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光纤激光器

创鑫攻克国产超高功率激光器难题

来源:经济日报2020-10-10 我要评论(0 )   

  图① 深圳市创鑫激光股份有限公司激光器输出头生产车间。  图② 工作人员在深圳市创鑫激光股份有限公司生产车间内作业。  文阳洋摄(中经视觉)  激光是20世...

  图① 深圳市创鑫激光股份有限公司激光器输出头生产车间。

  图② 工作人员在深圳市创鑫激光股份有限公司生产车间内作业。

  文阳洋摄(中经视觉)

  激光是20世纪的重大发明,被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”。无论是人类的生活、工业、医疗还是航空、电子、生物医药,很多行业都会用到激光技术。

  在激光加工设备中,激光器作为发射激光的装置,是其“心脏”所在。成立于2004年的深圳市创鑫激光股份有限公司,作为我国首批成立的光纤激光器制造商之一,多年来始终坚持自主创新,致力于推动光纤激光器国产化发展,多项核心技术填补了国内相关领域技术空白,已发展成为国内首批实现在光纤激光器、激光光学器件两类核心技术上拥有自主知识产权并开展垂直整合的国家高新技术企业之一。


  自主研发终成正果

  “光纤激光器具有输出激光光束质量好、能量密度高、电光效率高、使用方便、可加工材料范围广和综合运行成本低等诸多优势,被誉为‘第三代激光器’,可广泛应用于雕刻、打标、切割、钻孔、熔覆、焊接、表面处理、快速成型等材料加工领域。”深圳市创鑫激光股份有限公司董事长蒋峰告诉记者,光纤激光器从0到1实现自主研发,乃至达到产业化标准,研发投产周期长达6年,激光器及相关器件持续研发投入已严重超出预期,但企业一直咬牙坚持研发。

  “在2008年以前,光纤激光技术长期被国外企业垄断,激光设备价格居高不下,极大地限制了国内激光技术应用的普及。”蒋峰举例说,在2004年,就连10瓦的小功率激光器都依赖进口,单台价格甚至高达30万元。现在,同样性能的20瓦光纤激光器只需4000元左右。

  “激光被认为是人类生产工具的又一次进步,其在工业领域的普及应用将引领机械加工颠覆式变革。因此,只有实现真正的国产化才能使我们不再受制于人,才能加速推进工业现代化、智能化发展。”蒋峰介绍,该公司自成立后就开始不停摸索,从光纤放大器开始研究,一步步走向光纤激光器的自主研发与创新。“2010年至2014年间,我们逐步实现了光纤激光器及光无源器件产业化,逐步打破了国外技术壁垒与垄断。我们也成为国内首家实现光纤激光器、激光光学核心器件自主研发生产的民营企业。”蒋峰说。

  “在国产激光器研制出来的初期,整个激光行业所用激光器几乎全都是进口的,业内不相信国内企业能做出光纤激光器,我们连一个为企业提供免费试用的机会都很难得到。”深圳市创鑫激光股份有限公司外联部负责人胡磊谈起初期推广国产激光器的那段日子十分感慨,为了取得客户信任,他们不得不派出专业的工艺人员驻厂一对一跟进调试,直到客户满意为止。坚持终于得到回报,创鑫激光2012年终于实现了盈亏平衡,此后3年年销售增长率高达300%。到2015年,创鑫激光的脉冲光纤激光器出货量位居全国第一。


  加大投入成功升级

  “小功率激光器的应用始终停留在对于金属表面的处理。如果要实现深层次机械加工,就需要中高功率乃至超高功率激光器。”蒋峰看到了激光应用的发展趋势,在做小功率设备的同时着手中高功率技术储备。

  2017年至2019年间,该公司陆续面向工业切割市场推出了10千瓦至35千瓦激光器,在效率、质量和成本三方面全面提升了切割加工能力,推动了激光设备行业向超高功率快速发展。

