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深度解讀

朱曉:制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)要用好激光技術(shù)

來源:《前沿科學(xué)》2019年第4期2020-02-19 我要評(píng)論(0 )   

●激光制造技術(shù)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造能力、品質(zhì)與靈活性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造技術(shù),目前我國部分激光制造技術(shù)已國際領(lǐng)先?!癞?dāng)前我國激光產(chǎn)業(yè)

●激光制造技術(shù)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造能力、品質(zhì)與靈活性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造技術(shù),目前我國部分激光制造技術(shù)已國際領(lǐng)先。

●當(dāng)前我國激光產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模,2018年我國激光器及激光設(shè)備產(chǎn)值達(dá)到600億元以上,中國已經(jīng)成為中低端激光制造做得最好、最大的市場。

●在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持下,我國激光制造產(chǎn)業(yè)形成了“全鏈條設(shè)計(jì)、一體化實(shí)施”的思路,越來越多的企業(yè)已經(jīng)投入到超快激光器的研發(fā)中來。

激光歷經(jīng)60年發(fā)展,從日常的衣食住行到工業(yè)領(lǐng)域加工制造的各個(gè)環(huán)節(jié),它的身影已無處不在。

當(dāng)前,全球制造業(yè)正在掀起新一輪產(chǎn)業(yè)革命。激光制造技術(shù)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造能力、品質(zhì)與靈活性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造技術(shù),在航空航天、軌道交通、電子制造、新能源、新材料等領(lǐng)域有著重要發(fā)展前景,被專家認(rèn)為是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新一代戰(zhàn)略性支撐技術(shù),其也一直被世界主要發(fā)達(dá)國家所重視。

在前期市場拉動(dòng)和政策支持下,中國已成為全球最大的激光制造市場。面對(duì)機(jī)遇,中國在激光制造領(lǐng)域正在進(jìn)行怎樣的探索?激光制造產(chǎn)業(yè)還應(yīng)突破哪些關(guān)卡?未來激光制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向是什么?就此,記者與華中科技大學(xué)激光加工國家工程中心主任朱曉進(jìn)行了獨(dú)家對(duì)話。

集中攻關(guān),部分激光技術(shù)已國際領(lǐng)先

記者:激光制造領(lǐng)域已成為全球制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中關(guān)注度最高的領(lǐng)域之一,您認(rèn)為世界主要發(fā)達(dá)國家關(guān)注和支持激光制造領(lǐng)域的原因是什么?

朱曉:激光制造技術(shù)是國際戰(zhàn)略核心技術(shù)之一,世界主要發(fā)達(dá)國家也均將激光制造列入相應(yīng)的國家發(fā)展計(jì)劃,持續(xù)加大國家投入。

美國在激光制造基礎(chǔ)理論、產(chǎn)品研發(fā)方面走在了世界發(fā)展的前列,持續(xù)的政府政策支持帶動(dòng)了美國航天航空、高端芯片等領(lǐng)域的激光加工應(yīng)用發(fā)展。比較典型的是美國通用電氣公司,它應(yīng)用在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造上的激光鉆孔技術(shù)目前是全球最高水平。

歐洲的激光制造則以德國為代表,德國擁有強(qiáng)大的基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展體系。經(jīng)過多年的發(fā)展,德國將在其國民經(jīng)濟(jì)占有最重要地位的汽車制造做為應(yīng)用支撐點(diǎn),使激光制造技術(shù)完成了從輔助技術(shù)到主流技術(shù)的轉(zhuǎn)變,而這些又反過來促進(jìn)了德國制造業(yè)整體水平的提升。

記者:對(duì)于中國激光制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑,您是怎樣理解的?目前我國有哪些突出的激光制造技術(shù)成果?

朱曉:中國激光制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑是從中低端往高端走,走的是“群眾路線”。中國非常注重激光制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,近十年也在國家層面發(fā)布了多項(xiàng)激光制造的規(guī)劃,加之中國市場的廣闊和應(yīng)用需求的強(qiáng)勁,當(dāng)前我國激光產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模,2018年我國激光器及激光設(shè)備產(chǎn)值達(dá)到600億元以上,中國已經(jīng)成為中低端激光制造做得最好、最大的市場。

中國的激光制造產(chǎn)業(yè)同時(shí)也在高端制造領(lǐng)域加緊追趕步伐。在國家科技計(jì)劃,特別是“增材制造與激光制造”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持下,從基礎(chǔ)研究、器件研制、裝備開發(fā)到實(shí)際的應(yīng)用示范,形成了“全鏈條設(shè)計(jì)、一體化實(shí)施”的思路,集中優(yōu)勢力量攻關(guān),目前已產(chǎn)出一些突出成果,如提出了電子動(dòng)態(tài)調(diào)控超快激光制造的新原理、新方法,研制出了高性能新一代激光晶體等,形成了一定特色,部分技術(shù)國際領(lǐng)先。

國產(chǎn)替代,幫助企業(yè)快速增長

記者:過去十年,被業(yè)界普遍認(rèn)為是中國激光制造產(chǎn)業(yè)的黃金十年,我國激光制造的市場規(guī)模增長率也遠(yuǎn)超國際平均增長速度,這種增長態(tài)勢還會(huì)持續(xù)嗎?

