塑造激光制造的未来： 激光加工的数字化、精密与环保

来自Manufacturing Technology Centre（MTC）公司技术专家Reza Nekouie Esfahani阐述了如何通过使用激光来改进工业制造应用，从精密切割和焊接，到可持续的仿生材料，以及英国公司如何培训员工使用这些技术。

MTC 公司技术专家Reza Nekouie Esfahani

Electro Optics：请介绍一下MTC公司是如何创立的，其愿景又是如何演变的？

Reza Nekouie Esfahani：制造技术中心（MTC）成立于2010年，是英国高价值制造catapult的一部分。它成立之初就有一个清晰的愿景：弥合学术研究与工业应用之间的差距。其创始原则是通过为工业界提供尖端设施、专业知识和协作创新框架的渠道，来加速先进制造技术的采用。

多年来，MTC已发展成为工业界的战略合作伙伴，为航空航天、汽车、能源和医疗保健等行业提供支持。如今，MTC不仅开发新工艺，还推动可持续性、数字化和劳动力技能提升，以确保英国制造业保持全球竞争力。

EO：在更广泛的光子技术领域中，MTC的定位是怎样的？

RNE：通过结合激光物理学、材料科学和数字制造，MTC使工业界能够利用光子技术，应用于精密切割、钻孔、焊接、表面功能化和增材制造等领域。我们与原始设备制造商、一级供应商和研究机构的合作，确保了MTC在应对下一代制造挑战的激光应用部署方面始终处于前沿地位。

EO：请详细介绍一下这些激光加工能力，以及你们关注的材料和应用范围。

RNE：MTC拥有欧洲最全面的激光加工设施之一，配备了50kW高功率激光器、水导激光切割系统、高功率超快飞秒和皮秒系统，以及激光-机器人混合平台。

我们的能力包括：为航空航天和电动汽车应用领域的金属、陶瓷和复合材料进行切割与钻孔；焊接从薄箔到多层堆叠的各种材料，包括用于电池和氢能技术的异种材料焊接；以及表面工程任务，例如激光纹理加工、清洗、喷丸强化、微抛光及功能化处理，以增强表面附着力、润湿性、耐腐蚀性和摩擦学性能。

EO：在激光表面工程领域，您遇到了哪些挑战，又是如何克服的？

RNE：在工业激光表面工程中，主要挑战包括工艺稳定性、加工效率以及如何集成到大规模生产中。在生产速度下保持一致的表面质量很困难，因为光束能量或焦点的微小变化都可能导致缺陷并降低良率。我们通过部署多光束激光系统、超高速多边形扫描仪和自适应光学器件来解决这个问题，以确保在宽幅面上实现均匀的能量分布。

对于锂金属等敏感材料的切割和纹理加工，我们通过采用超快激光技术（皮秒/飞秒），并结合惰性气体密封舱和先进的烟尘抽取系统，解决了最大限度减少热损伤和颗粒污染的问题。要将这些工艺集成到卷对卷生产线中，需要克服对准和自动化方面的限制，我们通过使用散射测量法和声发射传感器进行在线监测，并结合用于实时参数调整的机器学习算法来实现。这些措施实现了可靠、高速的激光加工，降低了废品率，并提高了与超级工厂基础设施的兼容性，使该技术具备了可扩展性和成本效益，适于工业部署。

在一个旗舰项目中，我们开发了一种用于锂离子电池基板的高通量激光清洗工艺，以提高焊接强度和可靠性。主要挑战是在工业速度下，在不损坏基材的情况下，一致地去除有机和无机污染物。我们通过使用具有实时反馈控制的自适应扫描来解决这个问题，根据表面状况调整能量输送。结合惰性气体密封舱和烟尘抽取，该工艺实现了均匀的清洁度，提高了焊接强度，减少了质量波动，并证明了在实际生产环境中的可扩展性。

EO：那么，表面处理如何用于提高附着力和耐腐蚀性？

RNE：激光表面处理通过改变基材的表面形貌和化学性质，来增强其功能表现。通过在微观和纳米尺度上创建独特的表面结构图案，我们可以增加有效的表面积，并促进涂层或粘合剂的机械互锁。此外，激光诱导氧化层/激光钝化可以通过形成抵御恶劣环境的屏障来提高耐腐蚀性。

与化学处理不同，激光加工是数字化、无掩模、精密且环保的，它消除了有害废物，并能够对复杂几何形状进行选择性处理。这对于电池、燃料电池、船舶和航空航天系统中的组件尤其有价值，因为这些领域对可靠性和使用寿命的要求至高无上。

EO：作为“地平线欧洲”计划的一部分，MTC与13个不同的组织合作，开展了诸如激光纹理加工项目SYNTECS等合作。在如此庞大的团队中工作，您遇到了哪些困难，又有哪些积极收获？

RNE：与13个合作伙伴共同开展“地平线欧洲”项目，既带来了挑战也带来了机遇。主要困难在于协调横跨从汽车到工具制造等多个不同行业的多样化目标和技术标准。协调实验方案和数据共享需要强大的项目管理和数字化协作平台。然而，优势远远超过了挑战：该联盟汇集了激光系统、材料科学和工业应用方面互补的专业知识。

这促使MTC能够在从医疗到汽车应用的广泛用例中验证激光纹理加工技术，加速了技术成熟并促进了跨行业创新。SYNTECS 这个项目是一个典型的例子，证明了合作研发能够降低风险并实现大规模的影响力。

EO：请介绍一下欧盟资助的BUTTERFLIES项目。这个项目主要关注仿生混合制造，对吗？该项目取得了哪些重大突破，这些创新将如何塑造可持续制造的未来？

RNE：BUTTERFLIES是一个由MTC领导的为期三年的项目，于2025年夏季启动。它旨在为基于甲壳素和壳聚糖的生物聚合物的大规模应用铺平道路——这些聚合物主要通过粘合剂喷射和双光子聚合技术，从甲壳类动物的外壳中获取。

这些生物资源正被加工成用于粘合剂喷射的甲壳素纳米晶体交联剂，以实现高分辨率、无溶剂的打印；以及用于双光子聚合的光固化壳聚糖树脂，从而实现适用于微结构和类器官等应用的纳米级精度。

这种方法减少了对许多增材制造技术中目前使用的石油基塑料和传统合成聚合物的依赖。该项目旨在用可生物降解的替代品取代传统材料，并通过循环经济原则减少对环境的影响。

MTC 公司外景

EO：随着新兴技术的不断发展，你们是否有为公司设立的培训计划，来教育员工掌握激光材料加工技术？

RNE：有的，MTC培训中心提供关于激光安全、工艺基础和高级应用的专业工业培训课程。这些课程包括使用工业级激光系统的实践操作培训，以及用于远程技能提升的数字化学习模块。

我们还与大学和行业伙伴合作，提供学徒制、博士赞助和持续专业发展项目，确保工程师们能够应用尖端的激光技术。我们的目标是打造一个人才输送渠道，支持英国向可持续、高价值制造业转型。激光表面工程团队还计划在2026年与合作伙伴大学联合举办在线激光表面工程研讨会，以加强知识共享。

作者：James Wormald

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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