1、中国激光产业面临的机遇与挑战中国激光产业面临的机遇与挑战张庆茂中国光学学会激光加工专委会2023年9月6日深圳11.1.激光产业现状激光产业现状2.2.激光行业存在的问题激光行业存在的问题3.3.未来发展趋势展望未来发展趋势展望目目 录录1.1.激光产业现状激光产业现状目目 录录激光制造与增材制造激光制造与增材制造激光被誉为是“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”；全球进入“光制造时代”激光制造推动我国制造业转型升级，2012年：16.98.万亿；2021年：31.4万亿，2022年：40万亿中国成为制造大国激光技术成为我国实现制造强国的重要支撑与手段：美国激光学会统计，美国制造业的GDP50%

2、与激光制造相关：世界科技强国竞相发展的战略性关键核心技术：德国德国工业2030战略、美国先进制造业领导战略2020年广东省颁布广东省培育激光与增材制造战略性新兴产业集群行动计划（2021-2025年），到2025年，打造营收超1800亿元的激光与增材制造战略性新兴产业集群。激光制造技术支撑了国家高端制造业的发展激光制造技术支撑了国家高端制造业的发展科技的发展推动了航空航天等领域的发展，助推科技的发展推动了航空航天等领域的发展，助推激光技术大激光技术大发展！发展！2010-2022年中国激光产业产值年中国激光产业产值/行业增长率行业增长率/GDP（激光加工专委会统计数据）（激光加工专委会统计数据

3、）中国激光产业尽管受到国内外经济大环境调整带来的波动，激光行业的利润有所影响，中国激光产业尽管受到国内外经济大环境调整带来的波动，激光行业的利润有所影响，仍以较高增长速度继续发仍以较高增长速度继续发展展激光“黄金十年”发展中，中国工业激光器与系统销售规模近十年平均增速16%以上。战略新兴产业需求旺盛战略新兴产业需求旺盛6工业激光领域增长的核心驱动力在于激光工艺对传统工艺的不断渗透和替代。高功率的宏加工和精密微纳加工两个方向前进的步伐明显加快2022年营收同比增(减）比率利润同比增(减）比率大族激光149.61亿-8.40%12.10亿-39.35%华工科技101.67亿+18.14%9.06亿

4、+19.07%锐科激光31.89亿-6.48%0.41亿-91.38%杰普特11.73亿-2.17%0.77亿-15.99%深圳联赢激光28.22亿+101.642.67亿+190.11海目星激光41.05亿+106.893.8亿+248.45利元亨激光42.04亿+80.31%2.90亿+36.35%德龙激光5.68亿+3.480.67亿-23.16长光华芯3.86亿-10.131.19+3.42柏楚电子8.99亿-1.54%4.86亿-11.62%铂力特9.18亿66.32%0.8亿249.14%中国激光产业现状中国激光产业现状-精彩纷呈精彩纷呈7光源技术有重大进展装备水平跟跑、领跑创新应

5、用领跑世界资本青睐激光行业奔腾奔腾&创鑫创鑫60000W激光切割机全球首发激光切割机全球首发激光增材制造复杂结构激光坡口取代等离子坡口光纤芯片泵浦源8小到10W，大到200kW要多大，有多大功率定制最大单脉冲能量按需定制能量定制12m到800m按需定制芯径定制高斯光、平顶光、环形光叠加光斑，按需定制光斑定制提 供 特 定 应 用 场 景 专 用 激 光 器 及 系 统 解 决 方 案提 供 特 定 应 用 场 景 专 用 激 光 器 及 系 统 解 决 方 案国产产业链情况光斑整形调制频率2.2.激光行业存在的问题激光行业存在的问题目目 录录10激光行业存在的问题激光行业存在的问题局部军事冲突

6、、国际政治新冠疫情影响高质量发展经济转型国际化需求国内需求淘汰落后产能新兴产业正在崛起需求疲软同质化竞争标准滞后创新力不强高端化、智能化、绿色化-加快实现高水平科技自立自强加强核心技术的研发构建创新研发团队信息化国际化战略清、认识明、布局优激光+X空间巨大加强基础研究，走产学研之路；加强核心技术的攻关；走高质量发展之路；激光制造高端化、智能化、绿色化3.3.未来发展趋势展望未来发展趋势展望目目 录录世界格局与新工业革命密切相关The transition to new manufacturing processes in Europe to the US,about 1760 to 1840.

