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在2025行业展望栏目,我们除了邀请部分企业高管参加访谈外,还特意邀请了5位专家和应用端用户代表参加。激光工艺说到底是一种应用技术,而评判该技术的优劣和未来发展,最合适的人选莫过于用户的直接使用感受以及相关的专家学者,他们始终是激光技术的一线使用者和研究者,因此,他们的客观评价有一定的代表作用。近两年,全球经济持续处于下行通道,国内外的需求减弱传导到了激光产业,激光企业也面临了不小的压力。但我们始终相信,激光技术作为一种先进制造工艺,将在更大范围的制造业领域得到深入应用,未来可期!
今年,“新质生产力”和“人工智能”是工业界的热频词汇。您对此如何理解?在您看来,未来的激光技术将如何更好地参与其中,以达到业界的预期?
彭惠平:我个人对于新质生产力的理解,是生产力的一个质的飞跃,是科技创新的生产力,与传统生产力增长路径不同,方式也不同,是促进我国经济高质量发展要求的生产力,包含技术创新、高质量、高效率、安全稳定可持续等关键特性。而人工智能正渗透到人类活动的所有领域,延伸人类的智力能力,是推动新质生产力发展的重要力量和安全友好的工具,未来通过智能决策、流程优化、高效执行等方式,提高生产效率和质量。
激光技术,从发明以来就是一种先进且重要的技术,其优异的单色性、方向性、高亮度、精确性等特征,成为现代工业制造中不可或缺的生产工艺之一,在未来发展中,激光技术可以通过自身不断创新和与其他先进技术的融合,例如和人工智能技术的结合、无人驾驶技术、低空经济遥感遥测、人形机器人危险作业等,来更好地参与到新质生产力的发展中。激光技术深度创新,以更高效、更实用、更经济有效的激光设备全面替代传统加工,实现生产方式的变革。另外,探索更高功率、更短波长的激光技术,提高光束质量、安全性、稳定性等关键指标,以满足更高标准、更高质量的生产需求。
激光技术与人工智能的结合将是未来行业发展的必然趋势,通过人工智能的智能控制与优化,可以实现激光加工过程的精细化和高效化,如切割、焊接、标刻、清洗、医美等应用,人工智能可以集成多种技术来实现对过程的智能控制,还能预测加工效果,有助于自适应调整参数优化结果,相信未来激光技术在人工智能和其他创新的融合推动下不断发展,为制造业转型升级和经济高质量发展做出重要贡献。
潘勇:“新质生产力”指的是通过采用新技术、新工艺和新模式来实现生产力的突破,超越了传统的劳动力和物质资源,强调创新、知识和信息的价值。它涉及数字化、自动化和智能化的技术,旨在提高生产效率和创造性。其特征包括:数字化和智能化、柔性和可配置、高效和低碳、创新和创造。“人工智能”是指通过计算机系统模拟人类智能行为的技术,包括机器学习、自然语言处理、计算机视觉等。并利用这些技术来实现自动化、智能化和优化生产、管理和服务。在工业界的主要应用有:智能制造、预测性维护、工业数据分析、质量控制等。
目前激光技术已经是许多工业领域的关键技术之一,包括切割、焊接、标记、切割等。激光技术的优点包括高精度、高速度和高效率,它可以帮助工业企业提高生产力和质量,降低成本和环境影响。
在“新质生产力”和“人工智能”的大背景下,激光技术可以发挥更加重要作用。其一,激光技术是发展新质生产力的有力手段,例如,激光切割技术可以帮助企业实现更精确和更高效的制造过程,从而提高产品质量和一致性。激光标记技术可以帮助企业在产品上标记更清晰和更持久的标识,提高产品的可追溯性和可信度。激光检测技术可以帮助企业实时监测和控制生产过程,从而提高生产效率和安全性。激光雷达技术可以帮助人工智能系统感知环境和物体,从而做出更智能和更准确的决策。其二,激光技术可以通过人工智能分析大量数据,优化激光加工参数,提高加工效率和质量;可以通过图像识别和深度学习,实现激光加工后的产品质量检测;可以实现激光加工过程的智能控制,实时监控和调整加工参数。
总的来说,新质生产力和人工智能是激光行业发展的重要驱动力。未来,激光技术将在高精度加工、个性化生产、智能制造等方面与新质生产力相结合,同时将在激光加工参数优化、质量检测、智能控制等方面与人工智能相结合,实现更高的效率、质量和自动化程度。
