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陈根余:每一次激光加工的革命都是由新型激光器推动的

来源:激光制造商情

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2016-08-19

 编者按:

大族激光是国内激光产业的龙头企业,其发展的一举一动都备受业界关注。大族激光产品线是非常多元化的,从高功率到短脉冲小功率激光加工装备,以及各种激光相关核心器件等都有涉及。公司非常重视研发投入,在引进人才以及产学研合作方面也做得很出色,陈根余教授便是其中最典型的代表。 

陈根余目前担任大族激光科技产业集团股份有限公司钣金装备事业部副总经理、总工程师,大族激光科技产业集团股份有限公司副总工程师。湖南大学机械与运载工程学院教授、博导,激光技术与制造装备研究所所长。深圳市科技领军人才。 

本刊编辑有幸采访陈教授并与他进行深入交流,一一谈及激光产学研发展等话题,以下是采访内容:

 陈根余1_副本

问题:

1.您从事的科研领域包括激光智能装备,汽车激光加工,激光切割、焊接、微细加工,高功率激光器件,3D打印等。您的主要方向是高功率激光加工,请您谈谈目前国内高功率激光加工产业的现状?国内高功率激光加工设备与国外的水平对比,有何优劣之处?

答:目前国内高功率激光加工产业主要涉及高功率激光切割、焊接、淬火、熔覆、3D打印等等。

2016年,国内高功率激光切割产业可以说是走过了黄金10年,实现了产值和利润双丰收。经历了高功率CO2激光切割装备的鼎盛时期,见证了光纤和碟片激光切割快速发展过程,特别是光纤激光的出现,使激光切割进入“平民化”时代,这也是大族激光对激光产业的贡献。记得我尊敬的导师,国内高功率激光切割、焊接装备的开拓者李力钧教授曾经说过,他有一个梦想:要让激光切割这种特种加工设备变成能买得起的普通加工设备。李教授是想通过核心器件攻关并国产达到这个目的,在他老人家有生之年辛勤耕耘以及他弟子们的共同努力下见证了他梦想的实现。国产高功率激光切割成套设备相比国外在性价比、售后服务上占据优势。在高功率切割用CO2激光器上,虽然国内一度由于大族、科威晶等制造商及湖南大学、华中科技大学等一批院所的努力,缩小了与国外的差距,高功率切割用CO2激光器可替代国外产品。但目前切割用的高功率固体激光器还有差距,机床的关键传动件、传感器、光学配件一定程度依赖进口。还有就是国内的商业模式主要通过价格战掠夺市场份额,而不是通过核心技术攻关赢得市场。这些都值得国人深思和努力。

激光作为优质热源,焊接时热输入量只是普通弧焊的1/50-1/100,在控制热变形上具有本质的优势,还具有适应性强等很多特点。目前激光焊接主要是应用于较大批量的生产,这点与激光切割正好相反,设备基本属于定制,工艺相对复杂。整个汽车行业占高功率激光焊接的50%以上,如果包括航空航天、机车、海工等运载工具行业所占比例更高;能源行业应用逐渐增多。基于湖南大学传统研究优势,大族激光在汽车零部件,包括车身零部件、发动机、传动系统中难焊接材料占据优势,在能源及其它行业厚板焊接中处于领先地位。由于高功率焊接设备基本属于定制设备,在提供总体解决方案上国内厂家明显占据优势,其工艺研究某些方面甚至超越发达国家水平,如大族在大型围筒厚板激光焊接中的成功让美国人折服,说道:之前我们是你们的老师,现在你们是我们的老师;ITER核心部件的内部无飞溅激光焊接的突破,使得俄罗斯人一直想来大族学习。华科的汽车总成钎焊工艺打破国外的垄断。但国内一些专门化的零部件生产线显得经验不足,更高功率的激光器、智能化核心器件国产化率低。

激光淬火、熔覆,甚至合金化在我国材料基础较差的情况下,市场一直需求旺盛,10多年前由于以武汉金石凯为代表的国产横流激光器当时在世界上占有一席之地,带动了一波淬火、熔覆的研发、应用的小高潮,各院所与之相关的论文数量曾为世界之最。但由于CO2激光为远红外光,波长较长,且高功率CO2激光基本只能固定光路传输等劣势,出现了停滞。目前由于固体激光器,特别是半导体激光器的成熟,在淬火、熔覆这一领域又带来新的活力,但这次没有这么幸运,因为光源核心技术主要由国外掌握,因此国内主要在工艺研发,设备集成及服务占据优势。相对激光切割,甚至焊接,目前激光淬火、熔覆还是小众市场,通过不断工艺创新,核心器件研发,有望扩大市场份额。

3D打印是近年的热词,其实在90年初我国就开始类似这方面的研究,众所周知叫快速成型,我也有接触。10多年后发展停滞,有材料、工艺、需求多方面的原因。当今人们个性化需求增加,极端高性能零部件需求明显,在美国这个世界创新技术发源地的鼓动下,我国开展全民运动式的研究方兴未艾,热钱大量涌入,国内很多科研院所和多家公司参与这一大浪潮中。湖南大学聘请我的师爷,美国工程院院士、密西根大学的Mazumder(马忠德)教授到湖南大学任职,引进“青年千人”宋立军;大族激光也相继成立3D打印事业部和钣金装备事业部的3D打印中心,分别提供非金属和金属3D设备和总体解决方案。大族钣金装备事业部目前可提供金属3D打印的七大类设备,特别是三维五轴联动的大幅面3D打印设备是国内唯一能提供的。由于3D打印基本属于个性化定制,工艺研发占据较大比例,国内不输国外,北航的王华明院士的3D打印技术就获得国家技术发明奖一等奖。但是在材料方面与国外相差较大,预计不久将来有一次大洗牌,主要在航空航天、能源、医疗行业做得好的企业,能提供设备、材料、工艺总体解决方案的企业会成长起来。有国家的强力支持,相信在一些垄断性行业的3D打印应用可以得以发展。

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