7、(wikipedia)英国，机械能英国，机械能美国，电能美国，电能第一次工业革命：蒸汽机的发明和改进，将人类推进到了蒸汽第一次工业革命：蒸汽机的发明和改进，将人类推进到了蒸汽时代，社会生产力极大发展，大规模制造时代，社会生产力极大发展，大规模制造第二次工业革命：第二次工业革命：电力的应用使人类进入电气时代，大规模自动化制造电力的应用使人类进入电气时代，大规模自动化制造第三次工业革命第三次工业革命（工业（工业4.0）未来未来极端智造极端智造百年未有之大变局科技必须自强自立百年未有之大变局科技必须自强自立激光与物质交互作激光与物质交互作用机理用机理激光熔池表激光熔池表/界面界面行为及润湿机制行为及

8、润湿机制激光制造构件控形激光制造构件控形控性及功能化控性及功能化习总书记指出：要加强技术研发攻关，掌握更多具有自主知识产权的核心技术，不断延伸创新链、完善产业链，为推动我国光电子信息产业加快发展作出更大贡献。激光高端装备+智能制造生逢其时，机会良多对比物理切割力加工电切割电加工等离子切割等离子加工激光切割激光加工加工效率慢较慢快，适用于高速裁剪和钻孔快，可以实现高速切割加工精度低慢高高可加工材料有限，通常用于金属和硬质材料有限，通常用于金属和不锈钢适用于大多数材料，特别适用于金属材料广泛，包括金属、塑料、纸张、陶瓷等加工灵活性低中等中等高，可进行二维、三维切割和雕刻环保节能较差较好较差，产生废

9、气废水较好，能量效率高激光智造加工优势，以激光切割为例加工精度加工精度加工尺度加工尺度/效率效率激激光光焊焊接接激光切割激光切割激光标记激光标记激光微纳加激光微纳加工（未来）工（未来）激光微纳加激光微纳加工（当前）工（当前）热加工热加工中低精度中低精度中低尺度中低尺度冷加工冷加工高精度高精度大尺度大尺度高效率高效率冷加工冷加工小尺度小尺度效率不高效率不高关注未来发展重点关注未来发展重点16未来3-5年将会成为新兴技术的密集发展领域：信息与低碳、生物科技、智能电动汽车、航天四大领域新技术重点：6G通信新一代半导体材料数字免疫低碳技术脑机接口合成生物车路云一体化钠离子电池小卫星国家重大发展战略、区

10、域创新战略、产业前沿“十四五”和2035年远景目标纲要提出制造业高质量发展 我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和光源技术光源技术-脉冲更短，波长更短、功率更高脉冲更短，波长更短、功率更高171、高功率光纤激光器（6万瓦）2、半导体激光器（千瓦）3、超快激光器（万瓦、焦耳级）4、特殊波段的激光器激光器的发展趋势：微加工的激光波长选择：近红外（7701060nm）可见光（770390nm）紫外（200390nm）真空紫外（110200nm）极紫外（25110nm）、软X射线(50eV10KeV)高能量长寿命高稳定性高环境适应性低成本焊接技术是新的增长点焊接技术是新的增长点一、新能

11、源汽车巨大需求2020年，我国新能源汽车销量达136.7万辆，同比增长10.9%，连续三年超过100万辆；2022年，我国新能源汽车销售688.7万辆，同比增长93.4%，占到全球销量的61.2%。新能源汽车新车销量占汽车新车总销量的25.6%，提前三年完成2025年规划目标。预计2023年中国新能源汽车销量将达到900万辆.宁德时代、比亚迪、中航锂电、国轩高科、亿纬锂能等动力电池企业装机量排 名全球前10，成为全球重要供应商二、工程机械的需求、新基建的需求可焊接的材料：金属与金属：同种、异种金属与非金属塑料与塑料玻璃（非晶态）与玻璃（非晶态）玻璃（非晶态）与硅（晶态）高反射材料铜、镍、银、率