吴希:今年以来,新质生产力不光得到了各级政府的大力推广,而且还在企业层面得到了积极响应。自改革开放以来,中国制造业一直遵循的是用市场换技术的路线。经过几十年发展,如今,中国在产业覆盖范围方面拥有39个工业大类、191个中类和525个小类,是全球唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家。尽管如此,我们在一些高精尖领域,还是落后于西方发达国家。所以,在现在的时代背景下提出“新质生产力”,是非常具有现实意义的。
通过新质生产力,实现工业化的智能转型和产业升级。尤其是在人口红利消失的情况下,创新显得尤为重要。创新是新质生产力的内核,通过技术创新可以打造一些有国际竞争力的企业。未来,全球制造业的比拼不仅是看市场规模,同时也要看谁家的技术领先,谁家的技术更能顺应时代的发展需要。应该说,国家提出“新质生产力”概念,从宏观上把握了未来制造业发展的主基调,而企业也只有走创新发展的道路,才能真正将中国制造转变为中国“创造”和中国“智造”。
随着OpenAI以及ChatGDP 4.0带来的冲击,让我们深刻感知到人工智能的高效性和准确性。人工智能能够同时处理大量数据,能够看遍古今所有案例,然后再作出判断。另外,人工智能相对人类还有一个明显优势就是“耐力”,一个人的时间和精力有限,无法时刻在工作,但人工智能却不一样,在电力供应充足的情况下,人工智能可以24小时不间断工作,因此它对工业界的改造将是巨大的。
具体到激光加工与人工智能的结合,目前来看,在激光加工中采用的过程控制技术已经采用了一些基础的人工智能功能,但整合性并不是很好,也只有部分企业掌握了这项技术,没有在产业内得到大面积的推广和普及。以激光焊接为例,通过匹配相应的视觉传感、检测、图像处理和计算机控制技术,可以让激光焊接变得更“智能”,系统自动监测焊接过程并在需要调整工艺参数的时候及时介入,以帮助企业获得高良率和高效率。
未来,人工智能有望深度参与到激光加工过程,降低误判率以减少原材料浪费和降低成本,并能真正将这项技术运用到量产中保障生产流畅,减少停机而引发的损失。另外,从制造业企业来说,还希望减少人工智能技术的适配时间,缩短企业内部调试过程。适配性强的人工智能技术,将来一定会受到广大企业青睐。
高明:我对人工智能更熟悉一点,目前工业界对“人工智能”很感兴趣,但是理解上可能有偏差,目前很多所谓的“人工智能”应该还是属于自动化的范畴,或者对原有的自动化进行了重新包装和简单提升,更多的是人工动作的表现,和思考有关的“智”还没有体现出来,还需要更多的努力。
朱敏豪:在应用人工智能之前,首先需要做的是自动化,而自动化生产工艺的前提是做大量基础性工程研究,尤其对于船舶行业的研究人员而言,至少要为生产中使用的规格材料找到最适合的加工工艺,以及相关的工艺参数并且工艺得到充分验证的情况下,才能实现自动化生产。而人工智能是基于大量数据和算法模型,只有具备足够多的参数数据,才可以在人工智能训练模型的帮助下,对加工过程进行持续优化。
国外船舶制造行业的自动化工程应用从2000年就开始了,那时候就已经实现了少人化的自动化作业。近年来,人工智能在工业界的呼声很高,但在船舶行业运用人工智能,让系统自主判断生产工艺、设备运行的状况等,目前还没有任何一家船厂能做到这一点。因为船舶制造过程中涉及的工艺很多,即使有激光技术的加入,但有些环节的加工仍然采用传统的人工作业。所以说,人工智能虽然是一个美好愿景,但从实际的落地应用来看,目前在船舶行业还是很难实现。
在我看来,激光技术是一种小线能量、高精度的热加工形式。从激光在船舶行业的应用来看,无论是激光切割、激光清洗,还是激光焊接,工件在热处理过程中产生的变形量非常小,从而有效解决了传统等离子或火焰切割后板材变形大以及自然坡口的难题。如果用传统工艺切割板材,就需要做在后处理中矫正板材形变,增加工序从而增加成本。采用激光工艺后,就会省去加工后板材的后处理,简化了整个作业流程。
在您所处的行业领域,近年来,激光技术都有哪些方面的应用?相比传统制造工艺,激光工艺在提升效率和产品质量方面,都体现在哪些方面?
