激光制造

概述

       激光制造技術在現(xiàn)代工業(yè)生產中得到了廣泛的應用，具有精度高、效率高、靈活性強等優(yōu)點，已成為現(xiàn)代制造業(yè)的重要支撐技術。其工作原理是，當科學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)的物質時，這些物質的電子會達到受激發(fā)的高能量狀態(tài)。當這些電子要回復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)更多的原子產生光子，引發(fā)一連串的“連鎖反應”，并且都朝同一個方向前進，形成強烈而且集中朝向某個方向的光，即激光。

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

       隨著激光技術的不斷發(fā)展，激光制造的應用領域也在不斷擴展。現(xiàn)在，激光制造技術已經與多個學科相結合，形成了多個應用技術領域，如光電技術、激光醫(yī)療與光子生物學、激光檢測與計量技術等。這些技術的發(fā)展，不僅推動了激光制造技術的進步，也促進了傳統(tǒng)產業(yè)和新興產業(yè)的發(fā)展。

       總之，激光制造技術是一種高效、精確、靈活的加工和制造技術，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。這兩類技術各有其獨特的特點和應用領域。

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，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、金相組織以及內部應力變化等現(xiàn)象，從而實現(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，通過逐層累加材料來構建三維物體。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

       激光制造技術的特點主要體現(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，容易實現(xiàn)加工過程的自動化。

       加工材料廣泛：激光加工可以應用于多種材料，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備相結合，實現(xiàn)自動化生產線，提高生產效率。

       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，對非加工部位的影響較小。這些特點使得激光制造技術在多個領域都有廣泛的應用，如汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械、電子產品等。

       以上是對激光制造的分類及特點的簡要概述。隨著激光技術的不斷發(fā)展，激光制造技術的應用領域將會更加廣泛，為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展帶來更多的機遇和挑戰(zhàn)。

發(fā)展成果

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

2010年代至今

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

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

       精密制造：激光微納加工技術能夠實現(xiàn)微米甚至納米級別的加工精度，為微機電系統(tǒng)（MEMS）、光學元件等領域的制造提供了重要支持。

       自動化生產：激光加工設備逐漸實現(xiàn)自動化、智能化控制，提高了生產效率和加工質量。

2023年

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

       技術突破：在激光顯示領域，國產激光顯示品牌在光源設計、光機模組、整機設計等關鍵技術方面做到了全球領先，并在激光器、成像芯片、鏡頭、抗光屏幕等核心部件的研發(fā)方面取得較快進展。

       應用擴展：激光顯示在網紅餐飲、戶外露營、智慧文博等新興場景實現(xiàn)了2倍以上的規(guī)模增長，表明激光制造技術正在不斷擴大其應用領域。

激光科學基礎優(yōu)化

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

       需要注意的是，激光制造技術的發(fā)展是一個持續(xù)的過程，隨著科技的不斷進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)。

領域

       激光制造技術領域是一個廣泛且不斷發(fā)展的領域，涵蓋了多種技術和應用。以下是對激光制造技術領域的主要分類和應用的詳細闡述：

一、激光制造技術的主要分類

       激光制造技術根據(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行熱作用，實現(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，實現(xiàn)精密焊接。

       激光打標：利用激光束在物體表面進行打標、刻劃或標識，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，用于改善材料表面的力學性能和物理性能。

       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定的掃描路徑，掃描預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、激光制造技術的應用領域

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

       1、工業(yè)制造

       汽車制造：用于車身、發(fā)動機等部件的切割、焊接和打標。

       電子制造：在電路板、半導體等精細加工領域發(fā)揮重要作用。

       航空航天：用于飛機、火箭等復雜構件的制造和修復。

       軌道交通：在列車制造、軌道維護等方面也有應用。

       2、醫(yī)療領域

       激光手術：如眼科手術、皮膚科手術等，利用激光束進行精確切割和凝固。

       激光治療：用于皮膚病、腫瘤等的治療。

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

       3、科研領域

       材料研究：用于分析材料的成分、結構和性能。

       物理、化學研究：作為高精度測量和實驗工具。

       4、通信領域

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

       5、其他領域

       激光測量與檢測：如激光雷達、激光測距儀等，在工業(yè)自動化、機器人導航等領域得到應用。

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

三、發(fā)展趨勢

       隨著科技的進步和工業(yè)的發(fā)展，激光制造技術正朝著更高精度、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的不斷突破和成本的降低，激光制造技術的應用領域將進一步拓展，為更多行業(yè)帶來革命性的變化。

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

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)展前景的詳細分析：

一、市場需求持續(xù)增長

       隨著全球制造業(yè)的轉型升級，激光制造以其高效、精確、非接觸、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，在多個領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。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域，激光制造技術的需求持續(xù)增長。例如，新能源汽車產業(yè)的快速發(fā)展帶動了激光焊接設備的大量需求，預計未來幾年中國動力電池新增產能將帶動激光焊接設備需求約500億。

