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激光产业发展研究报告

发布者: 发布时间:2013/12/23 阅读:690

一、激光技术对国民经济及社会发展的重要作用 

 

  (一),激光技术对国民经济及社会发展的重要作用激光技术是二十世纪与原子能、半导体及计算 机齐名的四项重大发明之一。三十多年来,以激光器为基础的激光技术在我国得到了迅速的发展,现已 广泛用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科学研究等各个领域,取得了很 好的经济效益和社会效益,对国民经济及社会发展将发挥愈来愈重要的作用。 

  (1)、促进科学技术的发展和进步由于激光具有很好的单色性、相干性、方向性和高能量密度,它 已渗透到各个 学科领域,形成了新的学科。例如:激光信息存储与处理、激光材料加工、激光医学及 生物学、激光通讯 、激光印刷、激光光谱学、激光化学、 激光分离同位素、激光核聚变、激光检测与计量及军用激光技术等, 极大地促进了这些领域的技术进步和前所未有的发展。  

  (2)、在国民经济中形成新的产业部门激光产业正在我国逐步形成,其中包括激光音像、激光通讯 、激光加工、激光 医疗、激光检测、激光印刷设备及激光全息等,这些产业正在作为新的经济增长点 而引起高度重视。例如,全国已有380多家生产激光音像设备(CD、LD、VCD、DVD),1996年在我国已 形成年产值85亿元以上的新产业,发展异常迅速。又如,利用激光全息技术开拓了激光模压全息防伪 商标和装饰业,也已成为较大规模的新兴产业。  

  (3)、对传统工业的改造将发挥愈来愈显著的作用激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、 电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门,对提高产品质量、劳动生产率、自动化、 无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。例如,天津冷轧薄板厂由于采用了激光毛化技术,将面临倒闭的企业起死回生,仅1995年生产了6亿元的激光毛化钢板, 出口创汇数千万美元;又如西安内 燃机配件厂建立了12条缸套激光热处理生产线,将缸套寿命提高了1-3倍,现已在全国范围推广,该厂 近期还要扩建12条生产线, 以满足用户对激光缸套的需求。因此,发展激光产业将带动传统工业的改造和发展。 

  (4)、促进医疗技术进步,提高人民健康水平激光医疗技术目前已在眼科、外科、内科、妇科、耳鼻喉科、心血管科、皮肤 科等领域得到广泛应用,激光医疗设备已进入县以上的医院, 这对医疗技术的进步和提高人民健康水平起着重要作用。  

  (5)、加速我国国防技术的现代化激光技术在军事上已应用于测距、指向、制导、通讯及战术武器等,为改善武 器装备的性能,提高命中率和可靠性,起到重要的作用,并有一定数量的产品出口。

二、国外激光产业发展现状

 

国外激光产业发展现状根据《激光集锦》1997年报导, 世界激光器市场可划分为三大区域:美国( 包括北美)占55% ,欧州占22%,日本及太平洋地区占23%。在世界激光市场上日本在光电子技术方面占 首位,美国占第二位;在激光医疗及激光检测方面则美国占首位;而在激光材料加工设备方面则是 德国占首位。因此我们选择美国、日本、 德国三个国家,介绍他们激光产业发展情况,也就反映了世界激光市场的基本情况及其发展趋势。 

  (1)、美国激光产业发展现状目前尚未见到全面介绍美国激光——光电子产业发展现状的完整资料,现只能根据有关文献进行综述。 1994年美国光电子工业发展协会对1993年世界激光——光电子市场作了统计,总产值为750亿美元;美国光电子工业发展协会把显示器、光存储、光通讯及硬拷贝称之为光电子技术产业,并认为这个领域目前是日本占主导地位,在750 亿美元产值中日本约占50%,因此 美国认为当前应注意发展光电子技术产业,使美国在这个领域能占有较大的份额。下面主要介绍美国激光加工和激光医疗方面的发展情况。 根据1996年《工业激光评论》杂志报导,1995年世界范围销售的激光加工系统约11亿美元,美国占31%、欧州32%、日本35%,其它2%。 在美国比较著名的激光公司有:相干公司、光谱物理公司、联合工艺(URTC)公司、PRC公司、燃烧工程公司、Lumonics公司、 

