對激光切割技術在國內外發(fā)展現狀的研究

王新明+孫有亮+陳立偉+張海東

摘 要：20世紀有四項重大的發(fā)明：半導體、計算機數控、以原子為中心的能量技術和激光技術。激光切割技術是在激光技術中發(fā)展最廣最快的，它大大的改造創(chuàng)新了傳統(tǒng)的機械制造行業(yè)，提供了新的發(fā)展機遇和前景。目前已經大量的在許多行業(yè)中應用，比如醫(yī)療、航天、通信、軍事等科研行業(yè)。

關鍵詞：激光；加工；切割

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.16.096

1 我國激光技術的發(fā)展現狀

目前我國的激光技術基本構成了以華中平原、長三角、渤海、珠三角為主要發(fā)展地域的局面，激光發(fā)展比較好的企業(yè)主要位于北上廣和湖北、江蘇等地。

1994年湖南大學制造出我國首臺可以折疊和封離的激光器，售價只為進口激光器的二分之一，可以實現切割與焊接雙重功能，當時立即申請了國家專利。2003年可以加工管材的激光設備被中科院與物理研究所研制成功，這表明了我國的制造業(yè)技術達到了國際發(fā)展水品。從此我國的石油生產不再是只能依靠進口設備的情況。同年濟南鑄鍛廠生產出一臺雙邊雙工作臺可交換的激光機床，它具有精密的切割性能，型號為LC2-18。多個氣壓缸上升和下降的同步以及兩邊驅動軸電極的同步問題通過此機床的研制成功得以解決。2004年，更加精密的激光切割機在華中科技成功生產。現如今激光生產技術得到了快速發(fā)展。到去年為止，我國激光技術產業(yè)的經濟效益已經達到800億。主要有切割分離、標記和焊接生產的激光加工裝備生產，還有重工業(yè)和輕工業(yè)、電子、軍事、醫(yī)藥等行業(yè)。

最近幾年，激光加工技術迅速的發(fā)展涉及了科學研究和加工生產的各個行業(yè)，如各種材料的加工、汽車和飛機的制造、能源和醫(yī)療器械等各行各業(yè)中都有激光技術的應用。它作為新世紀的一項重要科學研究項目，給不同的行業(yè)指出了新的發(fā)展和創(chuàng)新方向。在對激光技術的發(fā)現初期，我國和國際上其他各國的水平差距是很小的，20世紀70年代末期就開始從其他國家引入激光設備在生產制造和醫(yī)院中使用。隨后十年里，激光又慢慢在材料生產中使用?！笆晃濉蹦嵌螘r間里，我國的中國科學研究院等先進機構在激光技術的研究中取得了很大的成就。

由于激光切割技術使用成本少，加工效率好，并且在加工生產中基本不會造成環(huán)境污染，所以在世界上很多國家都已經把這項技術作為主要的加工生產方式和研究方向。自從改革開放到今天的幾十年時間中，我國在國際上的制造業(yè)地位越來越重要，許多不同規(guī)模大小的工業(yè)企業(yè)都已經開始引進和研究使用激光加工技術，激光技術生產取代傳統(tǒng)模式這是必然的方向。

這幾十年的發(fā)展進程中，雖然我國激光技術進展迅猛，可是仍然存在很多客觀的問題。目前我國的激光技術水平與發(fā)達國家相比處于中下等水平，生產技術和加工質量水平高的加工企業(yè)屈指可數。無論是激光技術的研制開發(fā)還是生產加工機器方面都和先進國家有一定的差距，在我國的各種生產領域先進的設備幾乎全部是從國外引進。雖然目前我國激光技術水平不高，但是除了工業(yè)生產企業(yè)之外還有很多科學研究機構和大學院校也加入了對激光技術的研究，研究力度和規(guī)模在日益壯大。同時激光產品也在多樣化，生產技術智能化，應該在不久的未來，我國的激光技術會得到突破性的發(fā)展。

