本文作者:姚建華 | 浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長(zhǎng)、激光先進(jìn)制造研究院院長(zhǎng)
激光憑借高亮度、高方向性、高單色性及高相干性的特點(diǎn)在工業(yè)制造、生物醫(yī)學(xué)、通訊傳感等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)自“十一五”以來(lái)一直將激光技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)前沿技術(shù),得益于國(guó)家對(duì)高科技產(chǎn)業(yè)的重視和支持,我國(guó)激光行業(yè)在基礎(chǔ)元件開(kāi)發(fā)、集成系統(tǒng)研制、工程實(shí)踐運(yùn)用等方面取得了長(zhǎng)足發(fā)展并逐漸成為全球最大的激光技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)。結(jié)合激光光源寬波長(zhǎng)范圍、超短脈寬、小衍射極限、高能量密度以及激光系統(tǒng)小型化、低成本的發(fā)展趨勢(shì),本文揭示了材料與新光源間的作用機(jī)制并探討了激光制造技術(shù)面臨的核心科學(xué)問(wèn)題與關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
光源突破 如今,激光光源領(lǐng)域的發(fā)展突飛猛進(jìn),無(wú)論從波長(zhǎng)范圍、頻率范圍、加工材料范圍以及起到的作用等多個(gè)方面都經(jīng)歷著飛速的發(fā)展與革新。新光源正催生出更多新工藝、新技術(shù)和新應(yīng)用。 此外,激光能量也在不斷突破中,從30年前的幾百瓦、上千瓦發(fā)展到如今的吉瓦以上,并實(shí)現(xiàn)了毫米 - 微米 - 納米的跨尺度加工。不同的激光能量密度適用于特定的激光加工工藝,包括:激光光刻、激光微納加工、激光轉(zhuǎn)印、激光彎曲成形、激光固態(tài)相變、激光熔覆、激光清洗、激光切割、超快激光加工等。同時(shí),激光脈寬、峰值功率和衍射極限等各項(xiàng)指標(biāo)也持續(xù)迎來(lái)了突破。 圖1. 不同的激光加工工藝 在激光系統(tǒng)發(fā)展領(lǐng)域,前沿聚焦點(diǎn)是針對(duì)不同激光器工作物質(zhì),開(kāi)展低成本、高效率、高穩(wěn)定性與極端波長(zhǎng)的激光器研發(fā),以及基于高性能、高集成諧振腔設(shè)計(jì)、高效率激光工作物質(zhì)開(kāi)發(fā),推動(dòng)激光系統(tǒng)的小型化、輕量化發(fā)展趨勢(shì)。 圖2. 小型化、輕量化激光器 制造領(lǐng)域的革新趨勢(shì) 當(dāng)前,激光制造行業(yè)作為高新科技產(chǎn)業(yè)正不斷釋放出更多的發(fā)展動(dòng)能和活力,行業(yè)內(nèi)持續(xù)涌現(xiàn)一批原始創(chuàng)新技術(shù),創(chuàng)造了一批變革性新產(chǎn)品,催生了系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群,支撐創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略。從激光產(chǎn)業(yè)的角度看,其對(duì)制造業(yè)帶來(lái)的革新主要體現(xiàn)在以下三方面:激光光源變革催生極限制造;激光系統(tǒng)發(fā)展服務(wù)于高效定制化制造;復(fù)合能量耦合服務(wù)于精密調(diào)控制造。 制造革新1:激光光源變革促生極限制造 首先,衍射極限突破催生納米制造。1873年,德國(guó)科學(xué)家Ernst Abbe發(fā)現(xiàn)了光的衍射極限。1994年,由德國(guó)科學(xué)家斯蒂芬·赫爾提出的受激發(fā)射損耗技術(shù)(STED)采用兩束激光,一束激發(fā)顯微鏡物鏡下的熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光,同時(shí)另外一束中心光強(qiáng)為零的環(huán)形損耗激光將上述激光束最中心以外的所有分子熒光熄滅。這兩束光的中心重合在一起,使得發(fā)出熒光的區(qū)域極小,加工精度可以突破衍射極限達(dá)到λ/6。 