激光切割簡(jiǎn)介及應(yīng)用分析 激光切割簡(jiǎn)介及應(yīng)用 1、激光切割技術(shù)概述 激光切割技術(shù)是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而將工件割開(kāi)。激光切割具有切割質(zhì)量好、切割效率高、切割速度快、非接觸式切割、可切割材料種類多等優(yōu)勢(shì)。 2、激光切割行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模 根據(jù)《2022中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》數(shù)據(jù)，2021年我國(guó)激光加工設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到821億元，其中激光切割設(shè)備為激光加工技術(shù)的第一大應(yīng)用領(lǐng)域，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)280．1億元，占比高達(dá)34%。預(yù)計(jì)2022年國(guó)內(nèi)激光加工設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到876億元，其中激光切割設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到300億元。 在材料加工領(lǐng)域，切割是不可或缺的重要工藝之一。過(guò)去由于激光加工設(shè)備成本高昂，激光切割在制造業(yè)滲透率較低，而近年來(lái)隨著激光切割設(shè)備成本的不斷下降和激光切割性能的不斷提升，激光切割逐步取代傳統(tǒng)切割方式，在汽車零部件、工程機(jī)械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔、航空航天、通訊與光儲(chǔ)存、醫(yī)療美容及其他更多領(lǐng)域獲得廣泛的運(yùn)用。 在汽車零部件行業(yè)，激光切割設(shè)備可應(yīng)用于汽車五金零件、汽車車身、車門框后備箱、車頂蓋、安全氣囊、保險(xiǎn)杠、中控板、立柱、座套、地毯等金屬和非金屬板材、管材的平面切割和三維立體切割；在工程機(jī)械行業(yè)，激光切割設(shè)備可應(yīng)用于碳鋼、中厚板或超厚板切割、鈑金件預(yù)留工藝豁口、制作鈑金樣板和鉆孔樣等；在特變電輸送鐵塔行業(yè)，激光切割設(shè)備可應(yīng)用于板材和管材下料、制孔、打標(biāo)識(shí)、開(kāi)坡口等生產(chǎn)工序。幾乎在所有需要材料切割的領(lǐng)域，激光切割均可以滿足相應(yīng)需求，下游應(yīng)用行業(yè)廣泛。 激光加工技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 激光是20世紀(jì)的一項(xiàng)重大科學(xué)技術(shù)發(fā)明，與原子能、半導(dǎo)體和計(jì)算機(jī)一樣著名。具有亮度高、方向性強(qiáng)、單色性好、相干性好的特點(diǎn)，被稱為最快的刀最準(zhǔn)的尺最亮的光。在過(guò)去的60年中，與激光有關(guān)的研究獲得了許多諾貝爾獎(jiǎng)，充分證明了激光技術(shù)在促進(jìn)尖端科學(xué)研究和促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步方面的顯著作用。激光與相關(guān)技術(shù)的融合形成了激光制造，為人類改變世界提供了嶄新的工具。 激光制造技術(shù)具有易操作、非接觸、高柔性、高效率、高質(zhì)量和節(jié)能環(huán)保等突出優(yōu)勢(shì)，是切割、焊接、表面處理、高性能復(fù)雜構(gòu)件制造和精密制造的主流手段，被譽(yù)為萬(wàn)能加工工具和未來(lái)制造系統(tǒng)通用的加工手段，帶動(dòng)了先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)智能化進(jìn)程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。 激光技術(shù)是一種具有極強(qiáng)的滲透性和加工性的使能技術(shù)。激光技術(shù)支持的經(jīng)濟(jì)規(guī)模遠(yuǎn)大于其自身的經(jīng)濟(jì)規(guī)模。2010年美國(guó)研究報(bào)告指出，2009—2010年，美國(guó)電信、電子商務(wù)和信息技術(shù)的總價(jià)值為4萬(wàn)億美元，其中激光器本身的價(jià)值僅為32億美元。因此，激光技術(shù)產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)體系中的重要性遠(yuǎn)超過(guò)了產(chǎn)品本身的價(jià)值規(guī)模。 近年來(lái)，中國(guó)的激光加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力迅速提高。眾多激光企業(yè)已遍布華東、華南、華北、東北、華中及西部地區(qū)。