彭惠平:汽车行业典型应用有车身激光钎焊、熔焊、飞行焊、标刻、切割、测量,以及热成型零件和碳纤维材料的三维激光切割,动力传动系统的激光焊接,发动机部件的激光淬火、清洗等等,相比传统制造工艺,激光工艺在提升效率和产品质量方面有很大优势。
提升生产效率:激光焊接技术具有焊接工艺效率高和柔性好的特点,能实现快速且精确的焊接;激光切割技术基本覆盖汽车制造行业所有应用领域,比如汽车零部件、汽车车身、汽车车门框、汽车门盖等等,可以大大提高切割速度和生产效率。
提升产品质量:激光焊接技术能得到高质量高强度的焊缝,焊缝深宽比大,光亮美观,精度高,重复操作性强,成品率高;激光切割技术,是非接触式加工,对工件无须施加机械力工件不易变形,热影响区小切缝较窄,且切缝质量好,无需二次加工;激光打标技术,在汽车零部件上标刻二维码,将产品身份唯一信息通过二维码附着在零件表面,通过采集设备实现零件的全生命周期管理,保证产品质量和可追溯性;激光测量技术,在线检测车身及零件质量、车身门缝间隙断差和工装定位基准,同时激光视觉引导零件装配,保证产品一致性。
潘勇:今年以来,激光加工装备研发领域呈现出一些新的变化和趋势,主要集中在更高功率、更高精度、更智能化、更广泛的应用领域等方面。飞秒、皮秒激光器的平均功率和峰值功率都在不断提升,为更高速、更高效的加工提供了可能。阿秒激光技术的不断突破,为在更精细尺度上研究物质相互作用和实现更精密加工提供了新的手段。
光纤激光器功率持续提升,为厚板切割、焊接等应用提供了强劲动力。通过采用新的光纤设计和光束整形技术,光纤激光器的光束质量得到显著提升,可以实现更精细的加工效果。更加注重自动化和智能化,越来越多的激光加工设备配备了智能激光加工头,自动化上下料系统,智能视觉识别系统等,可以减少人工操作,提高生产效率。
通过五轴联动技术、多光束并行加工技术、超快激光微纳加工技术等广泛应用,显著提高加工精度和加工效率。激光加工设备逐步在新能源汽车制造、光伏产业、半导体制造中的精密激光加工、生物医疗等应用领域得到广泛推广。3D打印与增材制造、激光清洗、激光表面改性等激光技术发展迅速,行业应用前景广泛。
吴希:我主要聚焦于激光加工技术,包括焊接、切割、打标、清洗等。近年来,由于铜材在汽车零部件中使用比例的上升,采用激光加工相对于电阻焊接,可以实现更好的焊接效果。通过激光工艺,一方面实现了高生产节拍的要求,另一方面又对产品结构设计提供了很好的技术支撑。如果采用传统焊接方式,在产品设计方面需要考虑更多因素。当使用激光技术后,设计的冗余度和灵活性得到了很大提升。
比如,在气密封装结构的激光焊接应用,可以实现传统螺栓连接加密封圈结构的替代。气密封装由于对气密性的要求很高,激光焊接在加工过程中可以实现完全融化,从而可以满足很高的密封性要求。而采用传统螺栓连接加密封圈结构,就需要额外采购螺栓,在批量生产方面是很大的成本支出。所以,激光焊接工艺,无论是在成本考量方面还是提升设计结构方面,对生产应用带来的益处是显而易见的。
高明:我主要从事激光焊接和激光切割研究,今年的主要变化还是内卷越来越严重,尤其是激光切割,市场竞争白热化,同质化很严重,小公司或者技术能力较弱的公司生存很困难。激光焊接技术门槛搞一些,有特色的非标产品更多一些,所以情况要好一点。另外,随着AI的兴起,和激光焊接相关的视觉、光学检测装备发展的都很快,水平有很大提升,但是整体还是以模仿国外产品为主,技术创新和关键技术指标上还是有欠缺。
