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能源環境新聞

精密激光製造和服務發展前景分析

星之球科技 來源:中國光穀激光行業(ye) 協會(hui) 2012-03-05 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。
激光由於(yu) 其具有很好的單色性、相幹性、方向性和高能量密度等特性,隨著技術的進步,日益廣泛地被應用於(yu) 各類製造服務中,精密激光正不斷地滲透入傳(chuan) 統加工中。傳(chuan) 統的打孔方法在許多場合已不能滿足需求,如在堅硬的碳化鎢合金上加工直徑為(wei) 幾十微米的小孔;在硬而脆的紅、藍寶石上加工幾百微米直徑的深孔等,用常規的機械加工方法無法實現。而激光束的瞬時功率密度高達108W/cm2,可在短時間內(nei) 將材料加熱到熔點或沸點,可以很容易地在上述材料上實現打孔。與(yu) 電子束、電解、電火花和機械打孔相比,激光打孔質量好、重複精度高、通用性強、效率高、成本低及綜合技術經濟效益顯著。激光精密打孔已經達到很高的水平,可以加工直徑從(cong) 20um到80um的微孔,並且其直徑與(yu) 深度之比可達1:80。激光束還可以在脆性材料如陶瓷上加工各種微小的異型孔如盲孔、方孔等,這些都是普通機械加工無法做到的。 #p#分頁標題#e#
精密激光製造是新興(xing) 的加工方法,正在滲透入傳(chuan) 統製造中,逐步替代和突破傳(chuan) 統的製造方法,未來發展空間巨大。激光技術應用是當今全球發展最快、最活躍的高技術產(chan) 業(ye) 之一,在傳(chuan) 統製造領域,如汽車、電子、電器、航空、冶金、機械等製造領域,激光正在替代傳(chuan) 統的機械、化學等加工工藝,實現對金屬和非金屬材料的切割、焊接、表麵處理、鑽孔以及微加工等。與(yu) 此同時,隨著激光加工技術的不斷進步以及工業(ye) 化生產(chan) 的不斷升級,激光加工領域不斷拓寬,作為(wei) 新的應用領域,高科技材料(如單晶矽、不易加工的金屬等)的應用增長迅速,其中的激光應用銷售市場也在快速增長,在工業(ye) 生產(chan) 中應用範圍越來越廣,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。
激光製造比傳(chuan) 統製造的優(you) 勢:

 

社會(hui) 分工越來越細,專(zhuan) 業(ye) 化程度越來越高,是曆史發展的必然趨勢。企業(ye) 競爭(zheng) 優(you) 勢的大小主要是由生產(chan) 要素中最薄弱的要素來決(jue) 定,企業(ye) 要將每個(ge) 要素都做到最好是不現實的,世界上沒有一個(ge) 全能企業(ye) 。現代企業(ye) 專(zhuan) 注於(yu) 把內(nei) 部資源集中在最具核心優(you) 勢項目上,而把非優(you) 勢項目外包,這是提升競爭(zheng) 優(you) 勢的有效路徑。業(ye) 務外包已成為(wei) 當今全球新一輪產(chan) 業(ye) 革命和轉移中不可逆轉的必然趨勢。精密激光製造和服務外包必要性主要體(ti) 現在:
第一、減少浪費性競爭(zheng) 。生產(chan) 精密激光加工產(chan) 品不僅(jin) 要求投入大量的資金用於(yu) 購買(mai) 激光加工設備,同時由於(yu) 應用技術性強還要配備相關(guan) 的專(zhuan) 業(ye) 技術人員。通過將精密激光製造外包,可以節省大量資金和人力投入。
第二、獲得規模經濟。通過協作外包建立大規模專(zhuan) 業(ye) 化分工體(ti) 係,可以從(cong) 規模經濟中獲得經濟效益,使各參與(yu) 分工的單位分享規模經濟帶來的利益。
第三、降低企業(ye) 成本。相對於(yu) 機械、電化等傳(chuan) 統的加工手段,精密激光加工設備價(jia) 值高昂,外包有利於(yu) 提高加工設備的利用率,降低加工成本。大企業(ye) 可以通過生產(chan) 一體(ti) 化來降低生產(chan) 成本,但是分工過細又會(hui) 使一體(ti) 化的成本上升。當大企業(ye) 的市場交易成本小於(yu) 一體(ti) 化成本時,大企業(ye) 往往通過分工協作方式,將部分業(ye) 務外包,通過市場交易來滿足自己所需的服務或中間產(chan) 品,從(cong) 而降低企業(ye) 的總成本。
從(cong) 國外多年應用的實際情況來看,精密激光製造和服務專(zhuan) 業(ye) 化程度和外包比例較高,這是和現代製造業(ye) 社會(hui) 分工專(zhuan) 業(ye) 化、規模化、標準化相吻合,也是市場經濟充分競爭(zheng) 的必然結果。精密激光製造投資大,技術要求高,精密激光製造需求一般通過外包方式來實現,精密激光製造和服務專(zhuan) 業(ye) 化是一種有效的經營模式,由此催生了一批專(zhuan) 業(ye) 從(cong) 事精密激光製造和服務的企業(ye) ,帶來了精密激光製造和服務行業(ye) 的出現和發展。

