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“光制造”时代下材料加工的高质量发展
作者:高科技与产业化 发表时间:2023年08月07日

  

  围绕着当前高质量发展目标,制造业转型升级的需求非常迫切。制造业迎来了高端化、智能化和国产化,光制造也迎来了“最好的时期”。


  钱老(钱学森)在1964年将LASER命名为激光。激光是一束光子激发原子,发出一束同频的光子,再通过放大达到一定的能级输出,这是20世纪四大发明之一,是继原子能、半导体、计算机后又一重大发明。


  激光具有四大特性即高能量(亮度)、高方向性、高单色性和高相干性。激光被国产化后已经成为一种先进工具,其分类很多且应用广泛,包括工业、医疗、商业、信息科技等。激光的发展史可以追溯到1917年,当时爱因斯坦提出受激辐射理论;1960年美国科学家在实验室发现第一束激光,1961年我国第一台红宝石激光器在长春光机所诞生;1971年,华中科技大学在国内大学中首次设立激光专业。


  我国激光的整体工业化进程从1997年开始,当年华中科技大学激光加工工程中心转制成公司化运作。1999年母公司华工科技成立并于2000年上市,这也是中国激光第一股。通过近20多年的努力与核心光源的突破,通过在各方面的应用特别是3C、汽车、半导体等,2015年通过产学研协同发展、由学校牵头,我们获得了国家科技进步一等奖。


  目前,中国的工业激光产业中工业应用占比达到60%。激光在工业应用领域增长的核心驱动力,是激光加工工艺对传统加工工艺的不断渗透和替代。激光加工向着高能量发展,光纤激光器可达6万瓦,已经能实现商用。同时,激光加工围绕着高效率、大尺寸的宏观加工,以及高峰值功率、窄脉宽如皮秒、飞秒等小尺寸精密微纳加工的两个方向发展。


  激光加工主要应用包括宏观与精细微加工,其优势比较明显,具备智能制造先进的基因,易实现自动化。激光加工具有较强的经济优势,将加速替代传统加工,同时激光技术的进步也为激光装备和制造业大范围的应用提供了条件。此外,终端应用市场的发展也带动了激光设备的发展。


  随着行业技术水平的提高,核心部件的国产化率也在不断提高,最终拓宽了产品的应用。特别是一些核心器件实现国产化后降低了进口依赖性,产品也在不断延伸。激光加工设备在半导体、消费电子等精细微加工领域和航空航天发动机、火箭飞行器、汽车发动机、3D打印等产业中得到广泛应用。


  目前,激光技术被应用在3C消费电子、半导体行业、新能源汽车、特种行业、激光医疗、5G通讯等行业中。围绕高功率的千瓦级皮秒、飞秒也被逐步应用,高功率的光纤激光器已经批量应用在工业制造领域。同时,激光的时空调控技术包括超快激光的光纤传输技术、超高速的激光扫描技术、光电协同技术、加工过程的监控技术等都得到了快速发展。


  激光作为一项赋能技术,如今已从单一的设备发展到智能化的设备,同时也围绕着自动化产线和智慧工厂发展。华工激光围绕单机智能化、产线智能化、工厂智慧化做了大量的实践和应用。比如在一个备料中心中,从板材进来直到工程机械车驶离,全部实现无人、少人,300个员工可以产生约300亿元的产值。(根据中国材料大会2022-2023”报告整理)

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