激光制造

概述

       激光制造技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，具有精度高、效率高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代制造業(yè)的重要支撐技術(shù)。其工作原理是，當(dāng)科學(xué)家在電管中以光或電流的能量來撞擊某些晶體或原子易受激發(fā)的物質(zhì)時，這些物質(zhì)的電子會達(dá)到受激發(fā)的高能量狀態(tài)。當(dāng)這些電子要回復(fù)到平靜的低能量狀態(tài)時，原子就會射出光子，以放出多余的能量。這些被放出的光子又會撞擊其它原子，激發(fā)更多的原子產(chǎn)生光子，引發(fā)一連串的“連鎖反應(yīng)”，并且都朝同一個方向前進(jìn)，形成強(qiáng)烈而且集中朝向某個方向的光，即激光。

       激光制造技術(shù)在多個領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括材料加工、測量控制、醫(yī)療、科研、信息和軍事等。例如，在汽車制造領(lǐng)域，激光技術(shù)被用于車身厚薄板、零件等的焊接和切割；在醫(yī)療領(lǐng)域，激光技術(shù)可用于治療和診斷等多種用途。

       隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光制造的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展?，F(xiàn)在，激光制造技術(shù)已經(jīng)與多個學(xué)科相結(jié)合，形成了多個應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，如光電技術(shù)、激光醫(yī)療與光子生物學(xué)、激光檢測與計量技術(shù)等。這些技術(shù)的發(fā)展，不僅推動了激光制造技術(shù)的進(jìn)步，也促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

       總之，激光制造技術(shù)是一種高效、精確、靈活的加工和制造技術(shù)，對于推動現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

分類

       激光制造技術(shù)可以分為兩大類：激光常規(guī)制造和激光增材制造。這兩類技術(shù)各有其獨(dú)特的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。

激光常規(guī)制造

       激光常規(guī)制造主要利用激光的高亮度和方向性好的特點(diǎn)，通過聚焦激光束照射到被加工材料上的指定部位，使材料發(fā)生氣化、熔化、金相組織以及內(nèi)部應(yīng)力變化等現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)工件材料的去除、連接、改性和分離等不同的加工目的。其主要工藝方法包括激光表面工程（如激光表面處理、激光淬火、激光噴涂等）、激光焊接、激光切割等。

激光增材制造

       激光增材制造則是一種以激光為能量源的增材制造技術(shù)，通過逐層累加材料來構(gòu)建三維物體。根據(jù)成形原理，激光增材制造可以分為激光選區(qū)熔化和激光金屬直接成形兩大類。激光選區(qū)熔化技術(shù)利用高能量的激光光束熔化粉末材料，逐層累加形成三維物體。

特點(diǎn)

       激光制造技術(shù)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

       加工精度高：激光束可以聚焦到很小的光斑，實(shí)現(xiàn)微米級的加工精度，適用于精密加工。

       加工效率高：激光加工為非接觸加工，加工速度快，熱影響區(qū)小，容易實(shí)現(xiàn)加工過程的自動化。

       加工材料廣泛：激光加工可以應(yīng)用于多種材料，包括金屬、非金屬、塑料、陶瓷等。

       加工方式多樣：根據(jù)激光與材料的相互作用方式，激光加工可分為切割、打孔、焊接、雕刻、表面改性等。

       自動化程度高：激光加工可以與自動化設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率。

       此外，激光加工還具有高積聚性、高溫度性、無噪聲以及加工部位的精確性等特點(diǎn)，對非加工部位的影響較小。這些特點(diǎn)使得激光制造技術(shù)在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，如汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械、電子產(chǎn)品等。

       以上是對激光制造的分類及特點(diǎn)的簡要概述。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)訌V泛，為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展帶來更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

發(fā)展成果

       激光制造技術(shù)的發(fā)展成果顯著，以下是一些重要的時間節(jié)點(diǎn)和對應(yīng)的成果：

2010年代至今

       激光制造技術(shù)持續(xù)發(fā)展，尤其在材料加工、精密制造和自動化生產(chǎn)等領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)步。

       材料加工：激光切割、激光焊接和激光打孔等技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬、非金屬、塑料等多種材料的加工中，實(shí)現(xiàn)了高精度、高效率的加工效果。

       精密制造：激光微納加工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)微米甚至納米級別的加工精度，為微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、光學(xué)元件等領(lǐng)域的制造提供了重要支持。

       自動化生產(chǎn)：激光加工設(shè)備逐漸實(shí)現(xiàn)自動化、智能化控制，提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。

