1、对激光切割技术在国内外发展现状的研究 王新明 孙有亮 陈立伟 张海东 河北建筑工程学院机械工程学院 摘 要： 20 世纪有四项重大的发明:半导体、计算机数控、以原子为中心的能量技术和激光技术。激光切割技术是在激光技术中发展最广最快的, 它大大的改造创新了传统的机械制造行业, 提供了新的发展机遇和前景。目前已经大量的在许多行业中应用, 比如医疗、航天、通信、军事等科研行业。关键词： 激光; 加工; 切割; 作者简介：王新明 (1984-) , 男, 河北建筑工程学院机械工程学院实验师, 研究方向:机械工程。1 我国激光技术的发展现状目前我国的激光技术基本构成了以华中平原、长三角、渤海、珠三角为主
2、要发展地域的局面, 激光发展比较好的企业主要位于北上广和湖北、江苏等地。1994 年湖南大学制造出我国首台可以折叠和封离的激光器, 售价只为进口激光器的二分之一, 可以实现切割与焊接双重功能, 当时立即申请了国家专利。2003 年可以加工管材的激光设备被中科院与物理研究所研制成功, 这表明了我国的制造业技术达到了国际发展水品。从此我国的石油生产不再是只能依靠进口设备的情况。同年济南铸锻厂生产出一台双边双工作台可交换的激光机床, 它具有精密的切割性能, 型号为 LC2-18。多个气压缸上升和下降的同步以及两边驱动轴电极的同步问题通过此机床的研制成功得以解决。2004 年, 更加精密的激光切割机在
3、华中科技成功生产。现如今激光生产技术得到了快速发展。到去年为止, 我国激光技术产业的经济效益已经达到 800 亿。主要有切割分离、标记和焊接生产的激光加工装备生产, 还有重工业和轻工业、电子、军事、医药等行业。最近几年, 激光加工技术迅速的发展涉及了科学研究和加工生产的各个行业, 如各种材料的加工、汽车和飞机的制造、能源和医疗器械等各行各业中都有激光技术的应用。它作为新世纪的一项重要科学研究项目, 给不同的行业指出了新的发展和创新方向。在对激光技术的发现初期, 我国和国际上其他各国的水平差距是很小的, 20 世纪 70 年代末期就开始从其他国家引入激光设备在生产制造和医院中使用。随后十年里,
4、激光又慢慢在材料生产中使用。“十一五”那段时间里, 我国的中国科学研究院等先进机构在激光技术的研究中取得了很大的成就。由于激光切割技术使用成本少, 加工效率好, 并且在加工生产中基本不会造成环境污染, 所以在世界上很多国家都已经把这项技术作为主要的加工生产方式和研究方向。自从改革开放到今天的几十年时间中, 我国在国际上的制造业地位越来越重要, 许多不同规模大小的工业企业都已经开始引进和研究使用激光加工技术, 激光技术生产取代传统模式这是必然的方向。这几十年的发展进程中, 虽然我国激光技术进展迅猛, 可是仍然存在很多客观的问题。目前我国的激光技术水平与发达国家相比处于中下等水平, 生产技术和加工
5、质量水平高的加工企业屈指可数。无论是激光技术的研制开发还是生产加工机器方面都和先进国家有一定的差距, 在我国的各种生产领域先进的设备几乎全部是从国外引进。虽然目前我国激光技术水平不高, 但是除了工业生产企业之外还有很多科学研究机构和大学院校也加入了对激光技术的研究, 研究力度和规模在日益壮大。同时激光产品也在多样化, 生产技术智能化, 应该在不久的未来, 我国的激光技术会得到突破性的发展。2 国外激光技术的发展现状在世界上其它发达国家, 激光生产加工的进展更加迅猛, 国家对激光技术的研究都相当重视。这项技术改变了传统制造行业, 采用了全新的切割和焊接、打孔划线以及热处理等工艺方法。以切割为主的
6、二氧化碳切割技术中激光切割占到七成, 焊接和热处理占两成和一成。发达国家有 75%左右的激光技术都采用二氧化碳激光器, 我国的激光切割占到激光技术的 1/10, 包含了 90%以上采用二氧化碳激光器。因为发达国家激光技术的研究发展迅速和本身的生产加工行业水平比较高, 所以这些国家早在 20 世纪 80 年代就开始研究各种方法研究激光技术。比如美国、日本和欧洲等发达国家中, 本身的生产制造业水平已经达到了一定高度, 并且科研水平高, 在这种条件和基础上对激光技术进行研究和发展必定会事半功倍, 所以几年的时间后, 在这些国家中的汽车、轮船、飞机、电子和医疗等领域中就广泛的采用了先进的激光技术。这些