二、技術創(chuàng)新不斷突破

       激光制造技術的不斷創(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不斷突破，輸出功率不斷刷新；超快激光器領域也捷報頻傳，從幾十瓦到千瓦級，光束質量持續(xù)優(yōu)化，創(chuàng)新應用層出不窮。這些技術創(chuàng)新不僅提升了激光制造的性能和效率，還為其在更多領域的應用提供了可能。

三、國產化進程加速

       在激光制造領域，國產化進程正在加速推進。隨著國內企業(yè)在激光器、激光加工設備等方面的技術積累和突破，國產激光制造設備的性能和質量已經接近或達到國際先進水平。特別是在光纖激光器市場，國產激光器的市場份額逐年提升，部分功率段已經實現(xiàn)國產化。這一趨勢將有助于降低激光制造設備的成本，提高市場競爭力。

四、產業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展

       激光制造產業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展也是其發(fā)展前景的重要支撐。激光制造產業(yè)鏈上游主要包括光源材料、光學元器件等；中游為各種激光器及其配套裝置與設備；下游則是成套的激光加工設備和應用領域。產業(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的進步和應用領域的拓展。

五、政策支持力度加大

       政府對激光制造產業(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，明確將激光技術列為國家重點發(fā)展的前沿技術之一，并推動激光顯示產業(yè)化、高性能激光器國產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業(yè)的發(fā)展提供了良好的政策環(huán)境和市場機遇。

六、應用領域不斷拓展

       激光制造技術的應用領域正在不斷拓展。除了傳統(tǒng)的工業(yè)加工領域外，激光制造技術在通信、醫(yī)療、科研等領域的應用也在不斷增加。例如，在通信領域，激光器是光纖通信系統(tǒng)的核心部件；在醫(yī)療領域，激光器被廣泛應用于眼科手術、皮膚美容等方面；在科研領域，激光器也是重要的實驗工具。這些領域的拓展將進一步推動激光制造技術的市場需求和發(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，激光制造技術的國際化趨勢也越來越明顯。國內激光制造企業(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的全球交流和合作，促進激光制造技術的共同進步和發(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，技術創(chuàng)新不斷突破，國產化進程加速推進，產業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展良好，政策支持力度加大，應用領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業(yè)向更高水平、更高質量的方向發(fā)展。

激光制造廠

       激光制造廠專注于利用激光技術進行材料加工和制造。以下是對激光制造廠的詳細介紹：

一、激光制造原理與特點

       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行熔化、蒸發(fā)或燃燒等過程，實現(xiàn)對材料的加工和制造。其工作原理是，當科學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)的物質時，這些物質的電子會達到受激發(fā)的高能量狀態(tài)。當這些電子要回復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)更多的原子產生光子，引發(fā)一連串的“連鎖反應”，并且都朝同一個方向前進，形成強烈而且集中朝向某個方向的光，即激光。

       激光制造特點：

       自動化程度高：激光加工可以與自動化設備相結合，實現(xiàn)自動化生產線，提高生產效率。

       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，且易于與精密機械、精密測量技術和電子計算機相結合，實現(xiàn)加工的高度自動化，減少能耗和污染。

二、激光制造廠的應用領域

       激光制造廠的產品廣泛應用于多個領域，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、電子產品等。激光制造技術可用于車身、發(fā)動機等部件的切割、焊接和打標，以及飛機、火箭等復雜構件的制造和修復。

       消費電子：激光表面處理、精密打孔、表面標刻、精密切割、焊接等工藝在消費電子領域應用廣泛，涵蓋了手機、平板電腦、筆記本電腦、智能穿戴等產品。

       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域具有良好應用，不僅對傳統(tǒng)加工工藝在汽車領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。

       半導體：激光切割、打孔、刻蝕等工藝在半導體芯片制造過程中具有重要應用，提高了芯片的性能和質量。

三、激光制造廠的發(fā)展趨勢

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

       產業(yè)升級：激光技術將推動產業(yè)升級和轉型，傳統(tǒng)產業(yè)將逐步被激光技術取代或改造，提高產業(yè)的效率和質量，降低產業(yè)的污染和能耗。

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

四、激光制造廠實例

       大族激光智能裝備集團：這是一家全球知名的激光技術解決方案提供商，集研發(fā)、生產、銷售、服務于一體。產品線涵蓋各類激光加工設備和應用設備，遠銷全球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絡和售后服務體系。

       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。隨著技術的不斷進步和應用領域的不斷拓展，激光制造廠將為全球客戶提供更加優(yōu)質、高效、可靠的解決方案。