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激光智能制造未來的兩大熱點方向
激光智能制造未來的兩大熱點方向
時間:2021-10-25 16:52?? 作者:楚天中谷聯創???來源:光電匯OESHOW???點擊:


來源:光電匯OESHOW

1960年美國科學家Maiman發明了世界上第一臺激光器,而我國第一臺激光器是上海光機所王之江院士1961年發明的,比美國遲了僅8個月。自激光出現之后,1985年,Nature 雜志發表了一篇《The laser——hero or villain》的文章,發出了“激光到底是改變世界的英雄還是惡魔?”的疑問。60年后,這個問題顯而易見,激光成為了改變和創造世界的一個重要手段,推動了整個世界的發展。

如今,激光已被廣泛應用在通信、醫療、信息存儲、商務應用、激光加工等領域,尤其是激光加工這是最主要的應用市場,包括激光切割、激光焊接、激光打孔等。

眼下,我國正處于制造業從中低端向高端制造轉型升級的過程,智能制造是我國制造業轉型升級的主要路線,是加快建設制造強國的主攻方向。而激光技術以其無法比擬的優勢,成為推動制造業轉型升級以及提升產品附加值的重要途徑和技術而廣受關注。

尤其在“碳中和”戰略背景下,智能制造是實現雙碳目標的關鍵之一,新材料的應用以及激光等新制造手段取代傳統方法實現節能減排。依托于制造業的智能制造需求,激光制造近幾年處于蓬勃發展時期。

激光+智能制造,熱點在這些領域

激光智能制造近幾年異?;馃?,世界各國也都在這方面進行了相關的布局,并將發展激光技術作為各國國策。德國的“工業4.0”、美國的“先進制造業國家戰略計劃”、日本的“科技工業聯盟”、英國的“工業2050戰略”、“中國制造2025”。

雖然提法不同,但內容相似,都是將智能裝備通過通信技術有機連接起來,實現生產過程自動化;并通過各類感知技術收集生產過程中的各種數據,通過工業以太網等通信手段,以及各類系統優化軟件提供生產方案,實現生產方案智能化。

什么是激光智能制造?這包括激光制造和智能制造的融合。

激光智能制造

智能制造是基于新一代信息技術,貫穿設計、生產、管理、服務等制造活動各個環節,是先進制造過程、系統與模式的總稱。從整個架構體系來看,它包括感知層、網絡層、執行層和應用層,如圖1。

圖1 智能制造架構體系和產業鏈

智能制造體系特征:

具有自適應、自組織、自學習、自診斷和自修復的功能;

能夠統籌分析和綜合優化系統,從而實現預定的目標。

而激光技術作為一種先進加工技術形態能夠很好地融入到智能制造整體解決方案之中。激光智能制造包括不同的激光器(如光纖激光器、碟片激光器、半導體激光器等)、不同波長(連續波和短波);制造中最主要的是需要不同的加工手段,如激光焊接、激光3D打印、激光精密制造、激光拋磨等取代了傳統的加工工藝??傮w來說就是要有智能的元素,如傳感的手段、控制的手段,然后進行互聯。

1、制造技術的熱點

智能制造技術的熱點主要集中在傳感器方面,包括射頻技術、三維圖像識別、通過三維圖像及對物體缺陷的自動識別、實時定位系統(對材料、工具、設備等進行實時的跟蹤),以及和感知算法、數據融合發展。其中一個很重要的就是智能制造機器人,是智能裝備的基礎元素。

另外一個熱點就是智能制造系統方面,包括信息物理融合系統、智能制造協同系統、數字化等。其中數字化是當前比較火熱的,比如數字化工廠、數據化雙胞胎模型等,如圖2。

圖2 智能制造的技術熱點

據統計,中國智能制造的百強企業主要分布在北上廣和江蘇地區,海爾、華為、福耀玻璃、富士康、阿里巴巴、百度、騰訊、京東方、大疆等,傳統企業如吉利、長虹、比亞迪、蔚來等汽車企業,中國中車、中國船舶、重工、中國商用飛機等國有企業。從這些企業的發展來看,體現出了互聯網+先進制造的影子,以及標準體系的建立及示范和高端智能再制造行動計劃。

尤其是2019年開始的中美貿易戰和科技戰,加快了對整個智能制造全球價值鏈的重構。國家產業升級、民營企業崛起,是我國激光智能制造一個很好的發展機會。

2、激光制造技術的熱點

隨著中國制造業的轉型升級,先進制造、智能制造、智能裝備等對激光的需求越來越大,我國政府也積極出臺了各項措施推進激光產業的發展,使得我國激光產業歷經了“黃金十年”的快速發展。“中國制造2025”中確立的五大重點工程十大領域中不少領域都活躍著激光制造的影子,包括汽車制造、新能源汽車、航空航天、海工裝備、先進軌道等應用市場。

隨著激光技術的快速發展,激光打標風靡加工市場,一度占據了一半以上的激光加工市場份額。但從2016年開始,激光切割市場爆發,切割應用開始普及,乃至今時今日依然是加工界的“扛把子”。

除了發展穩定的激光切割、激光打標外,激光技術的應用熱點也開始在激光焊接遍地開花,在激光清洗、激光3D打印、精密制造等領域的應用也紛紛展開。

激光焊接

汽車制造領域是目前激光焊接最大的應用市場,傳統車主要集中在對車門、車頂蓋、后蓋箱等的加工,新能源汽車主要集中在電池制造方面。

那么激光焊接下一個藍海在哪里?

中國汽車工業協會常務副會長兼秘書長付炳鋒在2021中國汽車工業論壇上表示,2025年我國新能源汽車銷量占比將達20%-30%,處于快速發展的時期。所以,新能源汽車行業的發展是激光焊接的最大推動力。另外,船舶業、集裝箱行業、航空航天等高端制造領域,將成為激光焊接的下一個突破口。

激光3D打印

激光3D打印技術是新興的技術之一,為目前世界上效率領先、打印零件尺寸最大的高精度金屬零件激光3D打印裝備。激光3D打印的材料種類較多,包括聚合物、金屬、軟件模擬、陶瓷等。其中SLM金屬粉末選擇性激光熔化,因為材料來源廣泛,打印產品能夠直接應用而成為市場熱點。

激光精密制造

隨著電子制造的快速發展,激光精密制造成為了最具潛力的行業之一。比如手機、攝像頭的激光切割,楊上陸課題組在航空航天發動機葉片的激光打孔,以及趙全忠老師在碳纖維材料方面的研究,都屬于激光精密制造服務領域。激光精密應用正不斷地替代和突破傳統的加工和制造工藝,激光精密加工已經超越普通激光加工行業,成為未來激光發展最廣闊前景。

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