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“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光” 在激光领域,体会高新力量

作者:旷昆红/文 谢慧/图 来源:株洲新区 发布时间:2018年04月08日 浏览次数: 【字体:
光谷激光的日常运用
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  20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,激光被称为人类的又一重大发明。它是“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”……
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  激光加工作为一种崭新的加工方法应用极其广泛,在众多加工领域中都得到了成功的应用。在我区,既有投身激光加工制造领域的光谷激光,也有运用激光尖端技术的辉锐增材制造。
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  目前,我区正在进行产业的转型升级。未来,我们也许可以在某些产品生产工艺上,结合激光智能化,提高产值和效率。
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  我区在激光领域的企业
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  光谷激光:6年前敢为人先,投入激光加工制造领域
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  和高科汽配园其他公司繁忙的车间相比,株洲光谷激光加工技术有限公司(简称“光谷激光”)的厂房内显得很安静。一台激光切割机前,在一块长约3米,宽约1.5米的钢板上,钻头迅速地根据设计好的路线,打在钢板上,几分钟后,10多个钢制品零件就精准无误地完成了。全程只有一人操作机器。
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  公司总经理何剑介绍,激光加工机械,是对传统机械加工的颠覆性改变,激光制造技术所用的光源主要是激光,激光束具有高能量密度、高单钯性、高方向性的特点,使激光制造技术具有许多传统制造技术所不及的优势。激光具有良好的空间控制性(光束的方向变化、旋转、扫描等)和时间控制性,特别适合于自动化加工,在大规模制造中生产效率高;激光加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大;噪声低,不产生有害的射线与残渣,生产过程对环境的污染小;可节省模具,缩短产品开发周期,降低开发成本;材料浪费少,在规模化生产中制造成本低。何剑介绍:“同等条件下,激光加工比传统加工效率提高20倍以上。”
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  做激光加工之前,何剑搞音乐。2008年,他陪同朋友考察投资项目时,发现激光机械加工领域在株洲是个空白,经过3年多时间充分的准备,2012年,光谷激光成立了。
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  目前,光谷激光主要加工生产地铁、城轨、高铁的电气柜。因为看到了激光在工业领域的市场,今年,光谷激光还打算扩大产能,对设备进行升级改造。
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  辉锐增材:激光应用的尖端企业
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  在激光应用领域,激光加工机械只是最基础的应用之一。在我区,株洲辉锐增材制造技术有限公司(简称“辉锐增材”)则是更高层次、更高水平的激光应用。辉锐增材制造采用的激光熔覆金属粉末快速成型技术,是目前在工业领域最有应用前景、最尖端的一种3D打印技术。该公司的业务主要分成四大部分,分别是激光再制造(包括激光修复、激光表面强化、现场抢修),激光增材制造(包括铺粉式3D打印、送粉式直接成型、混合制造),激光表面处理(包括激光淬火、激光清洗),以及设备与研发(包括专用设备定制、激光设备关键零部件设计生产、材料和工艺研发、控制软件的开发)。3D打印激光熔覆技术可以在无任何环境污染的情况下有效替代传统的电镀工艺或热喷涂工艺,且性能可提高几个等级。另外,针对工业设备、零部件的除锈、除漆及除氧化皮等,该公司的激光清洗技术可以在无任何环境污染的情况下高效替代传统的酸洗或人工打磨工艺。
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  在航空航天、轨道交通、汽车等领域,零件制造和修复面临的主要挑战之一就是要符合严格的安全要求。就修复这一块来说,传统的堆焊等修复方式存在较大的安全隐患,无法满足这些安全要求,而激光熔覆金属粉末快速成型技术有着显著的技术优势,可以直接在原有零部件的裂纹、磨损、腐蚀等部位沉淀致密的金属,辅以适当的机械加工后能完全恢复原来尺寸,性能甚至能够超过原零件。
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  中国激光产业整体情况

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  5个国家级激光技术研发中心,200多家规模企业

  自1961年中科院长春光学精密机械研究所研制出我国第一台红宝石激光器至今,我国激光技术走过了五十多年的快速发展历程。目前,激光产品已在国内占据较大的市场份额,初步具备了在产品质量、性能等方面与国外大公司竞争的实力。