其次,飛秒激光雙光子聚合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。作為一種具有納米精度的三維加工方式,它被廣泛應(yīng)用于制造各種功能微結(jié)構(gòu)。利用激光與物質(zhì)相互作用的雙光子非線性吸收效應(yīng)和閾值效應(yīng),可以突破經(jīng)典光學(xué)理論衍射極限,實(shí)現(xiàn)納米尺度的加工分辨率。1997年,飛秒雙光子聚合技術(shù)首次被用在三維制造上,可實(shí)現(xiàn)λ/10的制造精度。 第三則是近場(chǎng)方法,這是當(dāng)成像或加工對(duì)象與聚焦光學(xué)元件的距離小于一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)所采用的方法。目前,利用近場(chǎng)針尖效應(yīng)可達(dá)約λ/50的加工精度。 圖3.利用近場(chǎng)針尖效應(yīng)可達(dá)約λ/50的加工精度 在這一領(lǐng)域,面臨的科學(xué)問(wèn)題是要持續(xù)探索和突破激光物質(zhì)相互作用和新機(jī)制誘導(dǎo)下的制造革新。多年來(lái),針對(duì)激光與材料之間的相互作用開(kāi)展了許多研究工作。通過(guò)激光加熱材料表面使其溫度升高,當(dāng)達(dá)到材料的熔點(diǎn)時(shí)將發(fā)生熔融現(xiàn)象;繼續(xù)加熱材料表面溫度達(dá)到汽化溫度時(shí),表面將發(fā)生汽化現(xiàn)象。然而,由于激光加工遠(yuǎn)離平衡態(tài),迄今仍未有一個(gè)清晰明確的理論能夠把激光與材料的相互作用機(jī)制解釋得非常通透。 隨后,又涌現(xiàn)了超強(qiáng)激光、超快激光、波長(zhǎng)可調(diào)等新技術(shù),帶來(lái)新的科學(xué)問(wèn)題。例如,超強(qiáng)激光領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了激光-固體相互作用新現(xiàn)象,基于強(qiáng)場(chǎng)量子電動(dòng)力學(xué)效應(yīng),激光-固體相互作用可以有效地產(chǎn)生稠密的正電子。當(dāng)激光強(qiáng)度超過(guò)1024W/cm2時(shí),可以獲得>30%的極化度。又如,針對(duì)波長(zhǎng)可調(diào)性,激光-分子相互作用新現(xiàn)象則是通過(guò)選擇合適的激光波長(zhǎng),將高質(zhì)量的激光光子能量通過(guò)共振選定分子基團(tuán)的特定模式,定向耦合于選定分子的化學(xué)鍵中,從而有效實(shí)現(xiàn)在分子量級(jí)的化學(xué)反應(yīng)控制。 未來(lái),該領(lǐng)域要不斷攻克更多原創(chuàng)性、前瞻性與前沿性的技術(shù)問(wèn)題:原位力-電-光耦合下微納器件制造技術(shù)(仿生、傳感);激光新材料的合成與制備技術(shù)(激光造物);柔性異質(zhì)材料分子間界面特性規(guī)律與制造技術(shù)(異種材料連接);納米面形精度制造中的材料可控去除機(jī)理與加工技術(shù)(微納減材)等。 制造革新2: 能量與光學(xué)系統(tǒng)發(fā)展帶動(dòng)高效定制化制造 第二個(gè)制造革新是能量與光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展推動(dòng)高效定制化制造。包括大能量振鏡、可調(diào)光斑、能量分布可調(diào)、多光束陣列掃描等產(chǎn)品和技術(shù)領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)展,也一并為高水平的智能制造創(chuàng)造了更多的空間。 圖4.光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展(密度反射鏡、能量分布可調(diào)、多光束陣列掃描等)帶動(dòng)了高效定制化制造 然而,該領(lǐng)域仍面臨不少亟需解決的科學(xué)問(wèn)題,尤其需要關(guān)注的是研究大能量場(chǎng)、可變能量場(chǎng),以及可調(diào)節(jié)能量場(chǎng)的作用下,晶粒層面的變化及其可控性,因?yàn)榫Я5某叨葲Q定了其核心性能。