精密激光製造和服務行業(ye) 的發展趨勢
1、專(zhuan) 業(ye) 化精密激光製造和服務是未來激光行業(ye) 的發展方向
由於(yu) 人們(men) 對器件尺寸的要求越來越小,物理尺寸也越來越小,需要精度更高、加工速度更快、加工尺寸越小的技術出現,激光是最有競爭(zheng) 力的技術之一。諾貝爾物理學獎獲得者Richard Feynman早在50年代末就曾預言,製造技術將沿著從(cong) 大到小的途徑發展,即用大機器製造出小機器,用這種小機器又能製造出更小的機器,並由此在微小尺度領域製造出一代代的批量加工工具。科學技術的革命證實了Feynman的預言。微電子技術的出現就是最有說服力的例子,從(cong) 集成到大規模集成到超大規模集成技術的迅猛發展中,已經顯示出未來的製造技術必將沿著“越來越小”的方向進軍(jun) 。20世紀把電子技術的主要功能高度集成在一起,形成了世紀標誌的高技術產(chan) 業(ye) ,並滲透到人類活動的各個(ge) 領域。21世紀則是多門學科的集成技術,即把微電子、微光學、微機械以及傳(chuan) 感器、執行器的信號處理單元集成在一起的微納製造和微係統技術。微納製造技術與(yu) 功能微係統將成為(wei) 21世紀高新技術與(yu) 產(chan) 業(ye) 的裏程碑,其發展將使人類在認識和改造自然的能力上達到一個(ge) 新的高度,導致人類生活和社會(hui) 物質文明及科學技術的巨大變革。精密加工正是這種需要下發展起來的,精密激光製造和服務是未來製造的發展方向。
2、我國精密激光製造和服務的滲透率還很低,發展空間巨大。
精密激光加工技術屬於(yu) 高精尖技術,需要對光學、材料學、機械、電子自動化等多門學科進行綜合應用。激光加工係統與(yu) 計算機數控技術相結合,成為(wei) 優(you) 質、高效和低成本的加工生產(chan) 手段,對傳(chuan) 統工業(ye) 尤其是裝備製造業(ye) 的改造和技術提升發揮著越來越重要的作用。
目前,我國產(chan) 業(ye) 領域對精密激光應用的認識還比較缺乏,精密激光加工的應用推廣還很不足,精密激光的行業(ye) 滲透率還很低,巨大的應用市場有待開發。根據《fun88官网平台產(chan) 業(ye) 發展的對策和措施》調查,國外已建立有約5000個(ge) 激光加工站,而我國現隻有120個(ge) 左右的激光加工站或加工中心,具有很大的發展潛力。
加工手段升級、世界製造業(ye) 重心向中國轉移以及環境保護是推動我國精密激光加工市場需求快速增長的三大驅動力。在精密激光製造與(yu) 服務業(ye) ,SMT模板製造中激光加工法已替代原有的化學蝕刻法,精密金屬零件、激光成型、HDI鑽孔正由於(yu) 激光技術的應用而在加工方麵取得新的突破。
3、精密激光製造和服務行業(ye) 是個(ge) 新興(xing) 的行業(ye) ,正處於(yu) 成長初期。
精密激光製造和服務行業(ye) 是新興(xing) 的行業(ye) ,精密激光製造和服務行業(ye) 有技術先於(yu) 市場,技術引導市場的特征,隨著激光技術的發展,越來越多的激光製造技術應用於(yu) 傳(chuan) 統製造中,激光製造技術正不斷地替代和突破傳(chuan) 統的製造技術。激光製造和服務正在廣度和深度方麵不斷地滲透到傳(chuan) 統製造中,行業(ye) 發展前景相當廣闊。目前激光製造和服務行業(ye) 正在逐步形成並不斷地發展壯大過程中,經過幾年的積累,目前正處於(yu) 生命周期中的成長初期
與(yu) 此同時,隨著激光加工技術的不斷進步以及工業(ye) 化生產(chan) 的不斷升級,激光加工領域不斷拓寬。精密激光正不斷地替代和突破傳(chuan) 統製造,每替代或突破一項傳(chuan) 統製造方法,都將帶來精密激光應用的發展,隨著越來越多的替代和突破,精密激光製造業(ye) 將呈現跨越式增長,未來發展空間巨大。

 

精密激光製造業(ye) 跨越式發展圖

 

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