7、国家也形成了一套激光技术制造应用的标准, 这样就可以更方便合理的在适当的领域内采用合理范围的激光。在当今时代, 发达国家早已开始研制大功率激光器, 因为激光设备的加工效率主要取决于激光器的功率值, 在现代生产行业迅猛发展的前提下, 除了可以做和做得好之外还必须要做的快。所以发达国家在各种现代化生产行业和建筑、科研及军事行业都大大采用大功率激光设备和技术, 使传统的加工制造业向先进快速的激光制造业的方向发展。有很多国家, 尤其是发达国家中各行各业都已经开始采用激光技术, 因为这样增加了技术含量, 并且生产效率高, 同时新产品研发的频率也提高了。对于当今时代发展最繁荣的服务行业和精密制造业也广泛采
8、用激光技术, 并且在发达国家中已经形成了一套完备成熟的标准。当今世界竞争激烈, 发达国家都想在竞争中占领主导地位, 对于新生的激光产业中更是如此。美国已经对核聚变开始进行激光研究, 德国开展的名为阿维尔激光研究计划, 日本已经做好五年内激光研究工作目标。发达国家和其他一些发展中国家都在各个领域中广泛的应用激光技术, 不但促进了激光研究的快速发展, 而且大大提高了产业效率, 激光产品在全球每年的销售数量都在以百分之十五的速度增加。激光技术除了应用在常规的生产行业中, 还广泛被用于很多的精密制造业中。在激光加工设备中有一种体积小、激光模式优良并且具有很高的光电转换功能的激光器被称为半导体激光器,
9、激光技术被广泛应用在工业和医疗行业中。激光打标机利用激光波长的长短输出来达到打出不同的颜色从而进行标记。在地下挖出的文物利用激光技术进行清扫和保护, 利用激光技术进行各种材质零件的焊接和切割, 利用激光进行水果检测以获知其果肉的品质和甜度。总之激光被融合在各种科学研究领域和服务行业中。3 激光切割未来发展方向(1) 结合激光器功率的大幅提高以及微机 32 位和 64 位系统的适用, 对激光切割设备加大研究使加工速度更加快, 加工精度更加精确。(2) 利用激光束进行的切割方式由轻工业向重工业方向调整, 最初的激光加工只适合对比较薄的板材和小尺寸零件进行切割, 对于比较厚的和尺寸大的工件很难进行切
10、割, 在这一方面随着激光束功率的不断增强的研究已经有所改善。(3) 机械加工生产中大多数零件并不是平面二维图形, 而是三维立体工件, 这样的零件加工简单的切割机无法做到。为了加工生产各行各业需要的立体零件, 需要把数控激光切割机提高到五轴或六轴, 这样才可以在三维空间中灵活运行, 才可以加工出复杂的零件, 发达国家已经做到了九轴联动的激光切割设备。现在和未来, 快速、精密、效率高、功能强和良好的适用性是激光切割机发展的目标和方向。(4) 无人自动加工的机器人化生产。在今天科技快速发展的情况下, 各个生产行业向着全自动生产的机器人方向发展, 激光切割技术也是一样, 这样的生产不仅可以提高效率,
11、而且还大大的节省了人力和其他各项资源。要做到全自动, 必须要结合微机控制技术、网络信息传递技术、自动化智能技术和计算机辅助生产技术研究自动化生产。国外在这方面已经做得很好, 甚至可以通过多台全自动激光切割设备组成一条机器人化的生产线。(5) 激光性数控切割机设备的利用率不断得到优化, 缩小激光器的体积, 增大激光器的功率, 为此创造了有利条件。由于生产技术能力逐渐提高和完善, 激光器的辅助性装置也进行了很多的改进。再加上激光焊接和表面淬火等生产加工方式同激光切割技术的配合应用, 使得一体化数控激光切割机充分发挥各项能力, 利用率不断得到优化和提升。参考文献1杨红俊.激光切割实时监测技术研究D.武汉:华中科技大学, 2002. 2李宇顺, 罗敬文.中国大功率激光装备的发展J.焊接与切割, 2012, (18) :8-10.