據(jù)《2019中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在26個(gè)城市已有激光產(chǎn)業(yè)基地（園區(qū)）37個(gè)，2011—2018年，激光設(shè)備的銷售收入提高了5倍多，涌現(xiàn)了一批有世界競(jìng)爭(zhēng)力的激光企業(yè)。 經(jīng)過(guò)多年的努力，中國(guó)的激光公司已經(jīng)在低端激光行業(yè)樹(shù)立了堅(jiān)實(shí)的立足點(diǎn)，但離高端技術(shù)行業(yè)和高端核心組件的世界先進(jìn)水平仍有較大差距。在產(chǎn)品方面，跟隨型產(chǎn)品居多，原創(chuàng)或首創(chuàng)性的高端產(chǎn)品相對(duì)較少。我國(guó)激光技術(shù)科研主要力量集中在科研院所和高等學(xué)校，而企業(yè)相對(duì)薄弱。目前，在我國(guó)與激光相關(guān)的30個(gè)國(guó)家級(jí)研究平臺(tái)中，僅存精密超精密加工國(guó)家工程研究中心和國(guó)家半導(dǎo)體泵浦激光工程技術(shù)研究中心，其他28個(gè)均依托科研院所和高校建設(shè)。高校和科研院所承擔(dān)了大部分國(guó)家計(jì)劃的激光科研項(xiàng)目，而企業(yè)承擔(dān)的只占很小的比例。在過(guò)去的10年中，我國(guó)的激光制造已成為先進(jìn)制造業(yè)中增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一，形成了一定特色，某些技術(shù)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。 激光加工設(shè)備在促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。一群激光加工設(shè)備企業(yè)依靠創(chuàng)新的加工技術(shù)和卓越的設(shè)備質(zhì)量在新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換市場(chǎng)中找到足夠的訂單來(lái)快速增長(zhǎng)。此外，一些制造公司已經(jīng)嘗到了升級(jí)和發(fā)展的甜頭，已不滿足于國(guó)內(nèi)垂直整合，而在積極探索跨國(guó)并購(gòu)國(guó)外優(yōu)質(zhì)激光企業(yè)資源，并計(jì)劃進(jìn)入精密加工領(lǐng)域。在過(guò)去的10年中，激光加工站一直是設(shè)備企業(yè)提供外延服務(wù)的重要觸角，通過(guò)開(kāi)展陣地服務(wù)，及時(shí)滿足各類加工需求，增強(qiáng)客戶黏度。如今，越來(lái)越多集多功能于一體的大型設(shè)備已被開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于軌道交通、航空航天、船舶制造等行業(yè)。預(yù)計(jì)到2020年，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的各類云制造平臺(tái)將逐漸釋放價(jià)值，激光加工站將在云制造平臺(tái)的支持下發(fā)揮出更大的功用，并沿著一帶一路走進(jìn)東南亞、中東、南美等多個(gè)地區(qū)。 在經(jīng)歷了2017—2018年的快速增長(zhǎng)之后，中國(guó)的激光市場(chǎng)在2019年進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期。2019年中國(guó)工業(yè)激光市場(chǎng)的發(fā)展開(kāi)始影響全球工業(yè)激光經(jīng)營(yíng)收入。一方面，日益激烈的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致光纖激光器和超快激光器的價(jià)格急劇下降，但國(guó)產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量、技術(shù)和服務(wù)在競(jìng)爭(zhēng)中逐步得到改善，國(guó)產(chǎn)激光產(chǎn)品的興起正在逐步取代進(jìn)口激光產(chǎn)品；另一方面，激光技術(shù)的應(yīng)用比許多傳統(tǒng)制造技術(shù)更具成本效益，從而使激光應(yīng)用迅速普及。 2019年激光設(shè)備（含進(jìn)口）市場(chǎng)銷售總收入為658億元，比2018年增長(zhǎng)8．8%。受全球經(jīng)濟(jì)走勢(shì)不確定的影響，預(yù)計(jì)2020年中國(guó)激光設(shè)備市場(chǎng)整體銷售收入將受到很大影響。2019年，國(guó)內(nèi)共有規(guī)模以上激光企業(yè)超過(guò)150家，其中半數(shù)以上的企業(yè)集中在激光加工和激光器相關(guān)領(lǐng)域。 新的激光光源（如藍(lán)光半導(dǎo)體激光器和高功率超快激光器）和新的激光加工技術(shù)（如金屬泡沫的激光成形和非常規(guī)激光微加工）的不斷涌現(xiàn)，給激光加工行業(yè)帶來(lái)了極好的發(fā)展前景。以下對(duì)一些新型激光器和激光加工技術(shù)作簡(jiǎn)單介紹。 