朱敏豪:这两年,激光焊接在船舶行业的应用,为工件的制造精度带来了明显的整体提升,而且减少了在后道工序中对工件变形矫正的需求,或者说是几乎不需要。从这个方面来说,虽然激光设备的前期投入或者研究投入成本较大,但从整体产出和长远角度考虑,激光加工对船舶生产的成本节约非常可观,主要体现在加工效率高和板材加工形变小。
尤其是近两年我们采用了手持激光焊,对于船舶制造中的小型构件焊接,可以做到灵活使用和操作。以往像这种小型结构焊接,大多需要工人钻到狭小空间进行操作,再加上额外的设备,导致作业时非常不方便。现在,采用激光手持焊可以轻松应对。但我还是希望对现有的激光手持焊进行进一步的升级,首先是焊枪可以更加轻量化,其次是手持式焊机如果配置夹持设备,并且可以沿一定轨迹运行,这样就可以做到非常简易的自动化手持焊接。对船厂来说,可以花较少的设备投入使用低热输入焊接,对于薄结构件的角焊缝来说,是非常适用的。
另一方面,对于厚板焊接,目前船厂主要还是采用埋弧自动焊,尤其是焊接14mm以上板材时。虽然激光焊接的熔深足够深,但熔池体积相对有几道填丝的埋弧焊还是较小,另外再加上厚板焊接前往往都需要开坡口,对于熔池的填充量非常大。综合来看,目前激光焊接适合轻薄板材的焊接和小型构件的搭接,厚板焊接还是传统工艺更占优势一些。
在您看来,未来的激光工艺对行业(您所处的行业)发展,还有哪些可以深入的应用和可挖掘的潜力?
彭惠平:激光工艺可进一步拓展到更多细分领域,比如汽车内外饰、氢能源、燃料电池、储能、低空经济飞行器或飞行汽车、自动驾驶、人形机器人等,未来肯定还会有更大的发展空间。激光工艺与其他先进技术进行更深入的融合,比如融合人工智能、物联网等新兴技术,推动汽车制造向更高层次发展。随着消费者对汽车个性化、定制化需求的不断增加,激光工艺也可以在这方面发挥更大的作用,比如通过激光切割、激光打标等技术,可以实现更加多样化、个性化的汽车整车、零部件生产和定制。
潘勇:激光技术日新月异,在各种工业领域得到了广泛应用。未来,激光技术将继续发展,并朝着新的方向和趋势发展。以下是我对激光技术未来的一些看法:
新型激光光源:新型激光光源总体还是向着更高功率、更高亮度、更大脉冲能量、更短脉宽、更窄线宽以及更宽波长范围(极紫外、中红外波长)等方向发展。在激光加工领域,主要是满足日益增长的各类新材料加工的需求。
光场调制技术:基于光场调制的激光加工技术,通过改变激光波前振幅、相位、偏振等信息,可以改变焦平面光场分布,从而实现更精确、更复杂的加工,处理更复杂的形状和结构。
激光加工与人工智能的结合:激光加工与人工智能的结合是当前激光技术的一个热门领域。激光加工可以用于人工智能系统的感知和决策,可以帮助人工智能系统更好地理解和分析环境和物体。人工智能可以用于激光加工的控制和优化,可以帮助激光加工系统更好地适应和响应环境和任务的变化。
激光与多能场复合加工:通过综合利用激光与射流、电磁场、电化学、超声场等多种能场形式,不仅能够发挥激光加工高效率和高定域性的优势,还能借助其他能场以及多能场耦合效应,弥补激光加工的局限性,从而实现高效、高质量和高精度的材料加工。这一技术在航空、航天、航海等关键部件和结构的极端制造领域具有广阔的应用前景。
激光加工和云制造:激光加工系统将与网络化和云制造相结合,实现数据共享、远程监控、远程制造和协同制造。
吴希:我想谈到的第一点是激光焊接质量的在线检测和焊后检测。如果采用过程光的实时检测,从应用端来说,这种检测技术属于定性检测的范畴,而且其定性检测的能力有时候不太准确。一方面这种检测方法没有量化,另一方面这种检测技术面对不同项目中的不同形式接头,在不同镜头镜组配比上都会产生波动性。
