如今，激光技術(shù)應(yīng)用行業(yè)廣泛，尤其在金屬行業(yè), 在“柔性制造”方式被大力推廣的今天，金屬零部件產(chǎn)業(yè)正由大批量生產(chǎn)愈發(fā)向靈活的小批量、多樣化的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型升級(jí)，激光技術(shù)能夠迅速適應(yīng)多種材料、多種形狀和尺寸，特別適用于柔性加工，將在這一變革中發(fā)揮核心作用。同時(shí)，基于激光的高精密、高速度、高柔性化等特點(diǎn)，自動(dòng)化與激光系統(tǒng)結(jié)合是大勢(shì)所趨。在工業(yè)4.0的大趨勢(shì)下，這些結(jié)合會(huì)越來(lái)越緊密，特別是近年來(lái)，自動(dòng)化的切割、焊接產(chǎn)品持續(xù)呈現(xiàn)高速的發(fā)展態(tài)勢(shì)，應(yīng)用領(lǐng)域愈發(fā)廣泛。
金屬行業(yè)可謂是激光加工最重要的應(yīng)用市場(chǎng)之一，中國(guó)鈑金市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)如今已逐漸轉(zhuǎn)為高品質(zhì)、高技術(shù)含量產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)。鈑金加工行業(yè)為了順應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)的發(fā)展潮流，加工技術(shù)的轉(zhuǎn)型勢(shì)在必得。包括激光切割、激光焊接、激光打標(biāo)、激光增材制造等激光加工技術(shù)和工藝將被越來(lái)越多地應(yīng)用于金屬制品和材料的加工中。
高功率激光加工市場(chǎng)強(qiáng)勢(shì) 激光切割獨(dú)占鰲頭
近年來(lái)，激光切割以其高效，高能量密度、非接觸式加工和柔性等特點(diǎn)，以及在精度、速度和效率等方面的優(yōu)勢(shì)，已然成為鈑金切割行業(yè)的理想解決方案。作為一種精密的加工方法，激光切割幾乎可以加工所有的材料，包括薄金屬板的二維切割或三維切割。在金屬板材切割領(lǐng)域，從微米級(jí)的超薄板件到數(shù)十毫米的厚板，都可以進(jìn)行高效的切割。可以說(shuō)，激光切割在鈑金加工業(yè)掀起了一次重要的工藝革命。
據(jù)悉，激光切割機(jī)市場(chǎng)在2016 -2020年期間的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到8.91 ％。高功率激光切割設(shè)備能以極高的精度加工門(mén)類廣泛的材料，無(wú)論是鋼材、鋁材或是塑料等。其多功能性使制造商能夠靈活切割材料并打造出具有復(fù)雜幾何形狀的產(chǎn)品和部件。
激光切割設(shè)備在金屬加工中的份額始終占據(jù)鰲頭：無(wú)論是精準(zhǔn)切割熱成形片，抑或是打造車體和車管等具有復(fù)雜設(shè)計(jì)和維度的異型部件。如今，傳統(tǒng)的切割機(jī)正被光束品質(zhì)優(yōu)異及自動(dòng)化程度高的激光切割設(shè)備日益取代。
此外，得益于國(guó)內(nèi)光纖激光器、控制系統(tǒng)、加工頭以及激光切割機(jī)整機(jī)集成在技術(shù)和成本領(lǐng)域的進(jìn)步，2016年，應(yīng)用于薄板加工市場(chǎng)的激光切割機(jī)數(shù)量基本已經(jīng)翻了一番。這些進(jìn)展也加快了原本以沖床、剪板機(jī)為主體的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝向激光加工的轉(zhuǎn)換。
另?yè)?jù)一份報(bào)告顯示，2016 年，全球高功率激光加工類別的收入占據(jù)所有工業(yè)激光器營(yíng)收總額的47% 以上。金屬切削是高功率激光加工收入的增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)因素，特別是鈑金切割，2016年共售出超過(guò)7,000套相關(guān)的激光系統(tǒng)和激光器，占總收入的76％以上。在這一類別中，大量應(yīng)用于鈑金切割加工的高功率光纖激光器的增長(zhǎng)是非常明顯的，因?yàn)楣饫w激光器的銷量增幅與CO2 產(chǎn)品相比高出30％，繼續(xù)占主導(dǎo)地位。光纖激光器收入在所有高功率激光加工板塊中占據(jù)了近50% 的份額。
