2020年8月20日-21日，中國增材制造產業發展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國增材制造產業年會在安徽蕪湖市舉行，此次年會由工業和信息化部裝備工業發展中心、安徽省經濟和信息化廳、蕪湖市人民政府指導，中國增材制造產業聯盟主辦，繁昌縣人民政府協辦，南極熊作為支持媒體對本次會議進行了直播。
△中國光協激光應用分會秘書長 張建敏
在“中國增材制造產業發展蕪湖（繁昌）高峰論壇”上，中國光協激光應用分會秘書長張建敏發表主題演講，題目是《激光制造應用現狀及趨勢》，以下是本場演講的現場速記，經大會組委會授權發布。
張建敏（中國光協激光應用分會秘書長）：
尊敬的各位專家、朋友下午好！
下面我跟大家匯報一下個人對激光制造應用現狀趨勢的幾點粗淺的看法。分三個部分，分引言、現狀和趨勢展望。
一、引言部分
我首先介紹一下中國光協激光應用分會。激光應用分會是中國光協下面的分會，去年11月26日正式掛牌，是由從事激光技術研發、生產、應用、投資、檢測認證、咨詢、教育、培訓的有關單位、個人自愿發起成立的全國性非營利組織。目的就是為了能夠引導激光產業的良性發展，為有關單位及科研人員提供產學研合作平臺，為我國科技產業發展貢獻力量。應用分會發起的單位包括大族激光、中電科十一所、中科院半導體所、中國久遠、清華精儀系、北工大激光院、武漢銳科、長光華芯、濟南邦德激光、浙大光電院 、福晶科技、華光光電等單位，這里面有研究所、有高校和企業。首任理事長是高云鵬先生。照片中右邊這位是中國光協的理事長應明炯先生，左邊是應用分會的理事長高云鵬先生。
我來自中國久遠公司。中國久遠是中國工程物理研究院的直屬獨資企業，是中國工程物理研究院高新技術裝備的主要研制生產基地和對外窗口。今天可以跟在座的報告的典型產品是“低空衛士”系列產品：最左邊是2014年新華網發布的系統照片，中間第二張是在九三閱兵中在天安門附近執勤的樓頂分布式系統，右邊是我們去年年初在阿布扎比防務展參展的車載激光系統，這些都是針對肇事無人機處置的裝備。圍繞安防裝備應用，中國久遠依托中物院的技術也在布局從激光材料到激光器的系列產業平臺。
激光自1960年發明以后就成為了我們人類認識世界和改造世界的重要工具，跟多個學科結合，已經極大的改變和重構了科學教育、生產制造、信息通訊、醫療診斷和國防等各個領域，應用極其廣泛。例如我們今天現在用的信息系統、包括4G、5G，主要的數據交換都通過光通信，都依靠以半導體激光芯片為支撐。
在激光的多種應用中，激光制造應用是產業規模最大的激光應用領域。
二、現狀部分
2018至、2019年工程院組織了一個我國激光技術2035戰略發展研究，其中里面有個激光制造課題。課題組與國內多個單位一起分析梳理，可以確認在我國現在激光制造領域大概有十幾個應用，最終歸結到以下5個方面：
第一，是去除和連接。這里面包括激光打標、激光切割、激光打孔和激光焊接。這幾個大家看圖都有相似性，作為一類。
激光切割大家現在可以經常看到的應用。目前各種各樣的材料是都已經可以通過激光切割來實現，從鋼板、不銹鋼、鋁合金、硬質合金等金屬和玻璃、陶瓷、塑料等非金屬性材料，當然這里用的是各種各樣的不同激光器，包括二氧化碳激光器、固體激光器、光纖激光器，也有不同的波長、頻率和體制。
激光焊接具有精度高、通用性強、效率高等優點，并可以和現有焊接技術復合使用。在不同的金屬材料之間，金屬材料和非金屬材料之間，采用不同波長的激光器可以對不同的材料進行有效的焊接。激光焊接在汽車行業應用比較多，覆蓋動力總成與傳動系統焊接部件，包含渦輪增壓器，飛輪，齒輪，撥叉。
