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精密激光製造和服務發展前景分析(上)

星之球激光 來源:新特光電2011-11-05 我要評論(0 )   

激光技術是20世紀重大發明之一,近年來,隨著激光技術的日新月異,全球激光產(chan) 業(ye) 發展迅速。2008年,全球激光加工設備製造銷售額達到80億(yi) 歐元,預計到2010年,全球激光加...

      激光技術是20世紀重大發明之一,近年來,隨著激光技術的日新月異,全球激光產(chan) 業(ye) 發展迅速。2008年,全球激光加工設備製造銷售額達到80億(yi) 歐元,預計到2010年,全球激光加工市場平均增長率約為(wei) 13%。美國、日本、德國、英國等國家激光產(chan) 業(ye) 的發展代表了世界激光產(chan) 業(ye) 最高發展水平,它們(men) 在製造業(ye) ,如汽車、電子、航空、航天、生物醫學等領域已基本完成了傳(chuan) 統工藝的更新換代,步入“光加工”時代。

  精密激光製造和服務行業(ye) 作為(wei) 一個(ge) 新興(xing) 行業(ye) ,發展前景廣闊,各國都比較重視。隨著激光加工技術的不斷完善和提高,國際上各類製造業(ye) 逐漸接受了激光加工技術,這樣可使他們(men) 的產(chan) 品增加技術含量,加快產(chan) 品更新換代,發達國家已逐步形成了完善的激光製造和服務產(chan) 業(ye) 群體(ti) 。

  發達國家為(wei) 了在全球競爭(zheng) 環境中占據世界信息技術的製高點,贏得主動權,紛紛加緊實施激光產(chan) 業(ye) 發展計劃,如美國的“激光核聚變計劃”,德國的“光學促進計劃”,英國的“阿維爾計劃”,日本的“激光研究五年計劃”等。這些項目的實施,有效推動了全球激光產(chan) 業(ye) 進入高速發展階段。德國已廣泛地將激光應用於(yu) 汽車、鋼鐵、航天、電子、醫療等各個(ge) 行業(ye) ,激光與(yu) 光學產(chan) 品在全世界銷售額每年以10%到20%的速度增長。

  各國積極出台相關(guan) 政策,建立國家級激光工程中心,廣泛開展激光工程應用研究。德國建立了9個(ge) 國家級激光中心,韓國政府2001年投入7.3億(yi) 美元,在光州建立激光工程研究所,成為(wei) 全球七大激光研究所之一。

  國際知名公司也都將先進的激光技術作為(wei) 研發的重點,並投入巨大資金,力求在技術上掌握全球競爭(zheng) 的主動權。德國Trumpf公司每年投入約7000萬(wan) 美元的研究經費,建立了全球最為(wei) 先進的激光工藝試驗中心,開發的C02激光器最高功率已達20000W。德國IPG公司開發了目前全球最為(wei) 先進的光纖激光器製造技術,技術應用廣泛滲透到重金屬切割、銅焊、熔覆以及焊接等核心領域。

  發達國家在汽車、飛機、微電子、鋼鐵等行業(ye) 已開始大規模地應用激光加工技術,激光。在這些領域的應用達到激光設備銷售額的60%以上。美國是最早將高功率激光器引入汽車工業(ye) 的國家,在激光醫療及激光檢測方麵也占世界首位,德國在激光材料加工設備方麵走在世界前列。

  通用、福特、奔馳、大眾(zhong) 、豐(feng) 田等汽車製造商均在汽車的車身裝配中大量使用焊接工藝,為(wei) 企業(ye) 帶來了巨大的經濟效益。例如,福特汽車公司用5米長的光纖將2kW的Nd:YAG激光傳(chuan) 輸到裝在IR761/125型機器人的焊頭上,用於(yu) 車身裝配,大大提高了焊接效率和效果。波音、空中客車等飛機製造公司廣泛運用激光技術進行焊接、切割、打孔、表麵硬化等。

 

  激光在工業(ye) 生產(chan) 中的應用還包括:大規模集成電路的光刻技術,印刷電路板打孔技術,鍾表零件製造與(yu) 首飾加工等領域。西門子公司在一條流水線上就采用400多台激光設備。