2023年

       市場規(guī)模擴(kuò)大：據(jù)《2023-2028年中國激光設(shè)備制造行業(yè)發(fā)展分析與投資前景預(yù)測報告》顯示，激光設(shè)備制造行業(yè)繼續(xù)保持增長態(tài)勢，主流應(yīng)用場景如家用、工程、商務(wù)、教育等領(lǐng)域繼續(xù)高歌猛進(jìn)，收獲了顯著的同比增長。

       技術(shù)突破：在激光顯示領(lǐng)域，國產(chǎn)激光顯示品牌在光源設(shè)計、光機(jī)模組、整機(jī)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)方面做到了全球領(lǐng)先，并在激光器、成像芯片、鏡頭、抗光屏幕等核心部件的研發(fā)方面取得較快進(jìn)展。

       應(yīng)用擴(kuò)展：激光顯示在網(wǎng)紅餐飲、戶外露營、智慧文博等新興場景實(shí)現(xiàn)了2倍以上的規(guī)模增長，表明激光制造技術(shù)正在不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

激光科學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)化

       通過改善光腔結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)光的聚焦效果和提高輸出功率等方面的優(yōu)化技術(shù)，激光器的性能得到了顯著的提升。這些技術(shù)不僅提高了激光加工的效率和質(zhì)量，也促進(jìn)了激光制造技術(shù)的整體發(fā)展。

       需要注意的是，激光制造技術(shù)的發(fā)展是一個持續(xù)的過程，隨著科技的不斷進(jìn)步和市場需求的不斷變化，未來還將有更多的發(fā)展成果涌現(xiàn)。

領(lǐng)域

       激光制造技術(shù)領(lǐng)域是一個廣泛且不斷發(fā)展的領(lǐng)域，涵蓋了多種技術(shù)和應(yīng)用。以下是對激光制造技術(shù)領(lǐng)域的主要分類和應(yīng)用的詳細(xì)闡述：

一、激光制造技術(shù)的主要分類

       激光制造技術(shù)根據(jù)加工原理和方式的不同，可以大致分為激光常規(guī)制造和激光增材制造兩大類。

       1、激光常規(guī)制造

       激光切割：利用激光束的高能量密度對材料進(jìn)行熱作用，實(shí)現(xiàn)材料的快速切斷。

       激光焊接：通過激光束局部加熱工件表面，使其熔化并與另一工件連接在一起，實(shí)現(xiàn)精密焊接。

       激光打標(biāo)：利用激光束在物體表面進(jìn)行打標(biāo)、刻劃或標(biāo)識，添加文字、圖案、條形碼等信息。

       激光打孔：利用激光束穿透材料形成孔洞，常用于微孔加工。

       激光雕刻：在材料表面進(jìn)行局部加熱，使其蒸發(fā)或氧化，從而在材料表面刻劃圖案或文字。

       激光表面處理：包括激光淬火、激光退火、激光噴涂、激光蒸氣沉積等技術(shù)，用于改善材料表面的力學(xué)性能和物理性能。

       2、激光增材制造

       激光選區(qū)熔化（SLM）：利用高能激光束按照預(yù)定的掃描路徑，掃描預(yù)先鋪覆好的金屬粉末并將其完全熔化，冷卻凝固后形成工件。

       激光金屬直接成形（LMD）：類似于SLM，但可能在某些工藝細(xì)節(jié)上有所不同，同樣用于金屬零件的增材制造。

二、激光制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

       激光制造技術(shù)憑借其高精度、高速度、無接觸性等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)制造、醫(yī)療、科研、 通信 等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

       1、工業(yè)制造

       汽車制造：用于車身、發(fā)動機(jī)等部件的切割、焊接和打標(biāo)。

       電子制造：在電路板、半導(dǎo)體等精細(xì)加工領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

       航空航天：用于飛機(jī)、火箭等復(fù)雜構(gòu)件的制造和修復(fù)。

       軌道交通：在列車制造、軌道維護(hù)等方面也有應(yīng)用。

       2、醫(yī)療領(lǐng)域

       激光手術(shù)：如眼科手術(shù)、皮膚科手術(shù)等，利用激光束進(jìn)行精確切割和凝固。

       激光治療：用于皮膚病、腫瘤等的治療。

       醫(yī)療器械制造：激光技術(shù)在高端醫(yī)療器械的精細(xì)制造中發(fā)揮重要作用。

       3、科研領(lǐng)域

       材料研究：用于分析材料的成分、結(jié)構(gòu)和性能。

       物理、化學(xué)研究：作為高精度測量和實(shí)驗(yàn)工具。

       4、通信領(lǐng)域

       激光通信：利用激光束進(jìn)行高速、長距離的信息傳輸，具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)。

       5、其他領(lǐng)域

       激光測量與檢測：如激光雷達(dá)、激光測距儀等，在工業(yè)自動化、機(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