激光打孔。在航空發動機方面，我國一直不強，人稱有“心臟病”。重要原因是里面葉片葉片長期承受高溫大氣流長時間沖擊，要求每個葉片數十數百孔，打孔精度要求很高，表面光滑度要求葉很高，因為對流場的不合理擾動會極大影響燃燒的效率。目前的措施是通過超快激光來進行冷加工，超快激光打孔的表面會很干凈。在發動機研制中發揮了重要作用。
激光打標。大家可能沒意識到，但實際打標的應用量極大。我們可以看到所有的產品都有二維碼或條形碼等標記，都是通過激光打標打出來的。這里面是常用的脈沖激光，而不是制造里面常用的連續激光。
綜合應用。在手機制造中，從切割、打孔各種不一樣的手段都在綜合應用，這里面涉及到玻璃、寶石、陶瓷、半導體硅片等多種材料，所以一個新手機上線通常伴隨著一大批激光裝備在生產線上進行重構。特別現在華為折疊手機里面有70%以上的加工和制造環節都通過激光工藝。
第二是激光表面工程，包括激光沖擊強化、激光淬火、激光熔覆，還有最近這些年新發展起來的激光清洗和激光毛化。這些都是對界面的激光處理。像風力發動機的軸承，都需要通過淬火強化來提高壽命。
第三是增材制造。大家都是這領域專家，我不班門弄斧，不展開了。就是利用數字模型、數字數據，運用粉末、絲狀金屬或者是非金屬等可熔合或粘合材料，通過逐層堆疊的方式來構造物體。這里面不同的是材料，可能需要不同的激光來加工。按我的認知，未來的系統可能要同時用多種波長的激光器來進行復合加工。因為產品系統既是結構還要承力，還要包含各種功能的多種要素，不太可能都僅有一種材料組成。
第四，激光修復和再制造。實際上和3D打印是非常相近的。只是對已經用了一段時間的設備通過3D打印這種方式進行維修，來讓它煥發青春。有消息指美國軍方已經圍繞戰場搶修研發了一些再制造的移動零件醫院。
第五，激光微納制造。我就不說了，在電子產業中很普遍大量應用。小尺度的，像光刻過程實際上就是標準、典型的微納制造的過程。
三、趨勢展望
激光在制造領域的應用是極其廣闊的。，依據中科院武漢文獻情報中心等每年出版的《中國激光產業發展報告》，從這里面我們看出最近幾年國家科技計劃在激光制造領域投入年增30%以上，但是相關數據也可看出這里面拿到科研經費支持的主要單位基本上是科研院所和高校，企業份額很少。我們判斷梳理認為這里面有兩個原因，一是項目可能都偏基礎，二是項目生成方式可能需要改進，出題的專家來自企業一線的偏少。
激光制造產業每年增速在20-30%，遠高于GDP增速，說明激光制造應用在擴展。制造業是國民經濟的基礎和支柱產業，我們國家制造業的整個的規模最大，已經超過美國、日本、德國三個國家的總和了；但是我們激光技術在制造業里面的滲透率只有30%左右，其他三個國家都在40%多，這意味著激光制造的應用程度達到這幾個國家相近的話，我們在現在這個規模至少還能夠有50%以上的成長空間。
我國激光制造行業仍存在一系列不足。總體來講還是比較分散的。在中低端水平，我們產品已經牢牢占據了國內市場，開始向世界上推出。但在高端產品原創和首創的產品比較少，大部分產品都是跟隨型，即這類產品第一臺往往是國際上大公司做的，也就是說我們根據產業的需求創造開發出全新的激光裝備的工作做的不夠。這里面體現出科研和產研融合不夠，關鍵共性技術供給不足，關鍵核心部件的國產化程度不夠，是產學研用金協同創新不到位。結論是，我們認為激光制造創新空間、發展空間潛力非常之大。
