智能制造生产线行业发展概况

智能制造生产线行业发展概况金属泡沫的激光成形行业发展金属泡沫是一种相对较新的材料，由于其高的强度重量比以及出色的冲击和噪声吸收特性而引起人们的兴趣。在许多工程应用中，例如，汽车保险杠或航天器部件，金属泡沫必须具有特定的形状。由于近净形状的制造困难且昂贵，因此有必要将金属泡沫弯曲成期望的形状。弯曲金属泡沫并非易事，因为孔壁只能承受低应力并容易破裂。结果，传统的机械弯曲方法会导致破裂和细胞塌陷。在过去的10年中，几个研究小组尝试了金属泡沫的激光成形，并报告了积极的结果，但没有一项研究足够详细地探讨潜在的弯曲机理。未来研究应该更好地了解激光成形如何影响材料特性和结构属性。光纤激光器行业发展2019年光纤激光器市场是竞争激烈、也是继续发展的一年。2019年中国光纤激光器市场销售总额超过82．6亿元。从我国光纤激光器市场来看，国产光纤激光器逐步实现由依赖进口向自主研发、替代进口到出口的转变。随着国内光纤激光器企业综合实力的增强，国产光纤激光器功率和性能逐步提高，我国光纤激光器市场从2015年的40．7亿元增长到2019年的82．6亿元，预计2020年会小幅增长到85．6亿元。随着光纤激光器市场规模的不断扩大，光纤激光器核心器件的方案已基本成形，激光产业链日趋成熟，激光器的核心器件国产化率也随之提高，进而使得激光器的成本逐渐下降。激光器的价格战也出现了阶段性的变化，价格竞争主战场从1~3kW产品段转移至6~40kW产品段。激光表面纹理化行业发展激光表面纹理化是一种表面工程工艺。该工艺使用激光在材料表面上创建周期性的微结构，以诱导针对各种应用的所需表面特性。在20世纪90年代早期的激光表面纹理化研究中，使用激光产生了图案化的微凹坑，并研究了带纹理的表面对机械部件（包括机械密封件、活塞环和推力轴承）的摩擦学性能的影响。从那时起，随着激光技术的飞速发展，该领域也得到了迅速的发展，并且已经出现了超出摩擦学领域的广泛应用。激光表面结构化不仅会改变材料的表面形态，而且通常会赋予表面一些新的功能和特性，尤其是光学、机械、润湿性和化学特性。飞秒激光织构的覆盖有微尖峰的硅（通常称为黑硅）是在可见光范围内显示出近100%吸收率的早期发现之一，当在SF6气体环境中处理时，吸收率可以扩展到2．5mm。在铜表面上通过ps激光诱导的微/纳米结构，可以实现从UV到MIR的整个波长范围内的可调反射率。由飞秒激光产生的微尺度珊瑚状表面结构，NiTi合金的热辐射显著提高到了约100%。表面织构化的硅和金属具有广泛的潜在应用，包括太阳能电池、检测器、传感器、场发射设备、等离激元、宽带热源及辐射传热设备等。激光表面纹理化也已用于修改和控制材料的润湿性。摩擦学应用中的激光表面纹理化已成为20多年来人们关注的领域。实践证明，具有数十或数百微米大小的微孔或微槽的飞秒激光纹理表面在干燥、润滑高温和高压条件下加工应用中，均可有效减少摩擦和磨损。激光加工设备细分行业发展趋势（一）激光切割简介及应用1、激光切割技术概述激光切割技术是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而将工件割开。激光切割具有切割质量好、切割效率高、切割速度快、非接触式切割、可切割材料种类多等优势。2、激光切割行业市场规模根据《2022中国激光产业发展报告》数据，2021年我国激光加工设备行业市场规模达到821亿元，其中激光切割设备为激光加工技术的第一大应用领域，市场规模达280．1亿元，占比高达34%。预计2022年国内激光加工设备行业市场规模将达到876亿元，其中激光切割设备行业市场规模预计将达到300亿元。在材料加工领域，切割是不可或缺的重要工艺之一。