激光微納加工作為一種融合多學(xué)科、覆蓋多領(lǐng)域的技術(shù)，可以滿(mǎn)足大尺寸、高精度和高效率的加工需求，將成為未來(lái)激光加工發(fā)展的重要方向。

相對(duì)于常規(guī)的機(jī)械精細(xì)加工，激光微納加工技術(shù)更精密、更準(zhǔn)確、更迅速，涉及到了微觀尺度下的焊接、切割、打標(biāo)、打孔，熱處理、成型等多種加工工藝。隨著超短脈沖激光器趨向更為成熟的工業(yè)應(yīng)用，超短脈沖激光微納加工技術(shù)將開(kāi)拓更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，成為諸多行業(yè)不可或缺的利器。

“超快激光”，是指輸出激光的脈沖寬度在10^-12s即皮秒級(jí)別，或小于皮秒級(jí)別的脈沖激光。想象一下，光在如此短的時(shí)間，能跑多遠(yuǎn)？假設(shè)地球上有個(gè)人將激光筆對(duì)著月亮，大概1.3秒后，激光就會(huì)達(dá)到月球表面。當(dāng)然得理想化一點(diǎn)，光沒(méi)有散射或損耗。而對(duì)于1皮秒的時(shí)間，光也就只能走頭發(fā)絲打個(gè)結(jié)的距離了。

當(dāng)下激光正處在發(fā)展的“黃金年代”，工業(yè)激光領(lǐng)域增長(zhǎng)的核心驅(qū)動(dòng)力在于激光工藝對(duì)傳統(tǒng)工藝的不斷滲透和替代，由于工業(yè)市場(chǎng)對(duì)激光裝備需求增長(zhǎng)，又反向推動(dòng)了激光工藝和技術(shù)進(jìn)步，向高功率的宏加工和精密微納加工兩個(gè)方向前進(jìn)的步伐明顯加快。

加工材料

脆性材料

伴隨3C、5G相關(guān)行業(yè)中，玻璃、陶瓷等材料向“更硬”“更脆”的方向變化，激光微納加工已經(jīng)替代傳統(tǒng)加工方式，實(shí)現(xiàn)激光切割、打孔、焊接、標(biāo)記、微納結(jié)構(gòu)和去除五項(xiàng)全激光的加工工藝，達(dá)到加工效率和效果雙提升。

柔性材料

針對(duì)這種材料，大尺寸、高精度的激光微納加工已成為不可或缺、甚至是唯一可行的加工工具，實(shí)現(xiàn)激光切割、鉆孔、剝離、標(biāo)記、退火和去除的全激光加工工藝，未來(lái)加工要求更高，微納加工將不斷優(yōu)化。

前沿技術(shù)

激光微納加工對(duì)于市場(chǎng)需求以及工業(yè)激光領(lǐng)域的增長(zhǎng)有其必要性和發(fā)展上升性，但加工現(xiàn)狀面臨著三個(gè)矛盾：加工尺度與加工精度之間的矛盾、加工效率與加工效果之間的矛盾、設(shè)備成本與售價(jià)之間的矛盾

解決方法

行業(yè)內(nèi)正在積極探索解決上述矛盾的方法，多角度尋求解決方案：

· 利用高功率超快激光器加工：降低單瓦價(jià)格，提高加工效率，放眼未來(lái)三年內(nèi)，千瓦級(jí)激光器將成為市場(chǎng)選擇，逐步應(yīng)用。

· 運(yùn)用超高速激光掃描技術(shù)：從10米/秒提升至200米/秒的掃描加工速度，充分發(fā)揮高功率超快激光器的作用，提高加工效率。

· 運(yùn)用激光的時(shí)空調(diào)控技術(shù)：通過(guò)可定制的激光束讓高效率的冷加工成為可能，持續(xù)開(kāi)發(fā)更高點(diǎn)數(shù)的并行加工技術(shù)，并加速批量應(yīng)用。

· 運(yùn)用光機(jī)電協(xié)同控制技術(shù)：通過(guò)振鏡和直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及精確到單位脈沖級(jí)別的光機(jī)電協(xié)同控制技術(shù)，滿(mǎn)足大幅面、高精度、高動(dòng)態(tài)的加工需求。

· 運(yùn)用超快激光的光纖傳輸技術(shù)：百瓦級(jí)單模光子晶體光纖可極大提升微納加工設(shè)備的易用性，未來(lái)還需提升功率和可承受的脈沖能量。

· 運(yùn)用加工過(guò)程監(jiān)控技術(shù)：精確控制加工過(guò)程的檢測(cè)技術(shù)已應(yīng)用于特定場(chǎng)景，要提高加工的一致性和可靠性，未來(lái)還需檢測(cè)參數(shù)多樣化。