同時(shí)，高功率和高亮度的直接半導(dǎo)體激光器正獲得越來(lái)越大的市場(chǎng)份額，因?yàn)楦嗟募缮陶陂_(kāi)發(fā)和引入用于釬焊、焊接和切割應(yīng)用的激光系統(tǒng)。例如，Mazak在2016年下半年研發(fā)出一款革新激光切割理念的4kW激光切割機(jī)OPTIPLEX 3015 DDL。這款設(shè)備使用新一代激光發(fā)生器，將直接半導(dǎo)體激光技術(shù)（DDL）應(yīng)用于鈑金切割上。DDL除了在切割薄板時(shí)的速度有較大突破外，在中厚板切割應(yīng)用中，其品質(zhì)與CO2 激光產(chǎn)品相比甚至已有所超越。而在加工厚板材料時(shí)，設(shè)備加工出的工件表面品質(zhì)和邊緣質(zhì)量要優(yōu)于光纖激光切割。
金屬激光增材制造領(lǐng)域突破不止
伴隨“中國(guó)制造2025”及“增材制造推進(jìn)計(jì)劃”的出臺(tái)和實(shí)施，近幾年來(lái)，增材制造（3D打?。┰谌蜓杆偕郎?，成為行業(yè)焦點(diǎn)之一，該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療、金屬、模具等工業(yè)領(lǐng)域，更成為制造業(yè)向智能化快速轉(zhuǎn)型的核心加工要素。增材制造技術(shù)通過(guò)獲取物體的3D打印模型，從而使具有復(fù)雜設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在增材制造的幫助下輕易通過(guò)概念化手段，以更高的精度被打造出來(lái)。
不同的技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)增材制造，如直寫(xiě)成型、熔融沉積成型、光固化立體造型、電子束熔煉、選擇性熱燒結(jié)（SHS）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、選擇性激光熔化（SLM）、直接金屬激光燒結(jié)、分層實(shí)體制造和粉床法等。據(jù)預(yù)測(cè)，2016-2026年間，該市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到18-22％。增材制造技術(shù)有望為零部件及成品設(shè)計(jì)提供更多用武之地。
這幾年，增材制造無(wú)疑是熱門(mén)詞兒。而激光增材制造技術(shù)也在多個(gè)行業(yè)破繭而出。例如在2016年，我們欣喜地看到，國(guó)內(nèi)外的激光增材制造領(lǐng)域已悄然迎來(lái)了多項(xiàng)突破性成果，尤其是在金屬加工領(lǐng)域。
例如，由華中科技大學(xué)曾曉雁教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)完成的“大型金屬零件高效激光選區(qū)熔化增材制造關(guān)鍵技術(shù)與裝備”項(xiàng)目是目前全球效率和尺寸最大的高精度金屬零件激光3D打印裝備。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜金屬零件的高效、高精成形。首次在SLM裝備中引入雙向鋪粉技術(shù)，成形效率比同類裝備高出20-40%。
激光選區(qū)熔化（Selective laser melting，簡(jiǎn)稱SLM）是制造工藝的一次重大變革，相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)加工切削銑，SLM作為一種材料堆積制造方式，可以制造各種復(fù)雜形狀，充分發(fā)揮材料的效能比，是未來(lái)綠色制造的主要方式之一。此外，作為金屬零件的直接增材制造技術(shù)之一，SLM技術(shù)成形精度高、性能好、無(wú)需工模具，屬于典型的數(shù)字化過(guò)程，目前在復(fù)雜精密金屬零件的成形中具有不可替代性。
