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激光加工技术存在的问题及未来发展
2022-09-03 04:20
本文摘要:一、国外激光加工技术及发展动态 以德国、美国、日本、俄罗斯为代表的少数发达国家,目前主导和掌控着全球激光技术和产业的发展方向。 其中,德国Trumpf、Rofin-Sinar公司在高功率工业激光器上称雄天下;美国IPG公司的光纤激光器引导世界激光产业发展方向。欧美主要国家在大型生产产业,如机械、汽车、航空、造船、电子等行业中,基本已完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代,转入光加工时代。

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一、国外激光加工技术及发展动态  以德国、美国、日本、俄罗斯为代表的少数发达国家,目前主导和掌控着全球激光技术和产业的发展方向。  其中,德国Trumpf、Rofin-Sinar公司在高功率工业激光器上称雄天下;美国IPG公司的光纤激光器引导世界激光产业发展方向。欧美主要国家在大型生产产业,如机械、汽车、航空、造船、电子等行业中,基本已完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代,转入光加工时代。

  经过几十年的发展,激光技术修筑了辽阔的应用于天地,应用领域涵括通信、材料加工、准分子光刻及数据存储等9个主要类别。根据国外统计资料指出,2013年全世界总的激光销售多达1000亿元。其中全球激光器市场销售额较2013年快速增长6.0%,超过93.34亿美元。

美国市场利用出口方面的出众展现出有所快速增长;欧洲凭借德国的出口快速增长仅有保持收支平衡;亚洲市场,东盟国家的快速增长抵销了中国的经济上升以及日本的零增长。  二、国内激光产业发展现状  1.国内激光产业整体格局  国内激光企业主要产于在湖北、北京、江苏、上海及深圳等地,已基本构成以上述省市为主体的华中、环渤海、长三角、珠三角四大激光产业基地,其中有一定规模的企业大约300家。  2014年我国激光产业链产值大约为800亿元。

主要还包括:激光加工装备产业超过350亿元(其中,用作切割成、打标和焊的高功率激光设备占有了67%的市场份额);激光加工在重工业、电子工业、轻工业、军用、医疗等行业的应用于超过450亿元。预计在今后三年,我国激光产业平均值行业填充成长率将不高于20%。  我国激光加工产业可以分成四个较为大产业带,珠江三角洲、长江三角洲、华中地区和环渤海地区。

这四个产业带侧重点有所不同,珠三角以中小功率激光加工机居多,长三角以大功率激光切割成焊接设备居多,环渤海以大功率激光熔覆和全固态激光居多,以武汉派的华中地区则覆盖面积了大、中、小激光加工设备。这四大产业带中,以华中地区特别是在是武汉最不具代表性,中国光谷的称号乃是有力的证明。武汉地区可以说道亲眼了中国激光加工产业从无到有、从弱到强的整个历程,是中国激光产业发展的缩影  2.国内激光产业重点单位  激光技术在我国经过40多年发展,有了更为实力雄厚的技术基础,磨练培育了一支素质较高的队伍。

以中科院四大光机所及报送所属研究机构和一批大学为代表,构成了我国激光器系统技术研究研发的最重要力量,如华中科技大学、清华大学、北京工业大学等16个科研院所。在部分激光器研究研发的核心技术上,构成了5个国家级的激光技术研究中心,10多个研究机构。  我国激光产业骨干企业有:武汉华工激光、楚天激光、团结一致激光、金运激光、锐科激光;深圳大族激光、光韵达激光、光大激光、联赢激光;北京大恒激光、11所;华东上海团结一致普林玛、南京东方等。

我国激光行业的八大激光上市公司分别为华工科技、大族激光、金运激光、光韵达、福晶科技、新松机器人、利达光电及上海新南洋。  三、激光加工的优势  激光加工归属于无认识加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度皆固定式,因此可以构建多种加工的目的。它可以对多种金属、非金属加工,尤其是可以加工高硬度、低脆性及低熔点的材料。激光加工柔性大主要用作切割成、表面处置、焊、打标和纸带等。

激光表面处置还包括激光热力学硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔融凝等。  激光加工技术主要有以下独有的优点:  ①用于激光加工,生产效率高,质量可信,经济效益。

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  ②可以通过半透明介质对密封容器内的工件展开各种加工;在险恶环境或其他人难以接近的地方,能用机器人展开激光加工。  ③激光加工过程中无刀具磨损,无切削力起到于工件。  ④可以对多种金属、非金属加工,尤其是可以加工高硬度、低脆性及低熔点的材料。  ⑤激光束更容易导向、探讨构建不作各方向转换,不易与数控系统因应、对简单工件展开加工,因此它是一种十分灵活性的加工方法。

  ⑥无认识加工,对工件无必要冲击,因此无机械变形,并且高能量激光束的能量及其移动速度皆固定式,因此可以构建多种加工的目的。  ⑦激光加工过程中,激光束能量密度低,加工速度快,并且是局部加工,对非激光太阳光部位没或影响大于,因此,其热影响区小,工件热变形小,先前加工量小。