具體來(lái)說(shuō)包括如下問(wèn)題:晶粒的高度細(xì)化、晶粒的可控生長(zhǎng)、晶粒的可控分布;材料成分、應(yīng)力的可控復(fù)合;表面跨尺度結(jié)構(gòu);細(xì)胞的可控生長(zhǎng)等??傊?,基礎(chǔ)研究中應(yīng)深入宏-微-納跨尺度及物理/化學(xué)/生物效應(yīng)等交叉領(lǐng)域的研究。 以上這些科學(xué)問(wèn)題繼而引申出相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題:激光性能定制技術(shù)、結(jié)構(gòu)功能一體化技術(shù)、多光束制造與增材制造協(xié)同技術(shù),以及大光斑與高速掃描技術(shù)等。 這些技術(shù)問(wèn)題催生出了一系列新應(yīng)用需求。例如,新能源領(lǐng)域的低碳激光處理、精密焊接/切割、激光轉(zhuǎn)印、激光制絨等應(yīng)用;半導(dǎo)體領(lǐng)域的激光退火、激光摻雜、激光隱切、激光清洗等應(yīng)用;生命健康領(lǐng)域的人體組織精確燒蝕、雙光子聚合微針、組織增材制造等應(yīng)用。誠(chéng)然,新的行業(yè)需求,反過(guò)來(lái)又催生了對(duì)新光源的需求。 制造革新3:復(fù)合能場(chǎng)耦合支撐精密調(diào)控制造 在復(fù)合能場(chǎng)耦合支撐精密調(diào)控制造方面,首先,要關(guān)注光束與其他能場(chǎng)之間的復(fù)合制造技術(shù),包括激光+超音速?gòu)?fù)合制造、激光+電磁場(chǎng)復(fù)合制造、激光+超聲能場(chǎng)復(fù)合制造、激光+電化學(xué)復(fù)合制造等,旨在突破單一能場(chǎng)調(diào)控極限。其次,要探索激光加工與其他工藝之間的復(fù)合制造技術(shù),包括多光束復(fù)合激光焊接、激光增/等/減復(fù)合制造、激光+清洗復(fù)合制造、激光+拋光復(fù)合制造等,旨在持續(xù)突破非接觸光加工的局限。最終目標(biāo)是達(dá)成激光與材料作用過(guò)程的可調(diào)可控,實(shí)現(xiàn)多能場(chǎng)、多工藝復(fù)合的“1+1>2”的效果。 由此衍生的部分科學(xué)問(wèn)題也不容忽視,如多激光束加熱與材料的作用機(jī)制;多激光束間頻率、波長(zhǎng)匹配及耦合機(jī)制;多物理場(chǎng)下非均勻體復(fù)雜流變行為與表征;多能場(chǎng)下液態(tài)金屬凝固過(guò)程微觀結(jié)構(gòu)演變機(jī)制;激光與多工藝耦合機(jī)制及熱裂行為和熱-力-流耦合作用下組織演化機(jī)理與預(yù)測(cè)等。 探索實(shí)踐 近年來(lái),浙江工業(yè)大學(xué)在激光表面改性技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展了大量的研發(fā)工作并持續(xù)取得了突破和創(chuàng)新。激光表面改性作為新一代綠色制造技術(shù)之一,面向我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重大需求,直接服務(wù)于重大裝備高端部件的性能提升與國(guó)產(chǎn)化制造,成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要支撐。 圖5. 激光表面改性是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要支撐 激光強(qiáng)化、激光熔覆等表面改性技術(shù)在幾十年的發(fā)展中經(jīng)歷了不斷的迭代更新,從光源到改性理論、工藝和控制等方面都?xì)v經(jīng)了從無(wú)到有、從有到好、從好到飛躍的階段,推動(dòng)激光制造技術(shù)的高質(zhì)高效發(fā)展,在工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,并逐步邁向更高水平的復(fù)合化、定制化、集成化、智能化發(fā)展。 超快新光源--激光微納表面改性 激光誘導(dǎo)空氣等離子體沖擊波清洗技術(shù) 在激光誘導(dǎo)空氣等離子體沖擊波清洗技術(shù)方面,浙工大團(tuán)隊(duì)采用雙光束激光誘導(dǎo)空氣等離子體沖擊波清洗工藝去除硅晶圓表面的納米顆粒。