对于OCT这种检测方法,虽然可以定量而且也能探测熔深。但这种方式目前对于可以检测的接头形式有所限制,还不能覆盖大部分焊接接头。
高明:未来激光焊接,包括相关只能监控产品应该会得到更好更快的发展,有可能解决中小批量非标定制结构的焊接痛点,推动激光焊接装备的快速发展。其次,随着超快激光器的快速发展,高功率宏观加工和微纳制造的融合会逐渐增多,可能会解决某些行业问题,形成新的产品结构。
朱敏豪:从船厂目前的实际应用层面看,激光切割可以满足任何材质的要求,所有的钢种不管是碳钢、不锈钢、铝以及钛合金,都可以用激光切割进行加工,而且切割质量好,无需后道矫正。在激光焊接方面,目前主要应用于碳钢材质(黑色金属)的加工。之后,如果涉及铝合金或者、钛合金,或者更多材料和特种材料,我相信激光焊接会对整个生产能力会有更好的提升。另外,我工作内容中的一块是研究特种材料,但是特种材料从工艺验证到最终实船应用,需要经过长期而严格的验证。未来,随着激光工艺的持续发展,将为更多的材料加工难题提供解决之道。
请您谈谈对于当前国内激光行业的看法?有哪些亮眼的地方?有哪些不足之处?
彭惠平:激光行业作为高端装备及智能制造行业的重要组成部分,近年来在国内呈现出蓬勃发展的态势,增长趋势得益于技术创新和市场需求的双重驱动。随着5G通信、智能制造、生物医学等领域的快速发展,对激光器的需求持续增长,为激光行业提供了广阔的发展空间。
激光行业的亮眼之处
技术创新:激光显示技术是激光行业的一大亮点。它利用高功率红、绿、蓝三基色激光器作为光源,通过混合形成全彩色图像,具有高亮度、广色域和长寿命等优势。近年来,激光显示技术不断取得突破,画面更大、画质更好、外观更小巧、交互更AI的产品不断涌现。其次国内激光产业在高端激光器、激光设备等方面的研发和生产也取得了很大进展。
政策支持:我国政府高度重视激光行业的发展,并出台了一系列支持政策。多部委联合发布的政策文件旨在推动激光技术的研发、产业化和市场拓展,为激光行业的发展提供了良好的环境和支持。应用广泛:激光行业的应用领域涵盖了通信、医疗、工业加工、科研等多个领域。特别是在工业领域,激光器以其高效、精确的特点,在金属切割、塑料加工等方面得到广泛应用,市场需求强劲。
激光行业的不足之处
竞争激烈:虽然激光行业市场前景广阔,但竞争也异常激烈。在激光器市场,多家大型企业占据主导地位,中小型企业面临较大的市场压力。同时,随着技术的不断进步和成本的逐步降低,市场竞争将进一步加剧。技术瓶颈:尽管激光显示技术取得了显著进展,但仍存在一些技术瓶颈需要突破。例如,在画质提升、能效提高等方面,还需不断进行技术研发。
产业链不完善:激光产业链庞大且不断完善,但在某些环节仍存在薄弱环节。例如,上游关键材料和组件的供应仍受制于国外企业,对产业链的稳定性和安全性构成一定威胁。技术研发高端人才:特别是在激光技术研发、激光智能制造等方面的专业人才相对缺乏。技术创新能力:产业化的产品竞争白热化,部分领域前沿技术的跟踪和研发能力相对滞后,缺乏长期基础持久的技术耐心不够,热衷于对标国外技术的国产替代的跟随,这在一定程度上影响了国内产业的竞争力。产业生态环境有待优化,包括政策支持、资本支持、产学研合作等方面都还需要进一步完善。
潘勇:近年来,中国激光行业发展势头迅猛,取得了令人瞩目的成绩。目前国内激光行业整体呈现出蓬勃发展的态势:
第一,我国激光产业规模快速增长,已形成较为完整的产业链。从上游的激光器、光学器件,到中游的激光设备制造,再到下游的各类应用领域,产业布局日趋完善。特别是在工业激光领域,国产化率不断提升,打破了国外垄断的局面。