12、等蓝光、绿光以及复合焊接成为热点和难点19激光焊接利用可聚焦高能量密度的激光激光作为热源，实现同质或异质、等厚或不等厚材料熔化连接、成形制造结构产品的焊接技术。激光高方向性高方向性高单色高单色高相干性高相干性高亮度高亮度高强度高强度光准直光耦合光聚焦光作用激光焊接优势：热源加热集中、材料热损伤小、焊接变形小、非接触焊接等焊接技术是新的增长点焊接技术是新的增长点201960年第一台红宝石激光器美国研制80年代，脉冲激光焊接电子封装1962年激光焊接报道90年代，kW功率激光焊接汽车结构2000起大功率激光焊接A318.A380舰船、核电2010年起激光焊接快速发展宏观制造微观制造LASER（Li

13、ght Amplification Stimulated Emission Radiation）1967年日本荒田连续激光焊02000040000600008000000002005201020152020单模光纤多模光纤1966年激光焊美国焊接技术是新的增长点焊接技术是新的增长点21方形铝壳电池方形铝壳电池PARK焊接焊接锂电池极片切割锂电池极片切割锂电池极片焊接锂电池极片焊接激光清洗激光清洗激光极耳切割激光极耳切割激光隔离膜切割激光隔离膜切割氢能源双极板焊接氢能源双极板焊接太阳能电池板刻蚀太阳能电池板刻蚀负极极片切负极极片切割示意图割示意图极耳切

14、割示意图极耳切割示意图新能源汽车新能源汽车“刀片”电池“刀片”电池激光在新能源领域的应用激光在新能源领域的应用未来新能源车的轻量化和高安全性将带来哪些需求？高强合金的采用？高亮度激光切割与焊接？软包锂电池焊接圆柱锂电池焊接23下游供热燃料百亿百亿“激光激光+”应用”应用固定式便携式交通运输其他应用产品产品电解槽激光应用电解槽激光应用碱性电解槽极框焊接；镍极网切割/焊接；隔膜切割；极板清洗；PEM电解槽GDL裁切；极板流道刻槽；气瓶金属储氢瓶焊接；IV型储氢瓶塑料切割；产品产品燃料电池激光应用燃料电池激光应用双极板石墨板毛化；复合板打标；钛合金、不锈钢极板清晰/切割/焊接/达标；膜电极碳纸切割、

15、CCM切割/赋码电堆电堆赋码激光在氢能领域应用氢能制储运燃料电池上游中游电解水制氢化石原料制氢工业副产制氢新兴制氢技术氢气液氢储运高压储运固态储氢电力万亿万亿氢能产业氢能产业催化剂质子交换膜气体扩散层氢气双极板膜电极电解质气体循环系统电堆辅助系统氢燃料电池系统有机液态储运氢能24超快激光焊接解决了电子产品的包装材料不适合整体在高温环境下进行焊接问题超快激光不透光陶瓷材料焊接长焦距绿光飞秒激光玻璃焊接北京工业大学激光工程研究院光学材料和金属材料焊接苏格兰爱丁堡赫瑞瓦特大学超快激光产生的超短脉冲与材料相互作用时间极短，不会给周围材料带来热影响，因此被称为冷加工，可用于切割和焊接。25蓝光激光焊接技

16、术蓝光激光器功率密度较低，激光器功率较低导致焊接能力较弱主要适用薄铜材或铜箔焊接。蓝光光斑能量分布使得材料的熔化更为稳定，焊接无飞溅，提高了加工成品的质量。高反材料对蓝光吸收率比红外光高很多发展时间技术发展2000 200720102020单一材料可成形性轻量结构性能提升多材料新结构多功能2007年德国Fraunhofer激光技术研究所ILT 获SLM全球发明专利航空航天领域应用牵引26 金属构件激光增材制造技术发展历程及趋势增材制造高质量高效率多材料多功能化等发展增材制造高质量高效率多材料多功能化等发展整体制造：基于材料-结构-工艺的设计与调控，实现复杂整体构件控形与控性一体化制造功能复合：

17、在增材制造复杂整体构件内，实现多功能复合，并发挥构件整体功效100m3D打印常见缺陷单纯激光熔覆3D打印存在的难题：内部缺陷：气孔、未熔合、裂纹和缩松等，影响力学性能和疲劳寿命内应力：严重影响零件几何尺寸和力学性能，导致零件严重翘曲变形和开裂热处理易析晶成品率低热时间长效率低快速烧结烧结机理设计烧结模具优化烧结工艺等温烧结实验电热耦合模型烧结温度保温时间升温速率粘性流动机理析晶理论无压放电等离子烧结复杂结构石英玻璃的快速烧结复杂结构石英玻璃的高温抛光后处理复杂结构难抛光高温抛光有限元模拟抛光机理商用石英玻璃抛光3D打印石英玻璃抛光驱动力抛光工艺表面轮廓数字化设计服务树脂3D打印机双碳目标的机遇