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),多核等離子體沖擊波增強(qiáng)了作用在納米顆粒上的水平滾動(dòng)力,與傳統(tǒng)清洗工藝相比,該工藝中的未清洗盲區(qū)面積減少了95%。同時(shí),激光沖擊波清洗避免了直接的機(jī)械、液體和光接觸,是納米顆粒無(wú)損去除的有效方法。 圖6.硅晶圓表面雙光束清洗效果 激光輻照清洗硅晶圓技術(shù) 通過(guò)激光輻照清洗硅晶圓表面的實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)顆粒誘導(dǎo)光場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)促進(jìn)了基體與顆粒間的熱膨脹差異,有利于納米顆粒的去除;理論數(shù)值模擬揭示顆粒增強(qiáng)近場(chǎng)光學(xué)效應(yīng)是基體表面納米損傷的內(nèi)在機(jī)理。 圖7. 激光輻照清洗裝備與原理示意圖 激光化學(xué)調(diào)控復(fù)合氣體表面合金化 該領(lǐng)域開(kāi)展的一系列研究工作表明,將激光能量選擇性定向耦合于選定分子的化學(xué)鍵中,有效地促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)中的分子化學(xué)鍵斷裂,從而提高材料制備中關(guān)鍵基團(tuán)的活性,助力材料形核、生長(zhǎng)、結(jié)晶等過(guò)程。如將激光能量通過(guò)共振激發(fā)的方式定向耦合于氨氣分子中,能夠提高其解離效率和活性氮原子的生成,促進(jìn)氮擴(kuò)散進(jìn)程,提高滲氮效率和滲氮質(zhì)量。 激光拋光技術(shù) 如今,新光源(如多脈沖、可調(diào)制等)也催生出新型的激光拋光技術(shù),可逐步替代手工、機(jī)器人等傳統(tǒng)拋光方式。其中,激光冷拋光的原理是,材料吸收光子后,使表層材料的化學(xué)鍵被打斷或晶格結(jié)構(gòu)被破壞,從而實(shí)現(xiàn)材料的去除。激光熱拋光則利用激光的熱效應(yīng),通過(guò)熔化、蒸發(fā)等過(guò)程去除材料。 圖8. 脈沖激光拋光效果對(duì)比 光學(xué)系統(tǒng)發(fā)展——高效定制化激光固態(tài)相變 隨著激光器和光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展,不斷涌現(xiàn)出萬(wàn)瓦級(jí)激光器及大幅面光斑,光斑從固定式發(fā)展到可變式、隨動(dòng)式,使得復(fù)雜構(gòu)件的大深度、大面積激光表面強(qiáng)化成為可能。在這一領(lǐng)域,浙工大團(tuán)隊(duì)在光學(xué)系統(tǒng)、材料、工藝三方面聯(lián)合攻關(guān),針對(duì)制造需求設(shè)計(jì)激光頭與光學(xué)聚集系統(tǒng),集成專用成套裝備,旨在實(shí)現(xiàn)高效定制化激光固態(tài)相變。 高效定制化激光固態(tài)相變的技術(shù)需求包括重載、交變載荷、長(zhǎng)壽命,以及兼具強(qiáng)韌性等。但現(xiàn)有技術(shù)的局限性體現(xiàn)在激光淬火深度有限(2mm以內(nèi))、馬氏體相變組織單一、表面硬而脆。因此,亟需開(kāi)發(fā)多熱源激光復(fù)合固態(tài)相變工藝,其中的關(guān)鍵問(wèn)題包括:突破強(qiáng)化層深度極限,突破組織調(diào)控極限,以及實(shí)現(xiàn)大面積替代(感應(yīng)淬火,化學(xué)熱處理,爐內(nèi)加熱等傳統(tǒng)高能耗熱處理手段),最終目標(biāo)是通過(guò)固態(tài)相變實(shí)現(xiàn)組織與性能的精密調(diào)控。 多能場(chǎng)激光復(fù)合制造 在多能場(chǎng)激光復(fù)合制造領(lǐng)域,浙工大團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了超音速激光沉積技術(shù)、電磁場(chǎng)復(fù)合激光修復(fù)技術(shù)、電化學(xué)復(fù)合激光沉積技術(shù)、超聲場(chǎng)復(fù)合激光修復(fù)技術(shù)四大能場(chǎng)復(fù)合激光制造技術(shù)。 