盡管全球的新冠肺炎疫情仍舊沒有緩和趨勢，但激光加工行業(ye) 似乎成功抵禦了疫情帶來的衝(chong) 擊和影響。據Optech Consulting谘詢公司的分析報告顯示，與(yu) 2019年相比，2020年全球工業(ye) 激光源市場增長2%達到43億(yi) 美元，並預計2021年全球激光加工係統市場將增加12%，達到195億(yi) 美元。

另據德國Spectaris行業(ye) 協會(hui) 統計，2020年德國約有1000家公司在光子學領域創造了406億(yi) 歐元的銷售額，這比2019年增加了0.1%。該協會(hui) 還預計2021年德國光子學市場將增長9.4%，出口也有望增長16%。

■Fraunhofer Cluster of Excellence Caps正在開發千瓦級超短脈衝(chong) 激光器，用於(yu) 精確、可擴展和數字可控的材料加工

事實證明，光子學是歐洲作為(wei) 高科技基地的一項關(guan) 鍵技術。通過多年的研發投資，德國經濟已經取得了領先地位。超短脈衝(chong) 激光器可以將加工精度提升至亞(ya) 微米級別，由於(yu) 非線性相互作用，它們(men) 還可以加工最硬的材料。目前，Fraunhofer Cluster of Excellence Caps正在開發千瓦級超短脈衝(chong) 激光器。

弗勞恩霍夫激光技術研究所負責人Constantin Häfner教授對此表示，在“光子世紀”保持這一地位是政治、商業(ye) 和科學最重要的任務。同時他還指出，具備光子學專(zhuan) 業(ye) 背景的年輕人對行業(ye) 發展很重要。德國必須繼續在這一領域進行有針對性的投資。

■弗勞恩霍夫激光技術研究所負責人Constantin Häfner教授

作為(wei) 一種非接觸式和無磨損工具，激光束具備了多種形式。氣體(ti) 、光纖或半導體(ti) 激光器已經在汽車製造、半導體(ti) 工業(ye) 和測量技術等應用中確立了地位。同時，隨著超短脈衝(chong) 激光器的廣泛使用，激光材料加工質量也將進一步提升。

超短脈衝(chong) 激光器憑借亞(ya) 微米級的加工精度，並且由於(yu) 非線性相互作用，還可以加工硬質材料。這使得它們(men) 在材料加工方麵具有多功能性，因此也成為(wei) 數字光子生產(chan) 的終極工具。然而，超短脈衝(chong) 激光器仍然缺乏用於(yu) 高吞吐量應用所需的平均功率和工業(ye) 魯棒性。

作為(wei) Fraunhofer Excellence Cluster Advanced Photon Sources Caps的一部分，項目組開發的超短脈衝(chong) 激光器克服了這一技術瓶頸，平均功率達到10kW。憑借這些世界紀錄的成就，在不久的將來也會(hui) 有大規模的行業(ye) 應用。目前，新型超短脈衝(chong) 激光器在耶拿和亞(ya) 琛的兩(liang) 個(ge) 應用實驗室進行著大量的應用測試。

Häfner教授談到，現代生產(chan) 需要靈活性和敏捷性，因此更多的關(guan) 注是過程而非僅(jin) 僅(jin) 是產(chan) 品。數字光子生產(chan) 是行業(ye) 發展的推動者，它彌合了虛擬開發環境和實際生產(chan) 之間的差距。現在，越來越多的研究將有效利用機器學習(xi) 和人工智能，以加速流程適應和縮短上市時間。未來，流程必須更快地適應成本、監管或可持續性驅動因素。未來的競爭(zheng) 優(you) 勢將是在生產(chan) 環境中有效地使用數字數據。數字化是激光技術發展的必然趨勢。

通過雲(yun) 自動控製100台激光器

此前，亞(ya) 琛工業(ye) 大學與(yu) 弗勞恩霍夫激光技術研究所合作建立了一個(ge) 數據中心，用於(yu) 控製和監測激光加工過程。這個(ge) 概念基於(yu) 一個(ge) 控製激光係統的項目，該項目由弗勞恩霍夫激光技術研究所開發並使用了開源軟件Kubernetes。相應的係統已經成功運行了兩(liang) 年，可以在幾分鍾內(nei) 自動遠程安裝新激光器的軟件。

超短脈衝(chong) 激光器是一個(ge) 複雜的係統，幾乎可以以微米精度加工任何材料。設備上的許多傳(chuan) 感器控製機器和激光加工過程。控製組件和從(cong) 傳(chuan) 感器讀取數據的軟件非常多樣化。

■Kubernetes軟件用於(yu) 控製多個(ge) 超短脈衝(chong) 激光係統。研究人員目前正在研究測量數據的自動評估

Moritz Kröger是亞(ya) 琛工業(ye) 大學激光技術主席的研究助理，也是弗勞恩霍夫激光技術研究所的聯合主席。他表示，對於(yu) 控製50-100個(ge) 激光器，從(cong) 為(wei) 這些係統安裝新軟件且實時評估傳(chuan) 感器數據的角度來看，傳(chuan) 統概念是不夠的。所以，完全重新編程機器控製是必須的，開源軟件提供了更多的分布式係統兼容性和開發選項。

■生產(chan) 互聯網中可以使用Kubernetes控製可自由擴展的生產(chan) 係統

數據中心運行的核心是Kubernetes。作為(wei) 一種開源軟件，Kubernetes可以在分布式計算機係統上自動安裝、擴展和維護應用程序。軟件最初由Google公司設計，並得到Microsoft Azure、IBM Cloud、Red Hat OpenShift、Amazon EKS、Google Kubernetes Engine和Oracle OCI等領先雲(yun) 平台的支持。

目前兩(liang) 個(ge) 研究機構正在研究測量數據的自動評估，目標是把來自多係統的數據匯集在一起，並以圖形方式為(wei) 用戶進行處理。未來，激光係統的加工過程將通過機器學習(xi) ，並借助人工智能領域的數據得到優(you) 化。