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激光装备发展形势观察
2025-06-26 10:16:48

浙江省激光智能装备技术创新中心 第十九届中国国际机床展览会(CIMT2025)于2025年4月21-26日在北京举办,本届展会是史上规模最大的机床展会。浙江省激光智能装备技术创新中心组织了激光高功率加工、微纳加工以及激光器3个研究所6名科研人员参加了本次展会,旨在聚焦激光技术在工业母机领域的创新应用,重点考察具有代表性的亮点展品、前沿技术和系统解决方案,深入分析激光技术与机床装备融合的发展趋势,研判该技术领域的未来发展方向。 

 

 激光工业母机是本届展会瞩目的板块   01       

本次展会以激光技术为主的加工、检测和测量装备颇为亮眼,激光制造位于展会的E3馆,以参展新装备、新技术最多受到各大采购商和观众的瞩目。展会期间,中国机床工具工业协会激光与增材制造分会正式成立,标志着激光制造已成为机床行业的重要组成部分,获得广泛认可。 

GF、德马吉森精机、大族激光、奔腾激光、中科煜宸、中科微精、华工激光、铂力特增材等来自全球的40余家知名企业,展示了在航空航天、数码3C半导体、新能源汽车等领域的高效解决方案及装备,展品涵盖精密微加工、增材制造、表面处理、AI智能数控系统、水导激光及柔性化多工艺集成等方面,激光智能装备正蓬勃发展。 


 激光工业母机突破、复合、智能三大趋势   02       

展会上,以先进激光加工技术为主的新型加工、复合加工装备以及AI+智能控制,成为整个展会的亮点,激光装备展示出突破极限、复合增效、智能集成三大发展趋势:

 突破传统加工极限     

激光以其高能量密度、准直性以及高聚焦能力在精密加工、超硬材料切割以及精密表面处理等加工领域,突破传统刀具无法到达的精度和尺寸。 

在微纳制造领域,超快激光技术广泛应用于高精度加工,如制造微小的电子器件、微机械零件等方面发挥着不可替代的作用。随着对微细加工、复杂结构制造和高端材料处理要求的不断提升,飞秒、皮秒激光因其极短脉宽、极低热影响和卓越加工精度,被越来越多地集成于先进机床与智能制造系统中。

 如原点智能在机床展中展示出Micro3D L570V模具纹理激光加工中心(13522079385),其内部激光器采用飞秒激光器能够实现平面和自由曲面的精密刻蚀,可实现高精度纹理定制加工,可加工硬质合金刀具槽型、微刃结构,解决PCD/CBN刀具开槽及表面微结构难题。 

瑞士的GF公司推出的LASERS500激光加工机床(13501282025),采用飞秒激光能够满足微细加工和3D表面纹理加工需求,能加工碳化硅、氮化硅等硬脆材料,适用于IC封装、晶圆卡盘等高精密场景。 

西安中科微精展出的MicroDril-45P双工位微孔加工设备,制孔范围(mm):Ф0.25mm~Ф2.5mm,在第三代半导体等领域有大量应用。但由于光斑尺寸限制,还不能加工20μm以下微孔,与日本电装能加工到5μm微孔仍存在一定差距。

 在碳化硅、金刚石等超硬脆材料、碳纤维与钛合金等复合材料加工方面,水导激光展现了无损伤、切面好等突出优势,中科煜宸展示了水导激光在超硬合金刀具刃口切割的应用。

展会期间华工激光与瑞士Synova公司签约成立了合资公司(13522079385),是国内龙头企业对水导激光方向的战略布局,水导激光成为精密加工的重要产业方向。 

激光复合加工引领加工方式升级     

激光技术作为现代先进制造技术的典型代表,凭借其高效、高精度的显著优势,已在切割、焊接、熔覆等关键机床装备领域确立了重要地位。

如在激光切割领域,以奔腾激光、大族激光、华工激光为代表的企业展示了集成料库、切割、成型于一体的智能产线,呈现出集成化的发展趋势。

另一方面,高功率加工过去片面追求功率不断提升,转而以激光火焰复合、激光电弧复合等技术融合提高切割、焊接等加工的效能比。 

激光复合传统刀具加工成为展会亮点,如日本大隈OKUMALASER EX系列,将激光加工技术融为一体的超级复合加工中心融合了切削加工,激光成型,淬火和表面处理,集约了从原料到成品的全部工序的工艺。 

基于激光增材-铣磨工艺的增/减材复合制造方法,如 DMG Mori(德玛吉森)公司最新推出了一款LASERTEC 65 3D复合加工机床(15910974236),它集成了激光熔覆技术以及五轴数控加工技术,可实现不锈钢、钛合金、铝合金及镍基合金等材料的复合加工。 

