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浅论中国激光加工产业发展道路

来源:激光制造商情

关键词:激光加工 中国市场 发展道路

2017-10-11

激光作为上世纪发明的新光源,它具有方向性好、亮度高、单色性好及高能量密度等特点,已广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科研等方面。据统计,从高端的光纤到常见的条形码扫描仪,每年与激光相关产品和服务的市场价值高达上万亿美元。我国激光产品主要应用于工业加工,占据了40%以上的市场份额。目前已成熟的激光加工技术包括:激光快速成形技术、激光焊接技术、激光打孔技术、激光切割技术、激光打标技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术等。

激光加工具有很高的优越性

激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门,对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用,是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术。

历史上数千年人们都是采用机械加工,是接触式的方法,而激光加工是采用高能束的非接触式加工,最开始出现的时候,许多人都没理解过来,或者是不敢轻易采用。激光加工并不神秘,就是利用激光束的热能量,辐射到不同工件材料上,发生熔化、气化、刻蚀等作用,达到所要求的加工效果。也不要把激光加工神话,它并非是万能的,遇到一些易熔易燃或热敏材料,它的应用能力与范围就会受到局限。


激光加工不会完全取代其它加工方式

在中国工业高速发展的同时,伴随着制造技术的自动化,以冲床和裁床为代表的初期自动化加工遍布了大大小小工厂车间。随着工业技术的发展以及政府力推产业转型升级,以工业机器人和激光加工设备为代表的高端自动化兴起,已逐渐取代了一部分传统加工方式。激光工艺是新兴的加工方式,其加工优点和高效率不容置疑,以激光打标机、激光切割机床和激光焊接机为代表的激光设备在过去10多年里迅速发展,每年平均增长20%以上。

传统的制造技术在激光技术的参与及升级下,将展现与原来的加工工艺及耗损率完全不同的局面,带动着未来制造业向更高效的方向发展。相对于传统的加工手段而言,激光加工空间控制性和时间控制性很好,能够与数控系统配合后可实现对复杂工件进行加工,生产效率高、加工性质稳定。同时,激光加工在对非激光照射部位没有影响或者影响极小,后续加工较小,适用于大部分金属及非金属材料,尤其适合硬度大、熔点高等传统工艺方法无法加工的材料,是改造和升级传统激光制造业的关键技术。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备,已成为企业实行适时生产的关键技术,为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。


既然如此,以后的工厂里,会不会都成了激光加工天下呢?答案是否定的。激光工艺各种各样,但普遍性的就是指打标、切割、焊接等。激光打标就是在工件表面“烙”上图案,属于简单的工艺过程;激光二维切割是直接的分割材料,也是简单的工艺,比如金属工件的制作里,板材切割就是最初开料的一个步骤,这仅限于切割工件结果是平面的时候,激光完全可以取代冲床与裁床。如果要求加工效果稍复杂一点,激光切割就无法做到,比如:我们日常用到的铁罐,月饼盒、奶粉罐、茶叶罐之类,金属板厚度一般都在2mm以内,如果要求在完成板材切割,同时也要在金属板上出现凹凸不平,甚至是压印了图案,这时激光切割就不一定能用上。目前很多机床企业致力于推出高速设备,高端机床也被纳入了国务院“智能制造2025”战略,未来会有更多高速度、高精度的冲床和裁床去取代老一代的产品,许多特殊的、复杂的材料加工仍然无法使用激光热加工,将会继续采用机床工具。因此,激光技术是不会完全取代机械加工的,它与其它加工方式会各有分工,在同一产品的不同工序上,或者不同的产品采用的加工技术不同而已。

激光产业正在走其它产业的发展道路

个别一些激光从业人员喜欢把激光说成是万能工具,甚至是具有特殊性的产业。这或许是因为他们沉醉于这个技术,或者是出于行业情怀对这个产业充满信心,但笔者以上已表达,激光加工不是万能的,也不会完全取代其它加工方式。你说它特殊也可以,因为它是非接触式加工,你说它不特殊也行,因为激光设备其实也是一种工业机器。激光技术虽说是一种高科技,但这个产业发展以及它的商业模式并没有太多特殊性。