激光增材制造行業(yè)發(fā)展 在過(guò)去的幾十年中，激光增材制造得到了越來(lái)越多的關(guān)注，激光已成為增材制造（AM）越來(lái)越重要的核心，基于激光的增材制造系統(tǒng)占金屬增材制造市場(chǎng)收入的一半以上，全球增材制造市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2019年為7．74億美元，預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)到3．2億美元。毫無(wú)疑問(wèn)，基于激光的增材制造已成為激光行業(yè)的一個(gè)非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域。 使用增材制造（尤其是金屬制造）的關(guān)鍵要求之一是獲得所需的力學(xué)性能。由于增材制造涉及許多會(huì)影響工藝條件的變量，因此僅通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定所得力學(xué)性能的嘗試可能既耗時(shí)又昂貴。為了減輕這個(gè)問(wèn)題并獲得對(duì)過(guò)程的深入了解，已經(jīng)進(jìn)行了許多開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)性過(guò)程模型的嘗試。AM的預(yù)測(cè)模型可以大致分為三類：AM過(guò)程熱模型、微結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)模型和力學(xué)性能預(yù)測(cè)模型。激光增材制造面臨巨大挑戰(zhàn)，只有克服這些挑戰(zhàn)，才能被接受為經(jīng)濟(jì)上可行的工業(yè)制造工藝。但與此同時(shí)，它也提供了前所未有的機(jī)會(huì)來(lái)制造那些傳統(tǒng)制造工藝無(wú)法制造的新產(chǎn)品。顯然，一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)是通過(guò)基于物理學(xué)的建模或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法來(lái)建立過(guò)程-微結(jié)構(gòu)-屬性關(guān)系，以促進(jìn)增材制造零件的鑒定過(guò)程。此外，必須同時(shí)開(kāi)發(fā)可靠的過(guò)程中監(jiān)視方法。激光金屬AM提供的新機(jī)會(huì)包括制造大量定制的零件（例如醫(yī)療植入物），具有所需局部特性的功能漸變零件，用于制造智能或超材料結(jié)構(gòu)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)，幾何形狀復(fù)雜的零件（例如：熱交換器），新型材料的合成，需要跨學(xué)科的人們共同努力，以產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)和材料，從而加速AM在制造業(yè)的應(yīng)用。 金屬泡沫的激光成形行業(yè)發(fā)展 金屬泡沫是一種相對(duì)較新的材料，由于其高的強(qiáng)度重量比以及出色的沖擊和噪聲吸收特性而引起人們的興趣。在許多工程應(yīng)用中，例如，汽車保險(xiǎn)杠或航天器部件，金屬泡沫必須具有特定的形狀。由于近凈形狀的制造困難且昂貴，因此有必要將金屬泡沫彎曲成期望的形狀。彎曲金屬泡沫并非易事，因?yàn)榭妆谥荒艹惺艿蛻?yīng)力并容易破裂。結(jié)果，傳統(tǒng)的機(jī)械彎曲方法會(huì)導(dǎo)致破裂和細(xì)胞塌陷。在過(guò)去的10年中，幾個(gè)研究小組嘗試了金屬泡沫的激光成形，并報(bào)告了積極的結(jié)果，但沒(méi)有一項(xiàng)研究足夠詳細(xì)地探討潛在的彎曲機(jī)理。未來(lái)研究應(yīng)該更好地了解激光成形如何影響材料特性和結(jié)構(gòu)屬性。 激光加工行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析 激光加工技術(shù)作為現(xiàn)代制造業(yè)的先進(jìn)技術(shù)之一，具有傳統(tǒng)加工方式所不具有的高精密、高效率、低能耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，在加工材料的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境等方面有較大的自由度，能較好地解決不同材料的加工、成型和精煉等技術(shù)問(wèn)題。 激光是指通過(guò)人工方式，用光或放電等強(qiáng)能量激發(fā)特定的物質(zhì)而產(chǎn)生的光。激光是20世紀(jì)以來(lái)繼核能、電腦、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為最快的刀、最準(zhǔn)的尺、最亮的光。激光是指原子受激輻射的光，故名激光。 激光相比普通光源具有單色性、相干性、高亮度及高方向性。激光應(yīng)用廣泛，包括激光打標(biāo)、激光焊接、激光切割、光纖通信、激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光武器、激光唱片、激光矯視、激光美容、激光掃描、激光滅蚊器、LIF無(wú)損檢測(cè)技術(shù)等。 