  ⑧激光束的收敛角可1毫弧,光斑直径可小到微米量级,起到时间可以较短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的倒数输出功率又平均千瓦至10kW量级,因而激光既适合于仪器识加工,又适合于大型材料加工。激光束更容易掌控,更容易与精密机械、精密测量技术和电子计算机结合,构建加工的高度自动化和超过很高的加工精度。

  激光加工技术已在众多领域获得广泛应用,随着激光加工技术、设备、工艺研究的大大深进,将具备更加辽阔的应用于远景。由于加工过程中输出工件的热量小,所以热影响区和热变形小;加工效率高,更容易构建自动化。

  四、不存在主要问题及发展思路  1.面向专业领域的中高端激光加工成套装备和配套技术无法符合行业市场需求  随着我国制造业企业技术改造力度增大,近年来数控激光切割成、焊成套装备市场出现异常活跃,年市场需求可超过1000台以上。但国内市场缺少符合行业市场需求的国产中高端激光装备产品,同时在与国外产品展开设施服务时,配套技术也约将近客户市场需求,如武钢冷轧生产线进口十多台德国激光拼成焊接、硅钢刻痕大型装备,设施的激光装备技术和激光焊工艺无法符合武钢规模化不停机生产拒绝。在与东风、三环锻压等省内行业龙头企业的设施上,也不存在类似于问题。  2.产业链各环节之间的合作融合过于  制约激光产业发展中的某些核心技术,如激光装备所需的控制软件、生产光纤激光器必须的特种光纤等,由于缺少与数控涉及企业、光电子涉及企业之间的技术协作,造成技术仍然无法获得突破,制约了激光产业核心竞争力的提高。

同时,在制造业与服务业加快融合发展的大环境下,我省激光产业必须拓宽思路,增大与现代服务业、文化创意产业的融合。虽然团结一致激光、楚天激光早已在这方面积极开展了有益的尝试,但这种不局限于现有市场和产品,主动寻求协作融合的思维方式仍未沦为仅有行业的共识。  3.发展思路  以激光应用于为先导,以激光器件为核心,以构建装备为主体,以国际合作提高水平,着力解决问题发展中长期不存在的核心器件瓶颈和关键技术难题,推展科技资源高效配备与综合构建,增进产业链的上下伸延,增进激光产业各细分领域之间、激光与其他产业的融合发展,增进产学研协同创意,打造出以大型激光加工设备系统集成企业为龙头,以中小型激光生产企业群为承托,以功能器件生产企业群和公共技术等服务平台为设施的激光生产装备企业集群。

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环绕激光产业持续发展,探讨新一代核心激光器、高端激光生产装备、激光加工应用于三大方向,策划、攻下一批需要构成明显增长点的重大项目,创建根本性产业化项目协同创意前进机制,及时研究解决问题项目前期及建设实行中的根本性问题。  五、未来发展方向  1.激光器技术发展  时隔传统的气体、液体激光器之后,光纤激光器、半导体激光器、碟片激光器等新型激光器发展很快。

总体而言,全球激光技术的主要趋势是向高功率、低光束质量、高可靠性、低智能化和低成本方向发展。高功率射频板条CO2激光器、轴慢流CO2激光器、千瓦内低成本大功率YAG激光器、碟片液体激光器、半导体激光器、光纤激光器、仅有烧结红外线及倍频紫外激光器,皮秒、飞秒激光器。  (1)高功率工业光纤激光器高功率光纤激光器是第三代液体激光器。

在激光加工领域,光纤激光器有逐步替代传统YAG、部分CO2激光器的趋势。目前商用光纤激光器输出功率倒数功率已下降到数千瓦,以至50kW。

  重点研发实用型1~4kW光纤激光器,攻下10kW光纤激光器产业化技术。  ①高功率光纤激光器用大芯径掺入镱光纤,为高功率光纤激光器及其核心光纤器件获取设施。  ②10kW高功率工业光纤激光器工程化和产品化,以符合船舶、汽车、军工及能源等行业对厚钢板展开激光切割成、激光焊等的急迫市场需求。  ③2~4kW倒数光纤激光器,符合焊、切割成应用于市场需求。

  (2)高功率半导体固态激光器高功率半导体固态激光器是第四代液体激光器。半导体激光器结构紧凑,寿命期限可超过10000h,电光切换效率高约30%~40%。德国Laserline公司、DILAS公司实用化半导体激光器超过8kW。

  发展激光增益光纤、激光薄片晶体、激光非线性频率切换晶体、激光用石英玻璃等激光材料,以及高功率镜片、传输光纤、切割成头、焊头、半导体激光泵浦源等激光器件。设施仪器机械零件加工、激光电源、激光光学元件及数控系统等单元核心器件。


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