其次，浙工大的姚建華教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種 “超音速冷噴涂+激光技術(shù)”的新型3D打印技術(shù)，3D打印與超音速冷噴涂技術(shù)創(chuàng)新融合發(fā)揮出超音速激光沉積技術(shù)結(jié)合冷噴涂和激光熔覆各自的優(yōu)勢(shì)，在很大程度上攻破現(xiàn)有金屬零部件增材制造的技術(shù)瓶頸，為實(shí)現(xiàn)高端裝備關(guān)鍵零部件高效、優(yōu)質(zhì)、低成本及智能化增材制造提供了完整的解決方案。
從國(guó)外市場(chǎng)看，德國(guó)3D打印巨頭EOS研發(fā)了“EOS共享模塊”概念性產(chǎn)品，該模塊體系中的3D打印設(shè)備配置了四個(gè)可實(shí)現(xiàn)金屬零件規(guī)模化生產(chǎn)的激光器，可確保數(shù)臺(tái)金屬3D打印系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步高效的運(yùn)行，將直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）技術(shù)融入工業(yè)生產(chǎn)。而葡萄牙機(jī)床制造商Adira則推出了全球首款大型平鋪激光熔融金屬3D打印機(jī)。其亮點(diǎn)是把粉末床熔融、直接金屬沉積3D打印，以及金屬板材激光切割技術(shù)融合在一臺(tái)機(jī)器上，為眾多新應(yīng)用開(kāi)辟了疆土。
另外，通快在2016年開(kāi)發(fā)出一款基于激光金屬熔化增材制造技術(shù)的3D打印系統(tǒng)TruPrint 1000。其亮點(diǎn)在于能夠滿足客戶的各種定制需求，為其個(gè)性化生產(chǎn)提供最低成本、最高質(zhì)量且?guī)缀涡螤罡訌?fù)雜、精致的輕便型產(chǎn)品。無(wú)論是一次性的、原型的還是小批量的產(chǎn)品，TruPrint 1000 都能夠在制造的同時(shí)為您的生活提供無(wú)限的創(chuàng)意。
除了設(shè)計(jì)靈活、生產(chǎn)周期短、成本低、滿足個(gè)性化小批量生產(chǎn)外，未來(lái)金屬3D打印的優(yōu)勢(shì)還將帶來(lái)兩大變革：一是對(duì)構(gòu)件材料技術(shù)產(chǎn)生變革性影響：實(shí)現(xiàn)高性能新材料的數(shù)字制造;二是對(duì)裝備制造技術(shù)產(chǎn)生變革性影響：實(shí)現(xiàn)超大超復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)字制造。
另外，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“增材制造與激光制造”重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施周期為5年(2016-2020年)，主要工作為突破增材制造與激光制造的基礎(chǔ)理論，取得原創(chuàng)性技術(shù)成果，超前部署研發(fā)下一代技術(shù);攻克增材制造的核心元器件和關(guān)鍵工藝技術(shù)，研制相關(guān)重點(diǎn)工藝裝備;突破激光制造中的關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)高可靠長(zhǎng)壽命激光器核心功能部件、國(guó)產(chǎn)先進(jìn)激光器，研制高端激光制造工藝裝備。
2016年，本重點(diǎn)專項(xiàng)在增材制造與激光制造2個(gè)方向已啟動(dòng)實(shí)施27個(gè)項(xiàng)目。其中涉及金屬加工方面的專項(xiàng)包括高性能金屬結(jié)構(gòu)件激光增材制造控形控性研究、高性能大型金屬結(jié)構(gòu)件激光同步送粉增材制造工藝與裝備、高穩(wěn)定性粉末床激光選區(qū)熔化增材制造工藝與裝備、大尺寸鑄造砂型高效增材制造裝備與工藝研究等。
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