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激光切割简介及应用分析 激光切割简介及应用 1、激光切割技术概述 激光切割技术是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而将工件割开。激光切割具有切割质量好、切割效率高、切割速度快、非接触式切割、可切割材料种类多等优势。 2、激光切割行业市场规模 根据《2022中国激光产业发展报告》数据，2021年我国激光加工设备行业市场规模达到821亿元，其中激光切割设备为激光加工技术的第一大应用领域，市场规模达280．1亿元，占比高达34%。预计2022年国内激光加工设备行业市场规模将达到876亿元，其中激光切割设备行业市场规模预计将达到300亿元。 在材料加工领域，切割是不可或缺的重要工艺之一。过去由于激光加工设备成本高昂，激光切割在制造业渗透率较低，而近年来随着激光切割设备成本的不断下降和激光切割性能的不断提升，激光切割逐步取代传统切割方式，在汽车零部件、工程机械、桥梁建筑模板、装配式建筑、特变电输送铁塔、航空航天、通讯与光储存、医疗美容及其他更多领域获得广泛的运用。 在汽车零部件行业，激光切割设备可应用于汽车五金零件、汽车车身、车门框后备箱、车顶盖、安全气囊、保险杠、中控板、立柱、座套、地毯等金属和非金属板材、管材的平面切割和三维立体切割；在工程机械行业，激光切割设备可应用于碳钢、中厚板或超厚板切割、钣金件预留工艺豁口、制作钣金样板和钻孔样等；在特变电输送铁塔行业，激光切割设备可应用于板材和管材下料、制孔、打标识、开坡口等生产工序。几乎在所有需要材料切割的领域，激光切割均可以满足相应需求，下游应用行业广泛。 激光加工技术及产业的现状 激光是20世纪的一项重大科学技术发明，与原子能、半导体和计算机一样著名。具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性好的特点，被称为最快的刀最准的尺最亮的光。在过去的60年中，与激光有关的研究获得了许多诺贝尔奖，充分证明了激光技术在促进尖端科学研究和促进科学技术进步方面的显著作用。激光与相关技术的融合形成了激光制造，为人类改变世界提供了崭新的工具。 激光制造技术具有易操作、非接触、高柔性、高效率、高质量和节能环保等突出优势，是切割、焊接、表面处理、高性能复杂构件制造和精密制造的主流手段，被誉为万能加工工具和未来制造系统通用的加工手段，带动了先进制造业的发展，对工业智能化进程产生了深远影响。 激光技术是一种具有极强的渗透性和加工性的使能技术。激光技术支持的经济规模远大于其自身的经济规模。2010年美国研究报告指出，2009—2010年，美国电信、电子商务和信息技术的总价值为4万亿美元，其中激光器本身的价值仅为32亿美元。因此，激光技术产品在经济体系中的重要性远超过了产品本身的价值规模。 近年来，中国的激光加工产业发展迅速，国际竞争力迅速提高。众多激光企业已遍布华东、华南、华北、东北、华中及西部地区。据《2019中国激光产业发展报告》统计，我国在26个城市已有激光产业基地（园区）37个，2011—2018年，激光设备的销售收入提高了5倍多，涌现了一批有世界竞争力的激光企业。 经过多年的努力，中国的激光公司已经在低端激光行业树立了坚实的立足点，但离高端技术行业和高端核心组件的世界先进水平仍有较大差距。在产品方面，跟随型产品居多，原创或首创性的高端产品相对较少。我国激光技术科研主要力量集中在科研院所和高等学校，而企业相对薄弱。目前，在我国与激光相关的30个国家级研究平台中，仅存精密超精密加工国家工程研究中心和国家半导体泵浦激光工程技术研究中心，其他28个均依托科研院所和高校建设。高校和科研院所承担了大部分国家计划的激光科研项目，而企业承担的只占很小的比例。在过去的10年中，我国的激光制造已成为先进制造业中增长最快的领域之一，形成了一定特色，某些技术已达到国际领先水平。 