  半導體(ti) 激光器和半導體(ti) 泵浦固體(ti) 激光器以自身所具有的高光電轉換效率、更小的體(ti) 積,以及更優(you) 化的激光模式等優(you) 勢,應用在工業(ye) 激光加工、激光醫療等多個(ge) 領域,成為(wei) 激光加工設備的主導方向。

  激光技術對產(chan) 品投入產(chan) 出比和技術基礎的優(you) 化作用更加明顯,融合在產(chan) 品與(yu) 服務中的技術含量越來越高。激光打標機和彩色打標機,其控製軟件實現了根據不同的顏色要求,控製不同波長的激光,不同工作時間的輸出,提高了激光標記設備的使用範圍。

  激光技術與(yu) 其它學科的融合以及應用領域範圍的不斷擴大,如利用激光對出土文物進行清洗與(yu) 保護,利用水柱導光實現矽片的精密切割,利用激光檢測水果甜度和果肉軟硬程度,實現非金屬材料焊接,以及激光美容技術等。

  激光材料加工是激光技術應用的基礎和支柱產(chan) 業(ye) ,根據國際激光產(chan) 業(ye) 界統計,激光材料加工產(chan) 值占激光加工總產(chan) 值的比例最大,達到26%。2000年,全球範圍內(nei) 以激光為(wei) 主的光電子產(chan) 業(ye) 總產(chan) 值1800億(yi) 美元,科學界預測,到2010年產(chan) 值將達到4500億(yi) 美元,以光電子信息技術為(wei) 主導的信息產(chan) 業(ye) 將形成5萬(wan) 億(yi) 美元的產(chan) 業(ye) 規模,到2015年,光子產(chan) 業(ye) 可能會(hui) 取代傳(chuan) 統電子產(chan) 業(ye) ,光電子技術將繼微電子技術之後再次推動人類科學技術的革命和進步(資料來源:武漢市光電子信息產(chan) 業(ye) 發展主要情況)。
  激光的精密製造與(yu) 服務主要應用於(yu) 精密機械以及電子工業(ye) 中,精密激光製造和服務典型的應用是SMT模板、精密金屬零件、FPC切割、HDI鑽孔及激光打標。

   精密激光切割的一個(ge) 典型應用就是切割印刷電路板PCB中表麵安裝用模板。傳(chuan) 統的 SMT模板加工方法是化學刻蝕法,其致命的缺點就是加工的極限尺寸不得小於(yu) 板厚,並且化學刻蝕法工序繁雜、加工周期長、腐蝕介質汙染環境。采用激光加工,不僅(jin) 可以克服這些缺點,而且能夠對成品模板進行再加工,特別是加工精度及縫隙密度明顯優(you) 於(yu) 化學刻蝕法。

  激光精密焊接方麵,激光焊接熱影響區很窄,焊縫小,尤其可焊高熔點的材料和異種金屬,並且不需要添加材料。利用固體(ti) 激光器進行縫焊和點焊,已有很高的水平。另外,用激光焊接印刷電路的引出線,不需要使用焊劑,並可減少熱衝(chong) 擊,對電路管芯無影響,從(cong) 而保證了集成電路管芯的質量。

 

  激光精密切割與(yu) 傳(chuan) 統切割法相比,激光精密切割有很多優(you) 點,激光能開出狹窄的切口、幾乎沒有切割殘渣、熱影響區小、切割噪聲小,並可以節省15%-30%的材料。由於(yu) 激光對被切割材料幾乎不產(chan) 生機械衝(chong) 力和壓力,故適宜於(yu) 切割玻璃、陶瓷和半導體(ti) 等既硬又脆的材料,加上激光光斑小、切縫窄,所以特別適宜於(yu) 對細小部件作各種精密切割。

  與(yu) 機械、化學、電鑄和借助模具等傳(chuan) 統的製造手段相比,激光製造在材料加工中具有明顯的優(you) 勢。激光具有很好的單色性、相幹性、方向性和高能量密度,其空間控製性和時間控製性很好,對加工對象的材質、形狀、尺寸和加工環境的自由度都很大,因此特別適用於(yu) 自動化加工。

  目前全球已開發出20多種激光加工技術,對於(yu) 精度和結構複雜的產(chan) 品,以及設計變化多、數量少的研發樣品,可以用激光直接量產(chan) 、省去模具使用(模具生產(chan) 周期長、成本高)。激光應用技術已成熟的包括:激光切割、激光成形、激光鑽孔、激光焊接、激光劃線、激光表麵處理等。

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