面對十九大提出2035年國家發展目標，以及現在正在急劇變化的世界形勢，我們激光制造有著廣闊的發展空間，當然我們也有很多要解決的問題。我們前面提到很多高端裝備，都在跟隨國外的路；我們要想做世界創新大國，要走到世界的前列，就不可能老跟別人走，我們要在激光制造領域實現以下轉變：從粗放型，中低端產品要向高端產品去攀登；從局部進口替代向全面的進口替代并向世界輸出發展；以區域化的內向型市場為主逐步內外結合的全球化市場推進；從模仿跟隨型向自主創新引領型去發展。
工程院戰略咨詢項目課題組提出的2035年戰略目標設想，我想這也是一種倡議、希望。我今天跟大家做個介紹，也希望大家往這個方向努力。主要內容包括：突破激光制造基礎理論，取得原創性技術成果，超前部署研發下一代激光制造技術；探索激光制造新原理、新方法、新技術；攻克激光制造用核心功能部件；研發智能化、極端化、高性能先進激光制造技術與系列裝備。期望到2035年：基本實現我國激光制造全產業鏈自主供給，解決技術瓶頸問題，在某些技術領域取得絕對優勢，在未來科技競爭中獲得部分話語權；實現大規模產業化應用，產業規模達到1萬億，有效支撐我國社會的創新驅動和可持續發展并創造巨大的經濟和社會效益；總體實力達到與世界先進水平“并跑”，促進傳統制造業轉型升級，支撐我國高端制業發展。
項目組也提出了2035年前的重點攻關裝備：熱加工用十萬瓦級高亮度連續激光器；冷加工用萬瓦級超短脈沖激光器；激光微納制造新裝備；激光表面制造技術與裝備；激光復合制造裝備；三維復雜結構激光智能制造裝備；高可靠高性能智能化精密激光金屬增材制造裝備；幅面及體成形高效高精度激光增材制造裝備；超微/超大極端難加工結構超高效增材制造裝備。
根據我們做新裝備研制的經驗，認為要做一個全新的裝備研發，我們需要走通需求識別、技術選擇驗證、新概念設計、研制試用及改進驗證的過程。在需求識別方面，系統總體要對應用有深入洞察，判斷有沒有可能；在技術選擇驗證方面需要探討工藝、效率、選什么樣的波長、什么樣的激光器、頻率等因素，在前兩個環節往往科研單位比較擅長。基于這樣做成產品的原型，中間進行一系列的試用迭代，才能形成綜合的新型裝備。因此，我們國家要做新型的裝備，未來更需要在創新的體系上、創新生態建設上做大量的工作。
我們在做新裝備研制中，有以下幾點體會：
1）裝備（產品）創新的核心是，以滿足需求為目標，而不是效仿別人——跟蹤注定落后，創新才能超越。
2）裝備創新是一個體系行為，不是一個人猛然間的靈光一現，不是個人行為，要組織有意為之。裝備創新不僅僅是提出新的概念，而是要建立從概念提出、原理驗證、實驗、評估、應用檢驗的全鏈條。
3）裝備創新是需求與技術可行性的有機結合，對需求有敏銳感知、具體把握，對新技術有深刻理解，這就要求研制方與需求方深入溝通、迭代和高效協同。
4）裝備創新需要多領域多單位的合作、協同，（機理研究、技術攻關、產品研發、市場推廣、金融和政策支持）。
最后，做點小結：
激光制造大有可為、潛力無限；加速激光制造產業的發展，需要在政府、大學、科研院所、企業、金融機構、行業協會、中介機構等多元創新主體的聯系和互動。
激光應用分會期望在這這個發展過程中，為多元創新主體和行業的發展中發揮交流、互動的平臺作為，并在產業規劃、產業共性技術問題提出與研發策劃、產業標準規范制定中發揮積極的推動作用。
今天我的匯報的內容有不少來自于《我國激光技術應用2035發展戰略研究》項目成果。今年《中國工程科學》第二期6月份出版的專刊，里面有約20篇文章，感興趣的可以從工程院的官網上可以下載。
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