超音速激光沉積技術(shù) 超音速激光沉積技術(shù)將激光技術(shù)與超音速沉積技術(shù)進(jìn)行復(fù)合,激光束對(duì)經(jīng)由拉瓦爾噴嘴噴出的高速粉末和基體進(jìn)行加熱,結(jié)合超音速沉積過(guò)程,在基體表面實(shí)現(xiàn)高效沉積,具有沉積效率高、溫度低、成本低、性能高等優(yōu)點(diǎn),是一種極具潛力的新型金屬增材制造技術(shù)。建立了顆粒和基體作用模型,揭示了動(dòng)能場(chǎng)與激光同步耦合對(duì)材料彈塑性及撞擊變形行為的影響,實(shí)現(xiàn)了高致密度的涂層制備。 圖9. 超音速激光沉積層微鍛態(tài)組織 利用超音速激光沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)Fe基、Co基、Ni基、Ti基等合金及其復(fù)合材料的沉積和增材制造,材料沉積效率為單一激光熔覆效率的10倍以上,沉積層熱影響區(qū)≤9 μm,沉積層呈現(xiàn)微鍛態(tài)組織,物相和微觀組織與原始粉末材料保持一致,表現(xiàn)出優(yōu)異的表面性能。今后,該領(lǐng)域的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)在高端裝備核心部件增材制造及再制造方面的廣泛應(yīng)用。 電磁場(chǎng)復(fù)合激光修復(fù)技術(shù) 電磁場(chǎng)復(fù)合激光修復(fù)技術(shù)利用電磁場(chǎng)與激光熔池流體相互耦合,對(duì)內(nèi)部的液態(tài)流動(dòng)和成分元素等進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)形貌、缺陷、組織等的調(diào)控,以達(dá)到大幅改善零部件性能的目的。建立了考慮穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)、缺陷、形貌變化的多物理場(chǎng)數(shù)值模型,揭示了電磁場(chǎng)對(duì)熔池流動(dòng)以及傳熱的影響機(jī)制。 在氣孔調(diào)控方面,該工藝可以高效排出熔覆過(guò)程中由于空心粉、外界氣體引入和材料內(nèi)部反應(yīng)析出的各類(lèi)氣孔。仿真計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明,利用定向洛倫茲力的輔助,無(wú)需調(diào)整激光熔覆工藝參數(shù),即可有效調(diào)節(jié)熔覆層內(nèi)的氣孔分布,在鑄鐵基體上熔覆空心粉仍能獲得近100%的致密度。 圖10. 氣泡在不同位置及不同洛倫茲力作用下的軌跡 (a)前部(b)中部 (c)后部 在顆粒調(diào)控方面,電磁場(chǎng)作用下熔注層的顆粒分布密度提高3倍,可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)顆粒分布梯度正反向靈活調(diào)控,獲得功能梯度涂層,提高后續(xù)加工性能。 電化學(xué)復(fù)合激光表面改性技術(shù) 激光復(fù)合微弧氧化表面強(qiáng)化是一種將激光加工與電化學(xué)加工有效結(jié)合的復(fù)合加工技術(shù),利用激光的熱力沖擊效應(yīng)可以有效提高氧化效率,改善加工質(zhì)量。相比于單一微弧氧化,采用激光復(fù)合微弧氧化技術(shù)后,涂層厚度增加40%,氧化后期的生長(zhǎng)速率提高2倍,有益元素含量顯著提高,從而使復(fù)合涂層展現(xiàn)出更好的耐磨、耐蝕性能。射流式激光同步復(fù)合微弧氧化作用下涂層厚度與耐蝕性能得到顯著提高,同時(shí)加工電壓明顯下降。 圖11. 激光復(fù)合微弧氧化技術(shù)原理示意圖 減材制造方面,采用電化學(xué)復(fù)合激光拋光技術(shù),能夠提升電解拋光的效果,實(shí)現(xiàn)均勻減材;同時(shí),電化學(xué)耦合激光對(duì)材料表面帶來(lái)晶粒細(xì)化的效果,表面粗糙度相較于電化學(xué)拋光明顯下降。未來(lái),還需進(jìn)一步探索電解液流場(chǎng)、電場(chǎng)與激光光子的耦合機(jī)制及增減材新效應(yīng)等問(wèn)題。 超聲振動(dòng)復(fù)合激光修復(fù)技術(shù) 在超聲振動(dòng)復(fù)合激光修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域,浙工大創(chuàng)新性地提出了絲導(dǎo)超聲復(fù)合激光制造新方法,實(shí)現(xiàn)了超聲振動(dòng)的高效引入。 