Mazak(马扎克)公司推出了INTEGREX i-400AM多功能机床,集成了两个Ambit激光熔融头,分别负责高速熔融以及高精度熔融。i-400AM以一个五轴多功能加工中心为平台,用户可以利用它对增材制造的部件进行车铣与激光标刻。 融合激光加工与传统加工模式,探索多方式复合加工将成为下一代复合加工工业母机发展的主要趋势。 

激光与AI融合提升机床精度与智能     误差补偿是提高机床加工精度的主要途径之一,通过测量获得机床的空间误差,进而根据误差补偿模型对机床的加工参数进行补偿,以提高其制造加工精度。激光的高精度、高响应速度在刀具磨损、精准定位、直线导轨校准、加工偏差检测等方面有着广泛应用,如德国波龙BLUM激光对刀仪,日本牧野(Makino)机床配置的激光对刀仪,可测量刀具长度、半径、偏摆以及磨损并自动输入系统,供补偿调用。 

基于激光技术的在线、离线方式,测量和校准机床的几何偏差,已成为提高加工精度的重要保证,如雷尼绍多光束激光干涉仪和RMP600 超高精度测头,海德汉的TD 110激光刀具破损检测器等基于激光测量、检测的装备已成为实现机床精密加工的关键方法。 

展会期间华中数控推出“10型智能数控系统”,该系统集成高性能国产总线与AI芯片,实时处理多源传感器数据,赋予机床动态感知与决策能力。数控系统集成AI,实现自动编程、自适应加工技术已然成为发展趋势。

AI大模型的自主学习,需要大量实时数据反馈与经验积累,激光测量的高效、高精度实时数据,与AI技术融合是提升机床精度、实现精度保持的重要途径。 


 技术差距和下一步发展重点   03       

 与全球先进水平的差距   

    从展会可见,中国激光加工装备呈现“应用创新提速、核心技术突破”的双重特征。但与世界制造业大国相比,我国激光在制造业尤其是装备制造业中的应用比例偏低,仅为30%。

而美、日、德激光在装备制造业中的应用比重均超过了40%,其中德国高达46%,高出我国16个百分点,这是造成我国工业结构升级缓慢的原因之一,同时说明我国激光装备产业仍有极大的发展空间。与国外先进水平相比,我国激光制造亟待突破的技术瓶颈有: 

 一   在高速、高功率切割、焊接等领域,国产设备通过动态补偿算法、多轴联动方面已有突破,然而在功率稳定性以及能效比方面存在较大差距;   

 二   微纳加工技术迈入新阶段,飞秒激光时空整形等技术推动钛合金、碳化硅等难加工材料有效率显著提升。但大能量超快光源、精密光学系统、纳米级运动控制系统、实时焦点追踪系统受到国外技术封锁;   

 三   水导激光在超硬材料、复合材料等新材料方面有突出优势,但能量传输光纤、耦合镜头、喷嘴以及高压水系统在高功率、长期稳定性等方面还与国际上存在差距。     


 激光工业母机未来发展方向   

    未来,激光技术将进一步突破加工对象、加工精度等极限,与更广泛的能场复合高效加工、系统不断智能化,中心已围绕未来趋势布局一批项目,重点突破: 精密加工工艺及关键部件   超快激光微纳加工方面,突破大功率超快激光器(>1.5mJ,<50fs,平均功率千瓦级)、超精密光学元件(NA>0.8的物镜)、高精度三维气浮平台、旋切头等关键器件;继续深入研究高速水流稳定性、激光-水束高效耦合、水导喷头等关键技术。   提升高功率加工能效比   研究连续激光高效加工,不追求功率上限的提高,解决光源稳定性、功率衰减,加工头长期可靠性、工艺知识库等一系列问题,提升加工能效比。  

 激光复合/辅助传统加工技术   推动激光与传统车削、研磨等工艺多工艺复合探索,加快布局激光与超声、磁场等多能场复合的新型加工方式。  

 基于AI的智能控制系统   根据激光加工特征开发AI智能控制系统,建立加工参数的数据库,建立加工机理、数字孪生等模型优化加工艺参数,实现工况自感知、工艺自适应、参数自决策、知识自学习,以AI赋能激光装备,提升加工精度稳定性。  

      

结语    

以激光技术为代表的先进制造技术与新一代信息技术的深度融合,将催生新一代智能制造技术。新一代智能制造技术是第四次工业革命的核心驱动力,是实现制造业创新发展的主要技术路径,是制造业高质量发展的核心驱动力。


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