  2016年,创鑫激光院士专家工作站成立。产学研深度融合让创鑫激光的技术创新如虎添翼。2018年,创鑫激光的万瓦级能量合束器及QBH等高功率器件研发成功。2019年,创鑫激光25千瓦超高功率多模连续光纤激光器获得工信部颁发的科技成果登记证书,这也是国内首款通过国家认证的万瓦级激光器。同年,创鑫激光推出自主研发的国内最高功率5千瓦单模块连续光纤激光器以及首款35千瓦多模连续光纤激光器。

  “近年来,我们平均每年的研发投入占总营业额6.5%以上。”蒋峰表示,只有不断创新,才能使企业拥有长久的生命力。在企业创新过程中,需要瞄准市场发展趋势,所有产品要实现从实验室到用户加工现场的无缝连接。同时,还需要不断从一线需求中发现技术瓶颈或壁垒,并以此为导向制定研发方案,从而推动产品快速迭代满足市场需求。

  截至目前,创鑫激光已拥有国内外专利323项、计算机软件著作权23项,并已自主研发生产包括泵源、泵浦合束器、能量合束器、光纤光栅、激光输出头、隔离器、剥模器等在内的一系列高功率核心光学器件。2019年,创鑫激光获评中国科创企业百强、荣格技术创新奖、中国工业激光器创新贡献奖。如今,创鑫激光的销售网络不仅覆盖全国各地,还远销20多个国家和地区,在全球光纤激光器行业中占有一席之地。


  加快极光产业聚集

  产业发展与提升不能仅仅依靠一家之力。近年来,创鑫激光着力实施“整合制胜”发展路线,通过标准输出协助国内厂商共同突破超高功率技术难题。“这种垂直整合生态链模式会促进包括国产芯片、国产光纤在内的上游供应链升级。同时推动激光切割头、操作软件、激光设备系统等周边配套不断向万瓦级激光器产品靠拢。”蒋峰说。

  9月4日,创鑫激光携手山东济南邦德激光股份有限公司,联合发布了最新的40千瓦激光切割设备。其中,创鑫激光自主研发的40千瓦多模连续激光器创下国内同类工业切割用激光器功率最高纪录,所配备的单模块6千瓦也同步打破了国内工业实用型单模最高纪录。

  创鑫激光推出的40千瓦多模连续光纤激光器,是基于其自身核心光学器件的技术突破,采用国内最高6千瓦的单模块合束,集成了包括高功率泵浦技术、高功率剥模器激光、高功率合束器等技术以及国内首款EtherCAT总线控制技术等多项技术,意味着能用更少的模块、更优化的集成输出更稳定高效的加工能力。

  蒋峰认为,40千瓦激光的推出不仅重新定义了超高功率核心器件的各项参数指标,也是自主研发能力的真实反映,一定程度上代表了目前国产激光器在超高功率领域的技术水平,填补了我国在高功率和超高功率领域的技术空白。更为关键的是,在大力发展“新基建”的背景下,5G、新能源、城际高速铁路和城市轨道交通等都将迎来高速发展,必将催生更多激光加工应用需求,对激光加工提出了更高要求。万瓦级激光切割因其精度高、质量好、效率高等优势,必将得到广泛应用。40千瓦切割设备的推出将对我国激光行业核心技术的研发产生推动作用。

  胡磊告诉记者,深圳市宝安区是深圳激光产业聚集核心区域。为进一步推动激光产业发展,宝安区正全力推进“新桥·深圳激光谷”激光产业城的建设,计划用3年到5年的时间,通过整治提升34万平方米产业载体及整备225亩产业用地,实现100亿元以上年产值规模,初步实现产业链集聚的激光应用产业园区;10年内实现产值500亿元以上、产业链齐全的全球技术领先的激光装备研发与应用产业集聚区。创鑫激光作为行业龙头企业之一,正协助参与“激光谷”建设,包括激光器、光学器件、芯片等在内的激光核心产业链正逐一落户“激光谷”。未来,创鑫激光还将协同广东省激光行业协会、激光谷园区助力孵化创新创业团队,为行业发展增添新动能。(杨阳腾)

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