过去由于激光加工设备成本高昂，激光切割在制造业渗透率较低，而近年来随着激光切割设备成本的不断下降和激光切割性能的不断提升，激光切割逐步取代传统切割方式，在汽车零部件、工程机械、桥梁建筑模板、装配式建筑、特变电输送铁塔、航空航天、通讯与光储存、医疗美容及其他更多领域获得广泛的运用。在汽车零部件行业，激光切割设备可应用于汽车五金零件、汽车车身、车门框后备箱、车顶盖、安全气囊、保险杠、中控板、立柱、座套、地毯等金属和非金属板材、管材的平面切割和三维立体切割；在工程机械行业，激光切割设备可应用于碳钢、中厚板或超厚板切割、钣金件预留工艺豁口、制作钣金样板和钻孔样等；在特变电输送铁塔行业，激光切割设备可应用于板材和管材下料、制孔、打标识、开坡口等生产工序。几乎在所有需要材料切割的领域，激光切割均可以满足相应需求，下游应用行业广泛。（二）激光焊接简介及应用1、激光焊接概述激光焊接利用激光束优异的方向性和高功率密度等特性进行工作，通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物溶化并形成牢固的焊点和焊缝。激光焊接根据焊接作用深度，可分为热传导焊和深熔焊；根据激光是否透过被焊物料，分为穿透焊和缝焊；根据使用激光的工作模式分为脉冲模式焊接和连续模式焊接。2、激光焊接行业市场规模随着激光焊接在汽车制造、新能源电池、数码加工、精密加工等领域应用的崛起，国内激光焊接设备市场规模不断扩大。根据《2022中国激光产业发展报告》，近年来受新能源汽车、锂电池、半导体及新兴市场的需求驱动，同时受益于激光功率的不断提升和激光器价格的下降，激光焊接设备在各行业渗透率不断提高。2021年中国激光焊接成套设备市场销售收入为66．5亿元，同比增长29．9%，预计2022年将突破80亿元。在汽车零部件行业，激光焊接设备已广泛应用于汽车车身、车顶、底盘、车门、发动机盖、发动机架、排气管、仪表盘、电池组焊接等各种结构和零部件的平面焊接和三维立体焊接，显著提升了汽车制造水平和品质，为实现汽车轻量化、高强度创造了条件；在工程机械行业，激光焊接设备可应用于大尺寸碳钢、厚板、薄板、高强度结构件焊接等；在特变电输送铁塔行业，激光焊接设备的应用场景主要包括塔角焊接、结构件焊接等。激光焊接设备自动化程度高，焊接速度快，可以大幅提升焊接效率和质量，在大规模产线和柔性制造中都对社会资源优化分配、社会效率提升方面拥有重要意义。（三）激光熔覆简介及应用1、激光熔覆技术概述激光熔覆技术，又称激光增材制造技术，是一种以激光为能量源的增材制造技术，采用高能量激光作为热源，金属合金粉末作为熔覆材料，通过激光与合金粉末同步作用于金属表面快速融化形成熔池，再快速凝固形成致密、均匀并且厚度可控的冶金结合层，从而达到显著改善工件的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能，或达到修复工件表面尺寸、强化延长寿命的效果。激光具有能量密度高的特点，可实现难加工金属的制造，同时激光增材制造技术还具有不受零件结构限制的优点，可用于结构复杂、难加工以及薄壁零件的加工制造。目前，激光增材制造技术所应用的材料已涵盖钛合金、高温合金、铁基合金、铝合金、难熔合金、非晶合金、陶瓷以及梯度材料等，在航空航天领域中高性能复杂构建和生物制造领域中多孔复杂结构制造具有显著优势。2、激光熔覆行业市场规模根据《2022中国激光产业发展报告》数据，2021年我国激光熔覆设备行业市场规模达42．9亿元，预计2022年将达到48．1亿元。3、激光熔覆在多方面领先传统表面处理工艺，发展前景广阔激光熔覆技术可以显著改善工件的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能，或达到修复工件表面尺寸、强化延长寿命的效果，可以替代TIG电弧增材、超高速火焰喷涂、等离子喷涂、电镀硬铬等传统表面处理工艺。