激光加工是激光技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，將一定功率的激光聚焦于被加工物體上，使激光與物體相互作用，加熱、熔化或氣化被加工物質(zhì)，達到加工目的。激光加工是一種典型的無接觸式加工，與其他加工方式相比具有后續(xù)工藝少、可控性好、易于集成、加工效率高、材料損耗小、環(huán)境污染低、高柔性、高質(zhì)量等顯著優(yōu)點。
激光的工業(yè)精細及微細加工應(yīng)用
應(yīng)用技術(shù)名稱 | 工作原理 | 應(yīng)用領(lǐng)域及特點 |
激光切割 | 利用經(jīng)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、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而將工件割開。 | 切割速度快，表面光滑美觀，一次性加工，工件變形小，無工具磨損，清潔污染小，可加工金屬、非金屬及非金屬復(fù)合材料、皮革、木材、纖維等，適用于汽車車身厚薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件的精細加工。 |
激光焊接 | 利用高能量密度的激光束輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。 | 焊接性變小，不受磁場影響，空間限制小，無電極污染，適用于自動高速焊接，可焊接不同屬性的金屬，可在封閉空間工作，適用于圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、電子機件用銅板、部分金屬網(wǎng)板、鐵板、鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的鈦合金等等。 |
激光打標(biāo) | 利用高能量密度的激光對工件進行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記。 | 為非接觸加工，可在任何異型表面標(biāo)刻，工件不會變形和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，加工精度高，加工速度快，清潔環(huán)保，成本低廉，適于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料的標(biāo)記。 |
激光雕刻 | 激光照射材料表面，材料吸收能量后瞬間熔化或者氣化，形成刻線。 | 自動跳號，熱影響區(qū)域小，線條精細，耐清洗耐磨損，環(huán)保節(jié)能，節(jié)省材料，可用于木制品、有機玻璃、金屬板、玻璃、石材、水晶、紙張、雙色板、氧化鋁、皮革、樹脂等材料的蝕刻。 |
表面處理 | 利用激光加熱金屬材料表面，實現(xiàn)表面熱處理。 | 加工速度快，部件變形小，精確加工，實現(xiàn)自動淬火的處理效果，適合于缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等汽車零部件的熱處理，同時在航空航天、機床行業(yè)等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。 |
激光快速成型（3D打印） | 采用鋪粉輥將一層粉末平鋪在工件表面，激光束按照粉末層的輪廓截面掃描粉層，使粉末熔化后燒結(jié)，實現(xiàn)工件粘接。 | 加工工藝簡單，可加工材料廣泛，加工精度高，無需支撐結(jié)構(gòu)，材料利用率高，結(jié)合計算機數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)，可用于模具和模型制造。 |
資料來源：智研咨詢整理
激光技術(shù)在國民經(jīng)濟發(fā)展中的應(yīng)用非常廣泛，涉及工業(yè)制造、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、節(jié)能環(huán)保、航空航天等多個領(lǐng)域，是發(fā)展高端精密制造的關(guān)鍵支撐技術(shù)，助力國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
激光加工技術(shù)行業(yè)發(fā)展規(guī)劃
文件名稱 | 發(fā)布時間 | 發(fā)布部門 | 相關(guān)內(nèi)容 |
《“十三五”先進制造技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》 | 2017年4月 | 科技部 | 面向航空航天、高端裝備、電子制造、新能源、新材料、醫(yī)療儀器等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的迫切需求，實現(xiàn)高端產(chǎn)業(yè)激光制造裝備的自主開發(fā)，形成激光制造的完整產(chǎn)業(yè)體系，促進我國激光制造技術(shù)與產(chǎn)業(yè)升級，大幅提升我國高端激光制造技術(shù)與裝備的國際競爭力。 |
《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》 | 2016年12月 | 國務(wù)院 | 搭建增材制造工藝技術(shù)研發(fā)平臺，提升工藝技術(shù)水平。研制推廣使用激光、電子束、離子束及其他能源驅(qū)動的主流增材制造工藝裝備。加快研制高功率激光器、掃描振鏡、動態(tài)聚焦鏡及高性能電子槍等配套核心器件和嵌入式軟件系統(tǒng)，提升軟硬件協(xié)同創(chuàng)新能力，建立增材制造標(biāo)準(zhǔn)體系。在航空航天、醫(yī)療器械、交通設(shè)備、文化創(chuàng)意、個性化制造等領(lǐng)域大力推動增材制造技術(shù)應(yīng)用，加快發(fā)展增材制造服務(wù)業(yè)。 |
《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》 | 2016年7月 | 國務(wù)院 | “先進制造技術(shù)”一欄中指出，要開展超快脈沖、超大功率激光制造等理論研究，突破激光制造關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)高可靠長壽命激光器核心功能部件、國產(chǎn)先進激光器以及高端激光制造工藝裝備，開發(fā)先進激光制造應(yīng)用技術(shù)和裝備。 |
資料來源：智研咨詢整理
近年來，激光加工不斷替代傳統(tǒng)加工方式，以激光器為基礎(chǔ)的激光工業(yè)發(fā)展迅速，目前已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、通訊、信息處理、軍事及教育科研等領(lǐng)域，形成了遍布全球的產(chǎn)業(yè)鏈條，產(chǎn)業(yè)分工的成熟度和深入程度不斷提升。隨著未來應(yīng)用產(chǎn)品向超精超微方向發(fā)展，激光在微加工領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛。
智研咨詢發(fā)布的《2021-2027年中國激光加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭現(xiàn)狀及投資戰(zhàn)略規(guī)劃報告》顯示：隨著中國制造“2025”和“一帶一路”戰(zhàn)略的深入實施，制造業(yè)對自動化、智能化生產(chǎn)模式的需求日益增長，中國激光產(chǎn)業(yè)也逐漸駛?cè)敫咚侔l(fā)展期。受益于消費類電子、新能源、PCB 電路板等加工設(shè)備的需求旺盛，近幾年我國激光加工技術(shù)設(shè)備規(guī)模呈現(xiàn)增長態(tài)勢，從2015年得345億元增長到了2019年得658億元，近幾年我國激光加工技術(shù)行業(yè)市場規(guī)模情況如下圖所示：
2015-2019年中國激光加工技術(shù)行業(yè)市場規(guī)模
資料來源：CAS、智研咨詢整理
2019年我國激光加工技術(shù)行業(yè)市場規(guī)模658億元，其中，占比最大得激光切割設(shè)備市場規(guī)模達到了266億元，占比40.43%。
2015-2019年中國激光加工技術(shù)行業(yè)細分市場規(guī)模
資料來源：智研咨詢整理
2019年激光切割設(shè)備核心部件激光器價格繼續(xù)大幅下降，進一步降低下游行業(yè)客戶購買激光切割設(shè)備成本，部分市場需求得到進一步釋放，但同時也受到汽車、3C 消費電子行業(yè)周期性下滑、中美貿(mào)易摩擦導(dǎo)致的政策波動風(fēng)險和行業(yè)同質(zhì)化競爭加劇的不利影響，國內(nèi)激光切割設(shè)備需求大幅放緩，2019年我國激光切割設(shè)備市場規(guī)模為266億元，增速降至9.4%。
2015-2019年中國激光切割市場占比統(tǒng)計
資料來源：智研咨詢整理
2019年我國激光加工技術(shù)設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域主要分布在工業(yè)領(lǐng)域，2019年工業(yè)領(lǐng)域需求激光加工技術(shù)設(shè)備規(guī)模達到了386.6億元，占比5.11%。
2018-2019年中國激光加工技術(shù)設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域分布
資料來源：CAS、智研咨詢整理
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