18、与挑战：双碳目标的机遇与挑战：光伏产业-机遇根据交大的预测根据交大的预测：2030年年，18万万亿千瓦，亿千瓦，2050年年，50万万亿千瓦亿千瓦；2060，60万万亿千瓦。亿千瓦。全球排名TOP10光伏组件的企业，我国家占了8家。具体的举措10月24日中共中央、国务院下发关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见开展低碳零碳负碳和储能新材料、新技术、新装备攻关。新能源：未来将以风能、光伏、氢能为主构建一个新能源体系交通领域未来主要实现零碳的手段就是“电气化”，未必所有交通工具全部是电动车，像公共交通、重卡、航空、轮船很可能未来使用的是氢能，但是电动车是未来交通运输的零碳化的主力

19、。20352035年碳达峰、年碳达峰、20602060年碳中和年碳中和29超快激光新动能超快激光新动能5G天线材料-LCP和MPI-皮秒（飞秒）紫外电池制备、封装-皮秒绿光和紫外电磁屏蔽材料-复合材料-皮秒（飞秒紫外）高频高精度电路板的制备-皮秒或者飞秒微波介质陶瓷的加工-皮秒或者飞秒玻璃/玻璃、玻璃/陶瓷、陶瓷/陶瓷等的焊接-皮秒或者飞秒关注关注CFRP复合材料的应用和精密加工复合材料的应用和精密加工30脆性材料和柔性材料是未来最重要的两大类基础材料，由于其材料本身“硬”、“脆”、“柔”、“薄”的特性使激光微纳加工成为升级替代传统工艺的利器，将成为最重要的加工方式之一。材料的多样性材料的多样

20、性31激光清洗激光清洗激光除锈激光除漆激光除油激光除渣特殊场合的清洗：文物、放射性物质等不同材料激光清洗有不同的清洗策略：表面无损伤、无组织的演变；替代传统的高污染、有损伤的清洗方法不同材料激光清洗有不同的清洗策略：表面无损伤、无组织的演变；替代传统的高污染、有损伤的清洗方法 中国：加强“从0到1“基础研究工作方案面向国家重大需求，对关键核心技术中的重大科学问题给予长期支持：3D打印和激光制造32激光在核工业的应用 锐科100kW激光器可应用在核工业中，远程切割具有放射性的管道，对管道进行拆除 远程对放射性材料表面进行清洗，去除表层强放射性物质高铁转向架激光除漆成都铁路局大功率检修基地激光清洗

21、项目33铸铁大型热轧辊激光合金化低等级材料+激光表面强化技术高等级材料+激光表面强化技术高等级材料+激光修复技术激光对油压缸柱塞的熔覆修复6501630mm柱塞激光淬火，材质为ZG310-570；表面硬化深度1.5mm，处理部位表面硬度HRC58 激激光多场复合再制造技术光多场复合再制造技术34特种车辆齿轮表面强化项目矩形花键齿42CrMo渐开线花键齿40Cr球销20CrMo创新、融合、引领创新、融合、引领国家战略：光子产业是应用广泛的战略高科技产业，现代产业体系的“关键少数”，技术壁垒高、产业带动性强、头雁效应明显，是新一轮科技革命必争之域。我国激光产业正处于“换道超车”的白金十年，也是我国

22、在通向科技强国道路上的一个重大时代机遇。习近平总书记强调：光电子信息产业是应用广泛的战略高技术产业，也是我国有条件率先实现突破的高技术产业。高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任未来发展要从重视“数量”转向提升“质量”未来发展要从重视“数量”转向提升“质量”规模扩张”转向“结构升级”规模扩张”转向“结构升级”满足“最大”转向追求“最强”。满足“最大”转向追求“最强”。36感谢宁波材料所李琳院士、巴顿焊接研究院董春林、哈尔感谢宁波材料所李琳院士、巴顿焊接研究院董春林、哈尔滨工业大学李俐群教授等多位专家，锐科激光、联赢激光、创滨工业大学李俐群教授等多位专家，锐科激光、联赢激光、创鑫激光、华日激光公司等提供了丰富的专业材料、数据和指导鑫激光、华日激光公司等提供了丰富的专业材料、数据和指导!