  目前,全国共有5个国家级激光技术研究中心,10多个研究机构;有21个省、市生产和销售激光产品,常年有定型产品生产和销售、并形成一定规模的单位有200多家。国内激光企业主要集中在湖北、北京、江苏、上海和广东(含深圳、珠海特区)等经济发达省市,并已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲四大激光产业群,激光晶体、关键元器件、配套件、激光器、激光系统、应用开发、公共服务平台已形成较完整的激光产业链。
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  中国激光市场结构主要分为激光加工设备、光通信器件与设备、激光测量设备、激光器、激光医疗设备、激光元部件等。中国激光加工设备市场占据激光市场最大市场分额,发展速度最快,未来市场发展空间也最大。
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  产品市场方面,高端激光产品市场主要是由美国、日本、德国等地区的跨国企业占领,而在低端产品市场则主要以国内企业为主。例如国内高功率激光设备市场国内产品市场占比仅在20%左右,而在中小功率激光设备产品在市场占比则达到80%左右。
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  以中小功率激光切割机市场为例,我国中小功率激光切割设备行业尚处于成长初期阶段,国内激光设备制造企业规模普遍较小,年销售收入超过亿元的激光设备制造企业不多,主要市场被大族激光、金运激光、博业激光、开天科技四家企业占领。
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  激光应用前沿领域
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  目前全球激光产业的下游需求,主要集中在激光加工、光通讯、激光测量、激光器、激光元部件、激光医疗等。智能制造不仅是各大制造业的发展方向,也是激光智能化制造的发展方向。未来,先进的激光还能玩出哪些花样?不少企业已经在尝试。
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  互联网+智能激光制造
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  以自动化激光加工为基础,糅合“互联网+”的崭新概念,在激光设备领域深耕18年的大族粤铭集团利用“互联网+智能激光加工”打造柔性材料激光智造系统。该套智能激光智造系统可以做到在激光加工的过程中,导入智能化,做到设备联网,实现从接收订单到生产现场的实时数据跟踪、采集及整合,轻松做到可视化全程监控。目前,大族粤铭集团的整套激光智能生产系统早已在多个国际一线品牌鞋企启用,通过MES系统,可将订单分派到不同工厂、班组、生产线和每个机台,再由OEE管理系统对激光设备加工的时间、效率、良品率进行数据采集,使整个订单的形成到生产的全部流转过程及数据及时汇总反馈到集团看板上,从而实现实时监控。管理者可通过数据分析,进行有针对性的调整及改善,并制定最佳生产方案。同时,企业也可以根据订单的变化实行增加、暂停、插单等变更。
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  机器人+激光制造
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  先进制造领域在智能化、自动化和信息化技术等方面的进步促进了机器人技术与激光技术的融合。因此机器人和激光两种智能制造、先进制造工具已经成为制造业中的标配,两种先进技术的结合将会使两种技术发挥到极致,彻底实现工业实践的现代化。
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  随着高功率光钎激光器的问世,以及工业机器人定位精度的不断提高,利用工业机器人进行激光切割,是当今机器人应用领域和激光切割领域的一大热点。机器人激光切割系统是一个固定的激光发生器和一个机器人运动序列的创新结合,通过将激光束引导装置完全集成在机器人手臂中,这就需要机器人手臂的灵活性和高精度。
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  典型代表有Kuka机器人的3D laser nonmetal cutting三维激光非金属切割,激光束以ROBOTRV6L-CO2二氧化碳激光机器人为中心,在精确机械手的操控下,激光束在工件上移动。当Kuka机器人跟踪工件的轮廓时,激光束工作,达到切削的效果。LASER ROBOT RV6L-CO2二氧化碳激光机器人系统可以实现在车辆内外饰件、车门和车厢内饰,A、B、C柱内饰,仪表盘、顶棚、扶手等非金属材料的切割和打孔。
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  目前,在国内外汽车产业中,激光焊接机器人已成为最先进的制造技术,获得了广泛应用。德国大众汽车、美国通用汽车、日本丰田汽车等汽车装配生产线上,已大量采用激光焊接机器人代替传统的电阻点焊设备,不仅提高了产品质量和档次,而且减轻了汽车车身重量,节约了大量材料,使企业获得很高的经济效益,提高了企业市场竞争能力。
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  激光加工机器人既具有机器人运动灵活,柔性高的特点,又具有激光加工速度快、质量好等优点,很好地满足了现代制造业发展的要求。
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  激光雷达扫描方案 助力自动驾驶研发
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  据外媒报道,Innoviz Technology公司最近宣布发布一款基于微机电系统激光雷达扫描方案——InnovizPro。该产品可利用激光雷达传感器,提升了产品的精度及可靠性。
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  InnovizPro被设计成车用级激光雷达传感器,其所能提供的探测精度极高。该款激光雷达传感器可提升自动驾驶汽车的测试效果,有助于新一代自动驾驶项目研发。
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  该款激光雷达传感器大幅降低了其产品成本,尺寸也小于市面上的同类产品。此外,该款车用级激光雷达传感器符合汽车业内有关产品性能、可靠性、成本、紧凑型设计及产品成熟性的各种要求。
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  该款车用级激光雷达的产品规格如下:最大探测距离为150米,可提供高精度的分辨率,其3D稠密点云(dense 3D point cloud)准确性性高,即使在黑夜中、强光、多变的天气或高速行驶时,该款设备的探测精度依然极高。
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  车用级激光雷达传感器愈发受到车企的欢迎,后者纷纷采用该款设备来研发自动驾驶汽车。
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  激光应用生活领域
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  可定制化个性产品
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  我们常用的键盘大部分是用塑料制成的,但通过激光雕刻工艺刻制一副竹键盘也是可行。激光雕刻技术不仅能雕刻键盘的按键,也可以雕刻计算器,而且还能定制专属个人的字符、独特的竹制品和木制品。
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  运用激光打标技术还能制造专属手机保护壳、专属皮包外形、私人定制U盘、定制布料、毛巾等。

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