研究表明,在施加超聲振動(dòng)后,激光熔覆層晶粒高度細(xì)化且可形成等軸晶,同時(shí)微裂紋及氣孔缺陷顯著抑制,硬度、耐磨性和抗氧化性等性能均得到改善。隨著超聲功率的增加,熔覆層的晶粒平均尺寸明顯下降,同時(shí)晶體擇優(yōu)取向性降低。 圖12. 超聲場(chǎng)復(fù)合激光修復(fù)微觀組織形貌對(duì)比圖(a-b,無(wú)超聲;c-d,超聲) 此外,該方法可實(shí)現(xiàn)修復(fù)區(qū)綜合性能的提升。在激光熔覆修復(fù)中,超聲作用下熔覆層常溫和高溫硬度、平均抗拉強(qiáng)度、平均屈服強(qiáng)度及耐腐蝕性能均有所提升。未來(lái),還需進(jìn)一步探索超聲場(chǎng)對(duì)晶粒生長(zhǎng)的約束作用以及微觀結(jié)構(gòu)演變機(jī)制。 技術(shù)展望 針對(duì)新光源下的激光與材料相互作用亟需開(kāi)展研究,例如:新光源下材料電子級(jí)單元遷移及其能帶結(jié)構(gòu)改善方法、超快激光亞飛秒-亞納米制造與表征、飛秒激光光束整形與大面積表面周期性結(jié)構(gòu)快速制備等。 其次是極端環(huán)境下激光制造材料-結(jié)構(gòu)-功能一體化協(xié)同調(diào)控,例如:深海腐蝕環(huán)境下的高性能復(fù)雜構(gòu)件制造技術(shù)及材料-結(jié)構(gòu)與性能的調(diào)控機(jī)理、太空高真空環(huán)境下的多材料多尺度結(jié)構(gòu)逐點(diǎn)/線/面/體控制的激光制造方法、高低溫交變環(huán)境下的材料組織演化與結(jié)構(gòu)變形的精確調(diào)控技術(shù)、核裝備強(qiáng)輻射環(huán)境下的形狀精度與性能指標(biāo)沖突的破解機(jī)制及方法等。 產(chǎn)業(yè)思考 新光源和新技術(shù)的推陳出新也為“光”制造在更多新興產(chǎn)業(yè)中的大放異彩創(chuàng)造了廣闊的發(fā)展機(jī)遇。例如在船舶與海洋工程領(lǐng)域,高能量密度激光實(shí)現(xiàn)超厚船板(>50mm)精細(xì)聚焦切割,突破了傳統(tǒng)切割加工極限,實(shí)現(xiàn)高精度、低損耗的快速加工。又如,在新能源電池領(lǐng)域,新光源有望改變新能源電池納米應(yīng)變和晶格位移,改善電池電壓衰減問(wèn)題,提升電池續(xù)航能力。此外,在民用航空領(lǐng)域,新光學(xué)系統(tǒng)促進(jìn)航空多孔復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體化和輕量化的定制化增材制造,減少零部件數(shù)量并降低裝配接觸失效;在國(guó)產(chǎn)化芯片領(lǐng)域,新光源助力芯片國(guó)產(chǎn)化納米刻蝕精密調(diào)控,有望解決芯片器件“卡脖子”問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)中國(guó)芯片從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的轉(zhuǎn)變。 同時(shí),業(yè)界需要進(jìn)一步探索和研究由新光源衍生的諸多變革性制造技術(shù),如超快激光加工、基于激光的高分辨率 3D 打印、激光剝離、全息光刻、激光微納加工等前沿制造技術(shù)。 還有一點(diǎn)不可忽視的是,高端激光制造裝備作為工業(yè)母機(jī)的典型代表,近年來(lái)正快速崛起。而未來(lái)需在該領(lǐng)域持續(xù)加大研發(fā)力度,無(wú)論是激光制造裝備的關(guān)鍵部件、核心單元等,致力于開(kāi)發(fā)出更多低成本、高效、靈活加工的“光智造”裝備,實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)水平的彎道超車(chē)。 最后,要關(guān)注多學(xué)科交叉融合下的校企協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展,全面提升科技創(chuàng)新能力,實(shí)現(xiàn)激光相關(guān)學(xué)科與產(chǎn)業(yè)的全鏈條協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展。
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