如今，激光技術(shù)應用行業(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，激光技術(shù)能夠迅速適應多種材料、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，基于激光的高精密、高速度、高柔性化等特點，自動化與激光系統(tǒng)結(jié)合是大勢所趨。在工業(yè)4.0的大趨勢下，這些結(jié)合會越來越緊密，特別是近年來，自動化的切割、焊接產(chǎn)品持續(xù)呈現(xiàn)高速的發(fā)展態(tài)勢，應用領域愈發(fā)廣泛。

       金屬行業(yè)可謂是激光加工最重要的應用市場之一，中國鈑金市場的競爭如今已逐漸轉(zhuǎn)為高品質(zhì)、高技術(shù)含量產(chǎn)品的競爭。鈑金加工行業(yè)為了順應國際市場的發(fā)展潮流，加工技術(shù)的轉(zhuǎn)型勢在必得。包括激光切割、激光焊接、激光打標、激光增材制造等激光加工技術(shù)和工藝將被越來越多地應用于金屬制品和材料的加工中。

       高功率激光加工市場強勢 激光切割獨占鰲頭

       近年來，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，以及在精度、速度和效率等方面的優(yōu)勢，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。在金屬板材切割領域，從微米級的超薄板件到數(shù)十毫米的厚板，都可以進行高效的切割。可以說，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，激光切割機市場在2016 -2020年期間的復合年增長率將達到8.91 %。高功率激光切割設備能以極高的精度加工門類廣泛的材料，無論是鋼材、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雜幾何形狀的產(chǎn)品和部件。

       激光切割設備在金屬加工中的份額始終占據(jù)鰲頭：無論是精準切割熱成形片，抑或是打造車體和車管等具有復雜設計和維度的異型部件。如今，傳統(tǒng)的切割機正被光束品質(zhì)優(yōu)異及自動化程度高的激光切割設備日益取代。

       此外，得益于國內(nèi)光纖激光器、控制系統(tǒng)、加工頭以及激光切割機整機集成在技術(shù)和成本領域的進步，2016年，應用于薄板加工市場的激光切割機數(shù)量基本已經(jīng)翻了一番。這些進展也加快了原本以沖床、剪板機為主體的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝向激光加工的轉(zhuǎn)換。

       另據(jù)一份報告顯示，2016 年，全球高功率激光加工類別的收入占據(jù)所有工業(yè)激光器營收總額的47% 以上。金屬切削是高功率激光加工收入的增長驅(qū)動因素，特別是鈑金切割，2016年共售出超過7,000套相關的激光系統(tǒng)和激光器，占總收入的76%以上。在這一類別中，大量應用于鈑金切割加工的高功率光纖激光器的增長是非常明顯的，因為光纖激光器的銷量增幅與CO2 產(chǎn)品相比高出30%，繼續(xù)占主導地位。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，高功率和高亮度的直接半導體激光器正獲得越來越大的市場份額，因為更多的集成商正在開發(fā)和引入用于釬焊、焊接和切割應用的激光系統(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OPTIPLEX 3015 DDL。這款設備使用新一代激光發(fā)生器，將直接半導體激光技術(shù)(DDL)應用于鈑金切割上。DDL除了在切割薄板時的速度有較大突破外，在中厚板切割應用中，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，設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域突破不止

       伴隨“中國制造2025”及“增材制造推進計劃”的出臺和實施，近幾年來，增材制造(3D打印)在全球迅速升溫，成為行業(yè)焦點之一，該技術(shù)已被廣泛應用于航空航天、汽車、醫(yī)療、金屬、模具等工業(yè)領域，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)通過獲取物體的3D打印模型，從而使具有復雜設計的產(chǎn)品在增材制造的幫助下輕易通過概念化手段，以更高的精度被打造出來。

       不同的技術(shù)可用于實現(xiàn)增材制造，如直寫成型、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)、分層實體制造和粉床法等。據(jù)預測，2016-2026年間，該市場的復合年增長率將達到18-22%。增材制造技術(shù)有望為零部件及成品設計提供更多用武之地。

       這幾年，增材制造無疑是熱門詞兒。而激光增材制造技術(shù)也在多個行業(yè)破繭而出。例如在2016年，我們欣喜地看到，國內(nèi)外的激光增材制造領域已悄然迎來了多項突破性成果，尤其是在金屬加工領域。

       例如，由華中科技大學曾曉雁教授領導的研究團隊完成的“大型金屬零件高效激光選區(qū)熔化增材制造關鍵技術(shù)與裝備”項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。項目實現(xiàn)了大型復雜金屬零件的高效、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，簡稱SLM)是制造工藝的一次重大變革，相對于傳統(tǒng)機加工切削銑，SLM作為一種材料堆積制造方式，可以制造各種復雜形狀，充分發(fā)揮材料的效能比，是未來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、無需工模具，屬于典型的數(shù)字化過程，目前在復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其團隊開發(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，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，為實現(xiàn)高端裝備關鍵零部件高效、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。

       從國外市場看，德國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打印設備配置了四個可實現(xiàn)金屬零件規(guī)模化生產(chǎn)的激光器，可確保數(shù)臺金屬3D打印系統(tǒng)實現(xiàn)同步高效的運行，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。其亮點是把粉末床熔融、直接金屬沉積3D打印，以及金屬板材激光切割技術(shù)融合在一臺機器上，為眾多新應用開辟了疆土。

       另外，通快在2016年開發(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。其亮點在于能夠滿足客戶的各種定制需求，為其個性化生產(chǎn)提供最低成本、最高質(zhì)量且?guī)缀涡螤罡訌碗s、精致的輕便型產(chǎn)品。無論是一次性的、原型的還是小批量的產(chǎn)品，TruPrint 1000 都能夠在制造的同時為您的生活提供無限的創(chuàng)意。

       除了設計靈活、生產(chǎn)周期短、成本低、滿足個性化小批量生產(chǎn)外，未來金屬3D打印的優(yōu)勢還將帶來兩大變革：一是對構(gòu)件材料技術(shù)產(chǎn)生變革性影響：實現(xiàn)高性能新材料的數(shù)字制造;二是對裝備制造技術(shù)產(chǎn)生變革性影響：實現(xiàn)超大超復雜結(jié)構(gòu)的數(shù)字制造。

       另外，國家重點研發(fā)計劃“增材制造與激光制造”重點專項實施周期為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鍵工藝技術(shù)，研制相關重點工藝裝備;突破激光制造中的關鍵技術(shù)，研發(fā)高可靠長壽命激光器核心功能部件、國產(chǎn)先進激光器，研制高端激光制造工藝裝備。

       2016年，本重點專項在增材制造與激光制造2個方向已啟動實施27個項目。其中涉及金屬加工方面的專項包括高性能金屬結(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。