激光加工设备在促进传统产业升级改造中发挥了关键作用。一群激光加工设备企业依靠创新的加工技术和卓越的设备质量在新旧动能转换市场中找到足够的订单来快速增长。此外，一些制造公司已经尝到了升级和发展的甜头，已不满足于国内垂直整合，而在积极探索跨国并购国外优质激光企业资源，并计划进入精密加工领域。在过去的10年中，激光加工站一直是设备企业提供外延服务的重要触角，通过开展阵地服务，及时满足各类加工需求，增强客户黏度。如今，越来越多集多功能于一体的大型设备已被开发并应用于轨道交通、航空航天、船舶制造等行业。预计到2020年，基于工业互联网的各类云制造平台将逐渐释放价值，激光加工站将在云制造平台的支持下发挥出更大的功用，并沿着一带一路走进东南亚、中东、南美等多个地区。 在经历了2017—2018年的快速增长之后，中国的激光市场在2019年进入了一个相对稳定的时期。2019年中国工业激光市场的发展开始影响全球工业激光经营收入。一方面，日益激烈的价格竞争导致光纤激光器和超快激光器的价格急剧下降，但国产设备的质量、技术和服务在竞争中逐步得到改善，国产激光产品的兴起正在逐步取代进口激光产品；另一方面，激光技术的应用比许多传统制造技术更具成本效益，从而使激光应用迅速普及。 2019年激光设备（含进口）市场销售总收入为658亿元，比2018年增长8．8%。受全球经济走势不确定的影响，预计2020年中国激光设备市场整体销售收入将受到很大影响。2019年，国内共有规模以上激光企业超过150家，其中半数以上的企业集中在激光加工和激光器相关领域。 新的激光光源（如蓝光半导体激光器和高功率超快激光器）和新的激光加工技术（如金属泡沫的激光成形和非常规激光微加工）的不断涌现，给激光加工行业带来了极好的发展前景。以下对一些新型激光器和激光加工技术作简单介绍。 激光增材制造行业发展 在过去的几十年中，激光增材制造得到了越来越多的关注，激光已成为增材制造（AM）越来越重要的核心，基于激光的增材制造系统占金属增材制造市场收入的一半以上，全球增材制造市场预计在2019年为7．74亿美元，预计到2024年将达到3．2亿美元。毫无疑问，基于激光的增材制造已成为激光行业的一个非常重要的应用领域。 使用增材制造（尤其是金属制造）的关键要求之一是获得所需的力学性能。由于增材制造涉及许多会影响工艺条件的变量，因此仅通过试验来确定所得力学性能的尝试可能既耗时又昂贵。为了减轻这个问题并获得对过程的深入了解，已经进行了许多开发预测性过程模型的尝试。AM的预测模型可以大致分为三类：AM过程热模型、微结构预测模型和力学性能预测模型。激光增材制造面临巨大挑战，只有克服这些挑战，才能被接受为经济上可行的工业制造工艺。但与此同时，它也提供了前所未有的机会来制造那些传统制造工艺无法制造的新产品。显然，一项重大挑战是通过基于物理学的建模或数据驱动的方法来建立过程-微结构-属性关系，以促进增材制造零件的鉴定过程。此外，必须同时开发可靠的过程中监视方法。激光金属AM提供的新机会包括制造大量定制的零件（例如医疗植入物），具有所需局部特性的功能渐变零件，用于制造智能或超材料结构的拓扑设计，几何形状复杂的零件（例如：热交换器），新型材料的合成，需要跨学科的人们共同努力，以产生新的设计和材料，从而加速AM在制造业的应用。 金属泡沫的激光成形行业发展 金属泡沫是一种相对较新的材料，由于其高的强度重量比以及出色的冲击和噪声吸收特性而引起人们的兴趣。在许多工程应用中，例如，汽车保险杠或航天器部件，金属泡沫必须具有特定的形状。由于近净形状的制造困难且昂贵，因此有必要将金属泡沫弯曲成期望的形状。弯曲金属泡沫并非易事，因为孔壁只能承受低应力并容易破裂。结果，传统的机械弯曲方法会导致破裂和细胞塌陷。在过去的10年中，几个研究小组尝试了金属泡沫的激光成形，并报告了积极的结果，但没有一项研究足够详细地探讨潜在的弯曲机理。未来研究应该更好地了解激光成形如何影响材料特性和结构属性。 