激光增材制造行业发展在过去的几十年中，激光增材制造得到了越来越多的关注，激光已成为增材制造（AM）越来越重要的核心，基于激光的增材制造系统占金属增材制造市场收入的一半以上，全球增材制造市场预计在2019年为7．74亿美元，预计到2024年将达到3．2亿美元。毫无疑问，基于激光的增材制造已成为激光行业的一个非常重要的应用领域。使用增材制造（尤其是金属制造）的关键要求之一是获得所需的力学性能。由于增材制造涉及许多会影响工艺条件的变量，因此仅通过试验来确定所得力学性能的尝试可能既耗时又昂贵。为了减轻这个问题并获得对过程的深入了解，已经进行了许多开发预测性过程模型的尝试。AM的预测模型可以大致分为三类：AM过程热模型、微结构预测模型和力学性能预测模型。激光增材制造面临巨大挑战，只有克服这些挑战，才能被接受为经济上可行的工业制造工艺。但与此同时，它也提供了前所未有的机会来制造那些传统制造工艺无法制造的新产品。显然，一项重大挑战是通过基于物理学的建模或数据驱动的方法来建立过程-微结构-属性关系，以促进增材制造零件的鉴定过程。此外，必须同时开发可靠的过程中监视方法。激光金属AM提供的新机会包括制造大量定制的零件（例如医疗植入物），具有所需局部特性的功能渐变零件，用于制造智能或超材料结构的拓扑设计，几何形状复杂的零件（例如：热交换器），新型材料的合成，需要跨学科的人们共同努力，以产生新的设计和材料，从而加速AM在制造业的应用。激光设备行业的特点和发展趋势（一）激光加工技术概况激光是指窄幅频率的光辐射线通过受激反馈共振与辐射放大产生的准直、单色、相干的定向光束。作为一种新光源，激光以其方向性好、单色性好、相干性好、能量密度高等特点，在工业、信息、医学、商业、科研等多个领域都得到了广泛的应用。激光在工业上的应用主要体现在利用激光束与物质相互作用的特性对材料进行加工处理，激光加工按激光束对材料的作用效果可划分为激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光清洗、激光打标等。激光加工技术凭借其精度高、速度快、加工效果好等优势正逐步实现对传统加工技术的替代，并成为国家大力支持和推广的高新技术之一。在当前全球经济逐步回暖、制造业投资显著增加以及智能制造加速推进的大背景下，激光加工技术下游应用的深度和广度将得到进一步扩展。激光加工技术已被广泛应用于工业、信息、医学、商业、科研等领域。在工业领域，激光加工可用于多种金属、非金属材料的加工，尤其是高硬度、高脆性以及高熔点的材料。激光加工相较传统加工方式具有可加工材料范围广、加工效率高、加工精度高、工件形变小等优势，是对传统加工技术的革新，可推动传统制造业全面转型升级和跨越发展。从应用领域来看，激光加工可细分为激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光清洗、激光打标等，激光加工技术在以上领域均展现出突出优势。（二）激光加工技术特点顺应高端制造精密制造趋势，正加速实现对传统加工方式的替代激光加工技术凭借可加工材料范围广、加工效率高、加工精度高、工件形变小等优势，在材料切割、焊接、增材制造、喷码打标等领域正逐步取代传统加工工艺，并被广泛应用于材料加工与光刻、通信与光存储、仪器与传感器、医疗与美容、科研与娱乐及打印等领域。此外，激光加工数控工业软件还可与计算机数控技术、机械自动化技术等相结合，组成智能激光加工装备，实现对不同材质、不同形状及不同体积的材料的精密加工。当前国家大力支持传统制造业向高附加值、高技术壁垒的高端制造及精密制