朱曉:隨著中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí),激光技術(shù)的成本不斷下降,應(yīng)用需求空間不斷擴(kuò)大,預(yù)計(jì)未來激光制造的市場規(guī)模將越來越大。

首先,激光制造在中低端可以做到替代部分傳統(tǒng)制造,加工的效率、制造的質(zhì)量也要好得多,優(yōu)勢明顯。由于激光制造應(yīng)用范圍越來越廣,其自身市場的體量也比較大,所以激光制造成本變得越來越低,進(jìn)入了一個(gè)良性循環(huán)。

其次,此前我國激光設(shè)備大多依賴進(jìn)口,但近5年來,我國企業(yè)在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了諸多突破,涌現(xiàn)出了大族激光、華工科技、銳科激光等企業(yè),讓中國本土擁有了更好的配套和更低的成本,國產(chǎn)替代已是大勢所趨,我國激光企業(yè)將通過國產(chǎn)替代實(shí)現(xiàn)快速成長。

同時(shí),智能制造引發(fā)了全球熱潮,激光制造技術(shù)將成為智能制造領(lǐng)域重要的加工手段。比如,手機(jī)中90%的零部件需要通過激光加工,并且在這90%零部件的制造過程中,超過20種不同工藝的制造環(huán)節(jié)會(huì)用到激光技術(shù)及相關(guān)的制造設(shè)備。這些新的市場需求,給激光制造產(chǎn)業(yè)帶來持續(xù)發(fā)展動(dòng)力。

記者:面對(duì)中國激光制造產(chǎn)業(yè)的黃金時(shí)期,產(chǎn)業(yè)各界應(yīng)該在哪些方向努力和改變?

朱曉:中國現(xiàn)已進(jìn)入到激光制造技術(shù)全面應(yīng)用的時(shí)代。在轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期,規(guī)范行業(yè)發(fā)展迫在眉睫,同時(shí)也要加快激光核心器件的突破。

目前,激光制造已處于技術(shù)敏感期,在升級(jí)激光傳統(tǒng)的加工手段、開發(fā)新型加工手段的同時(shí),我們還需要努力形成更規(guī)范的市場運(yùn)作。政府部門和行業(yè)各界需要共同努力,在管理上下功夫,引導(dǎo)行業(yè)健康發(fā)展,建立相關(guān)的規(guī)章制度、服務(wù)體系,避免出現(xiàn)惡性競爭等,同時(shí)行業(yè)內(nèi)的參與者也應(yīng)更自律。

中國激光制造技術(shù)近年來進(jìn)步顯著,但要跟上世界主要發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平,我們還是要在關(guān)鍵核心器件上實(shí)現(xiàn)突破,目前國內(nèi)也在這方面補(bǔ)短板。比如對(duì)于超快激光器在精密微細(xì)制造中的應(yīng)用,國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃已有布局,武漢華日激光公司牽頭的超快激光器的工程化量產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化示范,現(xiàn)在已做到百瓦級(jí)。國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的引導(dǎo)只是開始,現(xiàn)在國內(nèi)越來越多的企業(yè)已經(jīng)投入到超快激光器的研發(fā)中來。激光是一種通用工具,激光制造和其他制造相結(jié)合是未來發(fā)展的趨勢,未來更多新的應(yīng)用會(huì)被開拓出來,我們要充分發(fā)揮激光的特點(diǎn),做好、用好這個(gè)工具。

打破壟斷,為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)

記者:您主持的脈沖碟片激光器項(xiàng)目2019年3月成功實(shí)現(xiàn)國產(chǎn),業(yè)內(nèi)專家高度評(píng)價(jià)說其填補(bǔ)了全球相關(guān)技術(shù)和設(shè)備的空白,您能介紹一下它的優(yōu)勢和創(chuàng)新價(jià)值體現(xiàn)在哪些方面嗎?

朱曉:激光的產(chǎn)生需要一定的“工作物質(zhì)”,現(xiàn)在工業(yè)激光器主要有4種:半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、板條激光器、碟片激光器。這4種激光器中,碟片激光器是獲得大脈沖能量、高平均功率、窄脈沖寬度的最佳技術(shù)方案。

之前國內(nèi)碟片激光器受限于知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心器件,一直被德國壟斷。我們走的是另外一條技術(shù)路線,擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán),多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)成熟度等同德國水平。目前核心單元器件已成熟,器件完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,為今后產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ),在硬脆材料制造、金屬材料打孔、精密焊接等應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊。

未來我們打算繼續(xù)研發(fā)更高功率的激光器,做到千瓦級(jí)、萬瓦級(jí)。在基礎(chǔ)研究方面,要解決薄片發(fā)熱問題,獲得更好光束質(zhì)量;要采用不同的激光晶體,做成系列碟片激光器;最后希望能與下游設(shè)備集成商緊密合作,實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化,最終實(shí)現(xiàn)脈沖碟片激光器的量產(chǎn)。

記者:您剛提到目前正在尋求脈沖碟片激光器的后續(xù)成果轉(zhuǎn)化,這個(gè)過程中您感觸最深的是什么?

朱曉:實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,核心是要進(jìn)行工程化開發(fā),解決產(chǎn)品的成品率和生產(chǎn)效率的問題。保證成品率的批量生產(chǎn)至關(guān)重要,制作工藝、制造標(biāo)準(zhǔn)、檢測方法都要在質(zhì)量控制上做到位才行。我們需要考量怎么把每一步做規(guī)范,控制精準(zhǔn),還要提升制造效率,降低成本。

(原載于《前沿科學(xué)》2019年第4期,內(nèi)容有刪減)

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激光制造朱曉碟片激光器
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