       激光打印與成像：在3D打印、激光打印和激光成像技術(shù)中扮演重要角色。

三、發(fā)展趨勢

       隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展，激光制造技術(shù)正朝著更高精度、更高效率、更環(huán)保的方向發(fā)展。同時，隨著高功率激光器技術(shù)的不斷突破和成本的降低，激光制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步拓展，為更多行業(yè)帶來革命性的變化。

       綜上所述，激光制造技術(shù)領(lǐng)域是一個充滿活力和創(chuàng)新精神的領(lǐng)域，其廣泛應(yīng)用和不斷發(fā)展將為人類社會的進(jìn)步和繁榮做出重要貢獻(xiàn)。

發(fā)展前景

       激光制造作為現(xiàn)代制造業(yè)的重要組成部分，其發(fā)展前景非常廣闊。以下是對激光制造發(fā)展前景的詳細(xì)分析：

一、市場需求持續(xù)增長

       隨著全球制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，激光制造以其高效、精確、非接觸、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。特別是在新能源汽車、光伏、儲能電池、氫能、通訊、以及醫(yī)療等熱門賽道和新興領(lǐng)域，激光制造技術(shù)的需求持續(xù)增長。例如，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展帶動了激光焊接設(shè)備的大量需求，預(yù)計未來幾年中國動力電池新增產(chǎn)能將帶動激光焊接設(shè)備需求約500億。

二、技術(shù)創(chuàng)新不斷突破

       激光制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新是推動其發(fā)展的重要動力。近年來，大功率光纖激光器核心技術(shù)不斷突破，輸出功率不斷刷新；超快激光器領(lǐng)域也捷報頻傳，從幾十瓦到千瓦級，光束質(zhì)量持續(xù)優(yōu)化，創(chuàng)新應(yīng)用層出不窮。這些技術(shù)創(chuàng)新不僅提升了激光制造的性能和效率，還為其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。

三、國產(chǎn)化進(jìn)程加速

       在激光制造領(lǐng)域，國產(chǎn)化進(jìn)程正在加速推進(jìn)。隨著國內(nèi)企業(yè)在激光器、激光加工設(shè)備等方面的技術(shù)積累和突破，國產(chǎn)激光制造設(shè)備的性能和質(zhì)量已經(jīng)接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。特別是在光纖激光器市場，國產(chǎn)激光器的市場份額逐年提升，部分功率段已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。這一趨勢將有助于降低激光制造設(shè)備的成本，提高市場競爭力。

四、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展

       激光制造產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展也是其發(fā)展前景的重要支撐。激光制造產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括光源材料、光學(xué)元器件等；中游為各種激光器及其配套裝置與設(shè)備；下游則是成套的激光加工設(shè)備和應(yīng)用領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展有助于各環(huán)節(jié)企業(yè)之間的緊密合作，共同推動激光制造技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。

五、政策支持力度加大

       政府對激光制造產(chǎn)業(yè)的支持力度也在不斷加大。近年來，國家出臺了一系列政策文件，明確將激光技術(shù)列為國家重點(diǎn)發(fā)展的前沿技術(shù)之一，并推動激光顯示產(chǎn)業(yè)化、高性能激光器國產(chǎn)化以及智能制造裝備的發(fā)展。這些政策的出臺為激光制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了良好的政策環(huán)境和市場機(jī)遇。

六、應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展

       激光制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓展。除了傳統(tǒng)的工業(yè)加工領(lǐng)域外，激光制造技術(shù)在通信、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷增加。例如，在通信領(lǐng)域，激光器是光纖通信系統(tǒng)的核心部件；在醫(yī)療領(lǐng)域，激光器被廣泛應(yīng)用于眼科手術(shù)、皮膚美容等方面；在科研領(lǐng)域，激光器也是重要的實(shí)驗(yàn)工具。這些領(lǐng)域的拓展將進(jìn)一步推動激光制造技術(shù)的市場需求和發(fā)展前景。

七、國際化趨勢明顯

       隨著全球制造業(yè)的深度融合和發(fā)展，激光制造技術(shù)的國際化趨勢也越來越明顯。國內(nèi)激光制造企業(yè)紛紛走出國門，拓展國際市場。同時，國際激光制造企業(yè)也加強(qiáng)了在中國的布局和合作。這種國際化趨勢將有助于推動激光制造技術(shù)的全球交流和合作，促進(jìn)激光制造技術(shù)的共同進(jìn)步和發(fā)展。

       綜上所述，激光制造發(fā)展前景廣闊，市場需求持續(xù)增長，技術(shù)創(chuàng)新不斷突破，國產(chǎn)化進(jìn)程加速推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展良好，政策支持力度加大，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展以及國際化趨勢明顯。這些因素共同推動激光制造產(chǎn)業(yè)向更高水平、更高質(zhì)量的方向發(fā)展。

