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激光加工技术现状和未来发展方向分析

2016-05-13 14:12
孤身万里游
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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,目前主导和控制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领世界激光产业发展方向。欧美主要国家在大型制造产业,如机械、汽车、航空、造船、电子等行业中,基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代,进入“光加工”时代。

  经过几十年的发展,激光技术开辟了广阔的应用天地,应用领域涵盖通信、材料加工、准分子光刻及数据存储等多个主要类别。根据国外统计资料表明,2013年全世界总的激光销售超过1000亿元。其中全球激光器市场销售额较2013年增长6.0%,达到93.34亿美元。美国市场借助出口方面的出色表现有所增长;欧洲凭借德国的出口增长仅维持收支平衡;亚洲市场,东盟国家的增长抵消了中国的经济放缓以及日本的零增长。

  二、国内激光产业发展现状

  1.国内激光产业整体格局

  国内激光企业主要分布在湖北、北京、江苏、上海及深圳等地,已基本形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约300家。

  2014年我国激光产业链产值约为800亿元。主要包括:激光加工装备产业达到350亿元(其中,用于切割、打标和焊接的高功率激光设备占据了67%的市场份额);激光加工在重工业、电子工业、轻工业、军用、医疗等行业的应用达到450亿元。预计在今后三年,我国激光产业平均行业复合成长率将不低于20%。

  我国激光加工产业可以分为四个比较大产业带,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不同,珠三角以中小功率激光加工机为主,长三角以大功率激光切割焊接设备为主,环渤海以大功率激光熔覆和全固态激光为主,以武汉为首的华中地区则覆盖了大、中、小激光加工设备。这四大产业带中,以华中地区尤其是武汉最具代表性,中国“光谷”的称号便是有力的证明。武汉地区可以说见证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,有了较为雄厚的技术基础,锻炼培养了一支素质较高的队伍。以中科院四大光机所及各部委所属研究机构和一批大学为代表,形成了我国激光器系统技术研究开发的重要力量,如华中科技大学、清华大学、北京工业大学等16个科研院所。在部分激光器研究开发的核心技术上,形成了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

  激光加工属于无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。

  激光加工柔性大主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。激光表面处理包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。

  激光加工技术主要有以下独特的优点:

  ①使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益。

  ②可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工;在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。

  ③激光加工过程中无“刀具”磨损,无“切削力”作用于工件。

  ④可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。

  ⑤激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换,极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工,因此它是一种极为灵活的加工方法。

  ⑥无接触加工,对工件无直接冲击,因此无机械变形,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。

  ⑦激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有或影响极小,因此,其热影响区小,工件热变形小,后续加工量小。

  ⑧激光束的发散角可<1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至10kW量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工。激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度。

  激光加工技术已在众多领域得到广泛应用,随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进,将具有更广阔的应用远景。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。

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