中国许多产业包括曾被我们称作是高科技产业,几乎都走过这样的道路:研发、技术产业化、规模扩大、竞争激烈、产能过剩、行业洗牌。家用电器、LED照明、太阳能光伏、液晶显示、手机等,许多行业从遍地开花到后面只剩几个巨头品牌,像家电一样,如今仅有美的、格力、海信、创维、海尔等品牌,原先的一些中小企业要么被淘汰了,要么转型为巨头提供配套零件或代工。

一个产业是否成功,其商业模式也是非常重要的,笔者记得金运激光的创始人梁总就多次呼吁行业人士共同探讨健康的激光商业模式。近十年来,随着工业激光应用市场在不断扩大,激光加工领域也不断开拓,由传统的钟表、电池、衣扣等轻工行业向机械制造业、汽车制造业、航空、动力和能源以及医学和牙科仪器设备制造业等应用领域拓展,将有效拉动激光加工设备的需求。

作为一种新型的高端自动化加工机器,激光设备关联到光学、机械、光电多个领域运用,涉及行业复杂,跨越经济部门多。但激光设备终究是一种工业机器,一般性的激光加工技术,比如打标、切割、焊接,经过日渐成熟的研发后,目前进入了市场需求快速爆发、产业规模急剧扩张的成长期,竞争已进入白热化,产品利润压缩,各个厂家继续增加产能,而一些行业外的企业也谋求进入分享一杯羹,若干年后必将产能过剩,转而进入行业洗牌。目前观察,激光产业将不可避免走其它产业发展的相同道路。

激光产业如何走得更好

我国的激光加工产业发展所取得的成绩是巨大的,未来中国激光市场必将是全球份额最大的,因为中国是“世界工厂”,加工制造的需求量当然是最大的。但是目前中国激光产业发展明显遇到瓶颈,最根本的原因是光学器件与激光器缺乏核心技术,加工工艺的基础研究非常薄弱。目前市场体量较大的激光打标和激光切割,都是进入门槛较低的,而且中国企业大多数是提供中低端产品,一些高端设备市场仍然被外国企业占据。

激光产业如何走得更好?笔者认为可从加强以下几点:

一是继续加强政策与资金扶持,近几年已有很大进步,国家已把“激光制造与增材制造列为重点工业发展项目,并批准了多个研发项目与资金支持;一些地方政府谋求建立激光产业园,也加强扶持激光发展。

二是加强产学研合作,扶持激光企业发展,我国的许多激光科研停留在实验室里,没有转化成产品,这是很可惜的;另外企业的科研与创新是最接近市场与应用的,企业的创新成果往往是带动整个产业发展最大的动力。

三是加强激光加工应用工艺的开发。我国目前激光相关企业基本上把资源聚焦于激光器、配套元器件、集成设备的开发与升级,对于产品能力的认识,特别是终端加工工艺的探索与研究做得很少,欧美与日本等发展国家,在激光工艺的探索成果非常多,他们不仅对激光的光学、性能研究透,而且还对材料性能,两者相互作用的现象有许多试验。

四是加强激光安全与标准的制定工作。许多激光从业者对我国在这一方面的工作是感到遗憾的,相较于欧美国家落后许多。早期我国的一些激光安全与标准是从外国翻译过来的,尽管近年也做了一些工作,但随着中国激光市场的扩大,要越加重视这个事情,这是行业的准入标准,可以规范企业的产品安全,减少行业竞争乱象。长远看更有利于国内的激光产品出口并与国际水平接轨。

五是加强知识产权保护。真正强大的企业应该是在尊重你的对手的前提下依靠创新成长的,而不是看到人家有什么,就千方百计抄袭过来。核心技术代表了企业的竞争力,激光企业无论是从事产品开发还是从事加工工艺开发,均需要投入不少的人力与财力,其研发成果还未有多少盈利,就被他人抄袭,这样对创新研发挫伤很大。政府与全行业都应该清楚认识到,保护知识产权对于激光高科技产业是至关重要的。(Suli/Johnny,星之球产业研究院)