激光制造廠

       激光制造廠專注于利用激光技術(shù)進(jìn)行材料加工和制造。以下是對激光制造廠的詳細(xì)介紹：

一、激光制造原理與特點(diǎn)

       激光制造原理：激光制造基于激光束的高能量密度，通過將其集中在工件表面進(jìn)行熔化、蒸發(fā)或燃燒等過程，實(shí)現(xiàn)對材料的加工和制造。其工作原理是，當(dāng)科學(xué)家在電管中以光或電流的能量來撞擊某些晶體或原子易受激發(fā)的物質(zhì)時，這些物質(zhì)的電子會達(dá)到受激發(fā)的高能量狀態(tài)。當(dāng)這些電子要回復(fù)到平靜的低能量狀態(tài)時，原子就會射出光子，以放出多余的能量。這些被放出的光子又會撞擊其它原子，激發(fā)更多的原子產(chǎn)生光子，引發(fā)一連串的“連鎖反應(yīng)”，并且都朝同一個方向前進(jìn)，形成強(qiáng)烈而且集中朝向某個方向的光，即激光。

       激光制造特點(diǎn)：

       自動化程度高：激光加工可以與自動化設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率。

       高精度：激光束的發(fā)散角可小于1毫弧，光斑直徑可小到微米量級，作用時間可以短到納秒和皮秒，加工精度極高。

       適用范圍廣：激光既適于精密微細(xì)加工，又適于大型材料加工。

       熱影響區(qū)小：激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有或影響極小，熱影響區(qū)小，工件熱變形小。

       環(huán)保節(jié)能：激光加工過程中輸入工件的熱量小，且易于與精密機(jī)械、精密測量技術(shù)和電子計算機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)加工的高度自動化，減少能耗和污染。

二、激光制造廠的應(yīng)用領(lǐng)域

       激光制造廠的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，包括但不限于：

       工業(yè)制造：如汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械、電子產(chǎn)品等。激光制造技術(shù)可用于車身、發(fā)動機(jī)等部件的切割、焊接和打標(biāo)，以及飛機(jī)、火箭等復(fù)雜構(gòu)件的制造和修復(fù)。

       消費(fèi)電子：激光表面處理、精密打孔、表面標(biāo)刻、精密切割、焊接等工藝在消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，涵蓋了手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、智能穿戴等產(chǎn)品。

       新能源汽車：激光表面處理、切割、焊接等工藝在汽車鈑金加工領(lǐng)域具有良好應(yīng)用，不僅對傳統(tǒng)加工工藝在汽車領(lǐng)域的替代程度逐步提升，同時隨著新能源汽車行業(yè)發(fā)展具有較大的增長空間。

       鋰電池：激光切割、焊接、打孔等工藝在鋰電池制造過程中發(fā)揮了重要作用，提高了鋰電池的性能和安全性。

       半導(dǎo)體：激光切割、打孔、刻蝕等工藝在半導(dǎo)體芯片制造過程中具有重要應(yīng)用，提高了芯片的性能和質(zhì)量。

三、激光制造廠的發(fā)展趨勢

       技術(shù)創(chuàng)新：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場需求的變化，激光技術(shù)將不斷推出新的產(chǎn)品和工藝，提高激光器的性能和效率，降低激光器的成本和功耗。

       產(chǎn)業(yè)升級：激光技術(shù)將推動產(chǎn)業(yè)升級和轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)將逐步被激光技術(shù)取代或改造，提高產(chǎn)業(yè)的效率和質(zhì)量，降低產(chǎn)業(yè)的污染和能耗。

       新興應(yīng)用領(lǐng)域拓展：激光技術(shù)正在向更多新興應(yīng)用領(lǐng)域拓展，如激光清洗、3D打印市場、激光雷達(dá)、激光醫(yī)療美容、3D傳感、激光顯示、激光照明等。

四、激光制造廠實(shí)例

       大族激光智能裝備集團(tuán)：這是一家全球知名的激光技術(shù)解決方案提供商，集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)于一體。產(chǎn)品線涵蓋各類激光加工設(shè)備和應(yīng)用設(shè)備，遠(yuǎn)銷全球100多個國家和地區(qū)。公司總部位于中國深圳，擁有遍布全球的營銷網(wǎng)絡(luò)和售后服務(wù)體系。

       綜上所述，激光制造廠在現(xiàn)代制造業(yè)中扮演著越來越重要的角色，其發(fā)展前景廣闊。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，激光制造廠將為全球客戶提供更加優(yōu)質(zhì)、高效、可靠的解決方案。