激光加工行业现状及发展前景分析 激光加工技术作为现代制造业的先进技术之一，具有传统加工方式所不具有的高精密、高效率、低能耗、低成本等优点，在加工材料的材质、形状、尺寸和加工环境等方面有较大的自由度，能较好地解决不同材料的加工、成型和精炼等技术问题。 激光是指通过人工方式，用光或放电等强能量激发特定的物质而产生的光。激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为最快的刀、最准的尺、最亮的光。激光是指原子受激辐射的光，故名激光。 激光相比普通光源具有单色性、相干性、高亮度及高方向性。激光应用广泛，包括激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、激光唱片、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器、LIF无损检测技术等。 激光起始于1917年爱因斯坦提出受激发射理论，即一个光子使得受激原子发出一个相同的光子。之后的40年时间激光技术在理论上逐步走向成熟。20世纪后，激光行业进入快速发展阶段。 激光产业链上游是利用半导体材料、高端装备以及相关的生产辅料制造的光学元器件、光学材料等，主要包括激光晶体材料、光学镜片、泵浦源、振镜、光栅、激光芯片、特种光纤、光纤合束器等一系列核心部件，是激光产业的基石。中游则是利用上游激光芯片及光电器件、模组、光学元件等进行各类激光器的制造与销售;下游为激光设备集成商，产品最终应用于先进制造、医疗健康、科学研究、汽车应用、信息技术、光通信、光存储等众多领域。 随着科技的发展，激光加工行业逐步引入了机器视觉，有效的提高了激光加工设备的精确性，智能性和自动化性能，满足现代化工业大批量、大规模的生产质量要求，降低不良品生产，节约成本，促进了企业的生产发展。激光焊接以其无焊接污染和无形变的优点在精密仪器焊接中占据着重要的位置，机器视觉引导更是使其锦上添花。具体应用如汽车车身钢板焊接、电池焊接、心脏起博器、密封继电池器等。 激光打标技术已被广泛的应用于各行各业，为优质、高效、无污染和低成本的现代加工生产开辟了广阔的前景。随着现代激光打标应用领域的不断扩展，对激光制造的设备系统小型化，高效率和集成化的要求越来越高，新型高功率光纤激光技术的开发成功，必对此产生极大的推动。激光器技术和激光微加工应用技术不断发展，激光加工技术能够在更多领域替代传统机械加工，预计将会带动激光器行业不断发展。 激光表面纹理化行业发展 激光表面纹理化是一种表面工程工艺。该工艺使用激光在材料表面上创建周期性的微结构，以诱导针对各种应用的所需表面特性。在20世纪90年代早期的激光表面纹理化研究中，使用激光产生了图案化的微凹坑，并研究了带纹理的表面对机械部件（包括机械密封件、活塞环和推力轴承）的摩擦学性能的影响。从那时起，随着激光技术的飞速发展，该领域也得到了迅速的发展，并且已经出现了超出摩擦学领域的广泛应用。 激光表面结构化不仅会改变材料的表面形态，而且通常会赋予表面一些新的功能和特性，尤其是光学、机械、润湿性和化学特性。飞秒激光织构的覆盖有微尖峰的硅（通常称为黑硅）是在可见光范围内显示出近100%吸收率的早期发现之一，当在SF6气体环境中处理时，吸收率可以扩展到2．5mm。在铜表面上通过ps激光诱导的微/纳米结构，可以实现从UV到MIR的整个波长范围内的可调反射率。由飞秒激光产生的微尺度珊瑚状表面结构，NiTi合金的热辐射显著提高到了约100%。表面织构化的硅和金属具有广泛的潜在应用，包括太阳能电池、检测器、传感器、场发射设备、等离激元、宽带热源及辐射传热设备等。 激光表面纹理化也已用于修改和控制材料的润湿性。摩擦学应用中的激光表面纹理化已成为20多年来人们关注的领域。实践证明，
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