第二,技术创新能力显著增强。近年来,国内企业在高功率光纤激光器、超快激光器等高端产品研发方面取得突破性进展。自主研发的激光设备性能不断提升,可靠性也得到了显著提高,逐渐替代进口产品。
第三,应用领域不断拓展。除传统的激光切割、焊接、打标等工业应用外,激光除锈、织构化、表面改性等工艺应用不断扩大,在新能源、医疗美容、科研、国防等领域的应用持续深化,市场空间广阔。
第四,人才队伍不断壮大。国内高校和科研机构在激光领域培养了一大批高素质人才,为激光行业的持续发展提供了人才支撑。
但与此同时,行业也存在一些不足:首先是创新深度有待提升。虽然技术水平显著提高,但在原创性技术突破方面还有差距。核心元器件、关键材料的自主研发能力需要进一步加强。在一些核心技术领域仍存在差距,例如高功率超快激光、紫外深紫外激光等领域,仍依赖进口。
其次是自主品牌知名度不高,在国际市场竞争力不足。部分企业过度关注短期利益,产品同质化现象明显,低端市场竞争激烈,影响了行业的良性发展。第三是高端人才储备不足。随着行业快速发展,对高素质研发和技术人才的需求与日俱增,但目前人才培养体系还不够完善,难以满足行业发展需求。另外激光被誉为“万能加工工具”,应用领域极其广泛,新应用市场的教育和培育也急需加强。
吴希:对于国内激光行业的发展,我个人感觉是非常自豪的。在与国外同行交流的过程中,我发现国内厂商做了一些令人眼前一亮的激光应用,比如红光和蓝光复合焊接工艺,虽然国内企业的产品从单个系统的功能性和稳定性来看,与国外同类产品仍然存在一定距离,但是通过组合的方式也能实现较高的可用性,我觉得这个非常棒,也是一种非常大的创新。
中国激光产业经过十几年发展,取得了非常大的成绩。无论从激光设备的产品种类、产品质量还是价格方面,都能和国外企业展开面对面的竞争。同时在激光切割领域,随着国产万瓦功率激光器的普及,在厚板切割和大幅面切割应用方面取得了很大的突破。
未来如果国产激光器和激光加工设备能满足生产要求,会对降低生产成本起到很大的促进作用。但同时,这也对国产激光器和激光加工设备提出了更高的要求。尤其是针对焊接领域,对于激光器的出光稳定性和产品一致性,有非常高的要求。用户不希望看到的情况是在对焊接缺陷做分析时,将激光器自身的不足也纳入到考虑范围内。
所以回到行业内卷的话题上,当前国内激光技术企业都在比拼价格,但是如果大家不再以价格论输赢,而是专心做产品,将产品质量提升上来。我想,这对于激光企业和用户而言,都是双赢的结果。
朱敏豪:激光加工设备的核心是激光器,就我们厂目前的使用情况看下来,激光焊接的激光器以国外激光器为主,因为从功率稳定性方面看还是相对较好,不管是万瓦以下还是万瓦以上,尤其是大功率激光焊接,对于激光器功率输出的稳定性要求特别高,国外激光器在这方面确实要比国内同类产品做得好,但国内激光器这两年的发展也一直都在进步。
在激光切割方面,目前厂里采用的都是国产激光器,20kW或者30kW激光器用于切割作业,技术评估完全达到生产精度及质量要求。
另外对于激光器的设计,国内激光器企业还有待加强。国外激光器在使用过程中,光纤可以做到插拔形式,更换光纤也方便。从激光器整体操作性上看,国外激光器也更胜一筹。但我也相信,随着国内激光器厂商的技术积累和进步,未来国产激光器更逐渐缩小和国外激光器的差距。
来源:荣格-《国际工业激光商情》
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