行業(yè)應(yīng)用

3C

手機(jī)由移動(dòng)終端向智能終端轉(zhuǎn)移意味著手機(jī)功能性要求提高，手機(jī)模塊高度集成化、輕薄化成為趨勢(shì)；這種趨勢(shì)帶來(lái)的新材料和高精度需求使激光微納加工優(yōu)勢(shì)顯著。

顯示面板

該行業(yè)市場(chǎng)上，全面屏、8k高分辨屏、弧面和折疊屏的需求與日俱增，面板向高密度顯示、柔性化材料發(fā)展，大尺寸和高精度的加工需求亟待滿(mǎn)足，而激光微納加工能力已在OLED柔性屏切割、激光修復(fù)等方面得到市場(chǎng)驗(yàn)證。

5G通訊

無(wú)線射頻層向著小型化、輕量化、高集成化發(fā)展，信號(hào)傳輸層高頻低損材料的應(yīng)用使微納激光應(yīng)用滲透急劇加速。

汽車(chē)

除了傳統(tǒng)切割、焊接等工藝應(yīng)用，5G車(chē)聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景下，電子顯示、傳感技術(shù)和節(jié)能技術(shù)都將運(yùn)用微納加工。

新能源

激光微納加工在極耳切割、隔離膜切割等加工制程中發(fā)揮強(qiáng)大作用，滿(mǎn)足提升電池能量密度和加工精度的要求。

航天航空

目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴、渦輪葉片氣膜孔的加工廣泛應(yīng)用到微納加工，未來(lái)飛行器輕質(zhì)化要求采用的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，將進(jìn)一步促進(jìn)微納加工技術(shù)的應(yīng)用。

醫(yī)療領(lǐng)域

飛秒激光視力矯正，也是大家比較熟悉的激光應(yīng)用之一。在眾多的近視矯正術(shù)中，全飛秒激光手術(shù)已經(jīng)成為主流治療近視眼的方法，與傳統(tǒng)的準(zhǔn)分子激光手術(shù)相比，全飛秒激光手術(shù)具有手術(shù)準(zhǔn)確度高、無(wú)明顯疼痛感、術(shù)后視覺(jué)效果好等優(yōu)勢(shì)。由于心臟支架壁管極薄，通常采用激光加工代替常規(guī)的機(jī)械切割。但是，使用普通激光通過(guò)燒蝕融化來(lái)加工，這樣加工的心臟支架存在毛刺多、切槽寬度不統(tǒng)一、表面燒蝕嚴(yán)重、筋寬不均勻等一系列問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)外企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始采用飛秒激光進(jìn)行支架切割。

國(guó)內(nèi)超快激光器的發(fā)展情況

超快激光在工業(yè)應(yīng)用的歷史不長(zhǎng)，是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家重點(diǎn)布局的激光應(yīng)用熱點(diǎn)。初期，超快激光市場(chǎng)基本被國(guó)外公司主導(dǎo)，占據(jù)大部分市場(chǎng)份額。但我國(guó)政府、科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)對(duì)超快激光非常重視，政策傾斜及企業(yè)加大投入攻克難點(diǎn)技術(shù)，不斷追趕國(guó)際先進(jìn)水平。清華大學(xué)、中科院物理所／光機(jī)所、華中科技大學(xué)等高校均在大力推進(jìn)超快激光科研；以大族、華日、安揚(yáng)、貝林、卓鐳、凱普林等為代表的國(guó)內(nèi)激光企業(yè)也在大力推進(jìn)超快激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。皮秒、飛秒超快激光器國(guó)產(chǎn)化將推動(dòng)國(guó)內(nèi)應(yīng)用商的使用成本降低至少30％－40％。近幾年，國(guó)內(nèi)激光器廠商紛紛推出自己的皮秒飛秒激光器，平均功率從低功率發(fā)展至中高功率。依靠絕對(duì)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了很大一部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額，使得國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手倍感壓力。

由于行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，處于產(chǎn)業(yè)鏈上游的激光器廠商也被迫走低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)策略。這和當(dāng)前實(shí)體經(jīng)濟(jì)環(huán)境不景氣有很大關(guān)聯(lián)。另一方面，超快激光應(yīng)用仍然處于發(fā)展初期，除了少數(shù)幾個(gè)領(lǐng)域有規(guī)模性的應(yīng)用，更迫切的仍是尋求新的突破口。技術(shù)上，國(guó)內(nèi)激光器廠商仍需要不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性，縮小與國(guó)外產(chǎn)品的差距。還是老生常談的那句，前途是光明的，道路是坎坷的。