激光起始于1917年愛(ài)因斯坦提出受激發(fā)射理論，即一個(gè)光子使得受激原子發(fā)出一個(gè)相同的光子。之后的40年時(shí)間激光技術(shù)在理論上逐步走向成熟。20世紀(jì)后，激光行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。 激光產(chǎn)業(yè)鏈上游是利用半導(dǎo)體材料、高端裝備以及相關(guān)的生產(chǎn)輔料制造的光學(xué)元器件、光學(xué)材料等，主要包括激光晶體材料、光學(xué)鏡片、泵浦源、振鏡、光柵、激光芯片、特種光纖、光纖合束器等一系列核心部件，是激光產(chǎn)業(yè)的基石。中游則是利用上游激光芯片及光電器件、模組、光學(xué)元件等進(jìn)行各類激光器的制造與銷售;下游為激光設(shè)備集成商，產(chǎn)品最終應(yīng)用于先進(jìn)制造、醫(yī)療健康、科學(xué)研究、汽車應(yīng)用、信息技術(shù)、光通信、光存儲(chǔ)等眾多領(lǐng)域。 隨著科技的發(fā)展，激光加工行業(yè)逐步引入了機(jī)器視覺(jué)，有效的提高了激光加工設(shè)備的精確性，智能性和自動(dòng)化性能，滿足現(xiàn)代化工業(yè)大批量、大規(guī)模的生產(chǎn)質(zhì)量要求，降低不良品生產(chǎn)，節(jié)約成本，促進(jìn)了企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。激光焊接以其無(wú)焊接污染和無(wú)形變的優(yōu)點(diǎn)在精密儀器焊接中占據(jù)著重要的位置，機(jī)器視覺(jué)引導(dǎo)更是使其錦上添花。具體應(yīng)用如汽車車身鋼板焊接、電池焊接、心臟起博器、密封繼電池器等。 激光打標(biāo)技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，為優(yōu)質(zhì)、高效、無(wú)污染和低成本的現(xiàn)代加工生產(chǎn)開(kāi)辟了廣闊的前景。隨著現(xiàn)代激光打標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，對(duì)激光制造的設(shè)備系統(tǒng)小型化，高效率和集成化的要求越來(lái)越高，新型高功率光纖激光技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功，必對(duì)此產(chǎn)生極大的推動(dòng)。星空體育登錄激光器技術(shù)和激光微加工應(yīng)用技術(shù)不斷發(fā)展，激光加工技術(shù)能夠在更多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)機(jī)械加工，預(yù)計(jì)將會(huì)帶動(dòng)激光器行業(yè)不斷發(fā)展。 激光表面紋理化行業(yè)發(fā)展 激光表面紋理化是一種表面工程工藝。該工藝使用激光在材料表面上創(chuàng)建周期性的微結(jié)構(gòu)，以誘導(dǎo)針對(duì)各種應(yīng)用的所需表面特性。在20世紀(jì)90年代早期的激光表面紋理化研究中，使用激光產(chǎn)生了圖案化的微凹坑，并研究了帶紋理的表面對(duì)機(jī)械部件（包括機(jī)械密封件、活塞環(huán)和推力軸承）的摩擦學(xué)性能的影響。從那時(shí)起，隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展，該領(lǐng)域也得到了迅速的發(fā)展，并且已經(jīng)出現(xiàn)了超出摩擦學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 激光表面結(jié)構(gòu)化不僅會(huì)改變材料的表面形態(tài)，而且通常會(huì)賦予表面一些新的功能和特性，尤其是光學(xué)、機(jī)械、潤(rùn)濕性和化學(xué)特性。星空體育登錄飛秒激光織構(gòu)的覆蓋有微尖峰的硅（通常稱為黑硅）是在可見(jiàn)光范圍內(nèi)顯示出近100%吸收率的早期發(fā)現(xiàn)之一，當(dāng)在SF6氣體環(huán)境中處理時(shí)，吸收率可以擴(kuò)展到2．5mm。在銅表面上通過(guò)ps激光誘導(dǎo)的微/納米結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)從UV到MIR的整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的可調(diào)反射率。由飛秒激光產(chǎn)生的微尺度珊瑚狀表面結(jié)構(gòu)，NiTi合金的熱輻射顯著提高到了約100%。表面織構(gòu)化的硅和金屬具有廣泛的潛在應(yīng)用，包括太陽(yáng)能電池、檢測(cè)器、傳感器、場(chǎng)發(fā)射設(shè)備、等離激元、寬帶熱源及輻射傳熱設(shè)備等。 激光表面紋理化也已用于修改和控制材料的潤(rùn)濕性。摩擦學(xué)應(yīng)用中的激光表面紋理化已成為20多年來(lái)人們關(guān)注的領(lǐng)域。實(shí)踐證明，

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