激光指示器、激光美容、激光超声检测、激光矫视和激光扫描等，其技术对我国众多产业发展有着至关重要的应用价值。目前，全球的制造业也正处在日新月异的产业革命。激光技术在智能制造技术产业的复杂结构加工制造能力、产品质量、不接触加工方式的灵活性远远优于传统加工制造技术，在机械制造、航空航天、电子制造、轨道交通、新材料和新能源等领域有着广阔的发展前景，是传统制造产业转型升级的新一代战略性技术支撑力量。新一化激光技术产业发展前景
工业和信息化部等八部门发布的《十四五智能制造发展规划》，把发展经济着力点放在实体经济上，推行新型工业化，加快制造强国建设。激光加工技术现已在众多行业领域得到推广应用，是传统制造业转型升级的重要力量，我国也已进入“光制造”时代。激光技术由于加工过程中输入工件的热量小，所以热影响区和热变形小；加工效率高，易于实现自动化。随着激光加工技术、工艺、设备研发的不断深入，将具有更广阔的应用前景。激光技术在我国经过了四十余年的快速发展，现拥有了雄厚的激光技术基础，通过产业应用锻炼培养了一批素质较高的激光技术人才队伍。继传统的固体、气体激光器之后，光纤激光器技术、碟片激光器技术、半导体激光器技术等新型激光器技术发展迅速。全球激光技术的主要趋势是向高光束质量、高功率、高智能化、低成本和高可靠性方向发展。激光技术的应用属于无接触加工，其高能量激光束聚焦的能量和平稳速度均可调，可实现众多加工制造的目的。例如高功率射频板条二氧化碳激光器、半导体激光器、轴快流二氧化碳激光器、光纤激光器、碟片固体激光器、千瓦内的低成本大功率YAG 激光器、全固化可见光及倍频紫外激光器，纳秒、皮秒激光器。着力解决了一些严酷的作业制造环境及核心技术制造难题，不仅推动“激光+”资源高效配置、综合应用，而且促进制造产业链的上、下延伸快速发展。由于激光技术产品的广泛应用，产生的经济价值超过了产品本身的价值规模。我国激光加工技术设备的增长迅速，在各行业得到广泛应用，年均超过20% 的增速，远远高于全球激光加工技术设备的年均增长率。激光加工应用装备现已渗透至各行各业，国产化的激光设备不仅提升了经济性，新的应用场景也得到快速的推广。一大批国产激光设备企业崛起，现阶段国内激光设备市场规模占比超过全球50%。国内企业在低功率激光加工设备市场已经具备较强的竞争优势，但高功率激光加工设备仍有进一步国产化空间。我国非常重视激光技术深入研究，大力投入发展，国产激光设备替代进口已是大势所趋，近年来，我国激光企业将通过国产化替代进口激光设备实现高速成长。随着国内制造业快速发展，传统产业制造技术转型升级需求旺盛，对激光设备需求量还将会迅速增长。激光技术在各行各业得到广泛应用后，被人们誉为最亮的光、最准的尺、最快的刀，激光加工技术适用新工艺、新设备、新材料的加工应用，将提升智能制造水平，推动传统制造向智能制造、绿色制造、服务型制造转型升级，对我们国家实体经济建设，推进新型工业化高质量发展，制造强国建设起着非常重要作用。在新一轮信息科技革命的大背景下，激光技术对制造业智能化改造、产业数字化转型和我国经济建设迈向全球领先地位具有一定现实价值和广阔的前景。
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审 核：李国庆
来 源：《智能制造》2024年第5期p95-p98，如有涉及版权等问题请及时联系我们，著作权解释权属原创者所有，本文由智能制造IMS推荐阅读！
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