2 國外激光技術的發(fā)展現狀

在世界上其它發(fā)達國家，激光生產加工的進展更加迅猛，國家對激光技術的研究都相當重視。這項技術改變了傳統(tǒng)制造行業(yè)，采用了全新的切割和焊接、打孔劃線以及熱處理等工藝方法。以切割為主的二氧化碳切割技術中激光切割占到七成，焊接和熱處理占兩成和一成。發(fā)達國家有75%左右的激光技術都采用二氧化碳激光器，我國的激光切割占到激光技術的1/10，包含了90%以上采用二氧化碳激光器。因為發(fā)達國家激光技術的研究發(fā)展迅速和本身的生產加工行業(yè)水平比較高，所以這些國家早在20世紀80年代就開始研究各種方法研究激光技術。比如美國、日本和歐洲等發(fā)達國家中，本身的生產制造業(yè)水平已經達到了一定高度，并且科研水平高，在這種條件和基礎上對激光技術進行研究和發(fā)展必定會事半功倍，所以幾年的時間后，在這些國家中的汽車、輪船、飛機、電子和醫(yī)療等領域中就廣泛的采用了先進的激光技術。這些國家也形成了一套激光技術制造應用的標準，這樣就可以更方便合理的在適當的領域內采用合理范圍的激光。在當今時代，發(fā)達國家早已開始研制大功率激光器，因為激光設備的加工效率主要取決于激光器的功率值，在現代生產行業(yè)迅猛發(fā)展的前提下，除了可以做和做得好之外還必須要做的快。所以發(fā)達國家在各種現代化生產行業(yè)和建筑、科研及軍事行業(yè)都大大采用大功率激光設備和技術，使傳統(tǒng)的加工制造業(yè)向先進快速的激光制造業(yè)的方向發(fā)展。

有很多國家，尤其是發(fā)達國家中各行各業(yè)都已經開始采用激光技術，因為這樣增加了技術含量，并且生產效率高，同時新產品研發(fā)的頻率也提高了。對于當今時代發(fā)展最繁榮的服務行業(yè)和精密制造業(yè)也廣泛采用激光技術，并且在發(fā)達國家中已經形成了一套完備成熟的標準。當今世界競爭激烈，發(fā)達國家都想在競爭中占領主導地位，對于新生的激光產業(yè)中更是如此。美國已經對核聚變開始進行激光研究，德國開展的名為阿維爾激光研究計劃，日本已經做好五年內激光研究工作目標。發(fā)達國家和其他一些發(fā)展中國家都在各個領域中廣泛的應用激光技術，不但促進了激光研究的快速發(fā)展，而且大大提高了產業(yè)效率，激光產品在全球每年的銷售數量都在以百分之十五的速度增加。

激光技術除了應用在常規(guī)的生產行業(yè)中，還廣泛被用于很多的精密制造業(yè)中。在激光加工設備中有一種體積小、激光模式優(yōu)良并且具有很高的光電轉換功能的激光器被稱為半導體激光器，激光技術被廣泛應用在工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)中。激光打標機利用激光波長的長短輸出來達到打出不同的顏色從而進行標記。在地下挖出的文物利用激光技術進行清掃和保護，利用激光技術進行各種材質零件的焊接和切割，利用激光進行水果檢測以獲知其果肉的品質和甜度。總之激光被融合在各種科學研究領域和服務行業(yè)中。

3 激光切割未來發(fā)展方向

（1）結合激光器功率的大幅提高以及微機32位和64位系統(tǒng)的適用，對激光切割設備加大研究使加工速度更加快，加工精度更加精確。

（2）利用激光束進行的切割方式由輕工業(yè)向重工業(yè)方向調整，最初的激光加工只適合對比較薄的板材和小尺寸零件進行切割，對于比較厚的和尺寸大的工件很難進行切割，在這一方面隨著激光束功率的不斷增強的研究已經有所改善。

（3）機械加工生產中大多數零件并不是平面二維圖形，而是三維立體工件，這樣的零件加工簡單的切割機無法做到。為了加工生產各行各業(yè)需要的立體零件，需要把數控激光切割機提高到五軸或六軸，這樣才可以在三維空間中靈活運行，才可以加工出復雜的零件，發(fā)達國家已經做到了九軸聯動的激光切割設備?，F在和未來，快速、精密、效率高、功能強和良好的適用性是激光切割機發(fā)展的目標和方向。

（4）無人自動加工的機器人化生產。在今天科技快速發(fā)展的情況下，各個生產行業(yè)向著全自動生產的機器人方向發(fā)展，激光切割技術也是一樣，這樣的生產不僅可以提高效率，而且還大大的節(jié)省了人力和其他各項資源。要做到全自動，必須要結合微機控制技術、網絡信息傳遞技術、自動化智能技術和計算機輔助生產技術研究自動化生產。國外在這方面已經做得很好，甚至可以通過多臺全自動激光切割設備組成一條機器人化的生產線。

（5）激光性數控切割機設備的利用率不斷得到優(yōu)化，縮小激光器的體積，增大激光器的功率，為此創(chuàng)造了有利條件。由于生產技術能力逐漸提高和完善，激光器的輔助性裝置也進行了很多的改進。再加上激光焊接和表面淬火等生產加工方式同激光切割技術的配合應用，使得一體化數控激光切割機充分發(fā)揮各項能力，利用率不斷得到優(yōu)化和提升。

參考文獻

[1]楊紅俊.激光切割實時監(jiān)測技術研究[D].武漢：華中科技大學，2002.

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