Synrad公司、Marted Lasers公司、Electrox公司和ESI公司等。相干公司和光谱物理公司是美国最大的两个激光公司,占美国激光公司总销售额的40%以上。光谱物理公司的工业激光部的高功率CO2激光器股权已为德国Rofin-Sinar公司所收购,主要生产1.5kW-6kW横流CO2激光器。 联合工艺公司主要生产波长1.3微米的碘激光器及二极管激励固体激光器的紫外准分子激光器等。现在的二氧化碳激光器功率多为500W,而理论上可高达100KW,近期报导已达到20kW。且其功率越大,效果越好,故日本对二氧化碳激光器开发研究寄以期望。 

(2)、大功率一氧化碳激光器是日本业创造研究所和三菱重工联合研制的,89年实现了连续4小时5kW,短时间达7kW振荡输出。93年其输出功率已达到20kW,它在切割焊接中正崭露头角,而高功率的碘激光器是日本产业创造研究和川崎重工一起开发的,1989年实现了近红外的振荡 ,它是化学激光器,特征是振荡效率极高,5kW 一氧化碳激光器、1kW碘激光器装置已设立在92年4月成 立的激光应用工学中心。 此外,弧光灯激励固体激光器放大都为3kW, 因其存在功率增大导致光束发 散角偏大和脉冲振荡重复频率低的缺点,日本正努力研制半导体激励YAG 激光器来取而代之。据报导, 1kW二极管激励YAG激光器由正由日本国立研究所制成。 目前,大功率准分子激光器及其在材料加工中 的应用开发研究引起人们极大兴 趣。它可利用短波长高能光子不产生热量的分子水平的加工。86年日本通产省工业技术院提出的18家民间企业与3所国立研究所参与的“超尖端加工系”, 就是以准分子激光和离子束为中心工具,其目标是在93年研制成2kW级Xecl 准分子激光设备。激光加工切割的灵活性、高精度、高速度、高可靠性、高效率等优点,不仅在 薄板工业上,而且在金属、塑料、陶瓷业中也广为使用。最近5轴或6轴三维激光切割机器人已在日本汽车、机械、电机重工中大显身手。同时,激光焊接在日本电子、电机、汽车、车辆零部件,OA机器等小件、大批 量生产中得到 迅速发展。是日本产业界生产线上成功应用激光焊为世界所瞩目。 如在汽车车体制造中日本大胆采用有坯料时就将薄钢板实施激光焊接后冲压成型的新方法(Tailorcd Blank Welding),现已为世界上绝大多数汽车厂家所仿效。日本以5kW及10kW二氧化碳激光焊代替了闪光对焊进行制钢业轧钢卷材的连接。在薄、中厚板钢管 、高级薄型不锈钢制造时,与高频电焊、TIG焊相结合,保证了质量的稳定性。日本致力于激光超薄板焊接的研究,如板厚100微米以下的箔片, 无法熔焊, 但通过有特殊输出功率波形的YAG激光焊得以成功,显示了激光焊的广阔前途。日本引以为自豪的是在世界上首次成功开发了将YAG激光焊用于核反应堆中蒸气发生器细管的维修,这是日本最大限度地利用YAG激光(波长1.06微米)能以石英光纤遥控传输和集周边设备之大成的尖端技术。随着今后3kW以上的高功率、高亮度且控制维修性皆佳的YAG激光器和新一代二极管激光激励大功率固体激光器的诞生,软硬件的配套,预计这一领域的激光技术还会有新的突破。 据1992年东京大学研究与发展研究所T·Fujioka报道,日本CO2激光加工机年 销售额为558 亿日元,YAG激光加工机年销售额为177亿日元,总计为735亿元日。CO2激光加工机主要应用于切割和打 孔(占总台数的94.8%),焊接(2.8%); 而YAG激光加工机主要应用于标记(34.5%),焊接(27.7% ),微调(10%)和切割、打孔(8.9%)。日本生产CO2激光器的厂商有60家,生产CO2激光加工机的主要制造厂商为三菱电气、松下电气、Amada和Mazak等公司,占日本激光加工市场70%左右。另外德国Rofin-Sinar激光公司和日本Marubeni及Nippei Toyama公司合资经营;德国的Trumpf激光技术公司和日本石川岛播磨重工合资经营,这表明德国的CO2激光加工机已进入了日本激光加工市场。日本生产YAG激光器的有日本电气、富士电视、东芝等30家生产厂家。约70-80%的CO2激光器用于切割,约有70%的YAG激光器用于电子工业。另外,据统计,到1995年为止日本已建立了1500家激光加工站。近来年,以每年新建200-300家的速度在递增。日本激光医疗始于Ar激光眼底凝固、外科二氧化碳激光刀、内科Nd:YAG激光内窥镜等迎来了光能热利用激光医疗第一代。随着激光技术的进步,激光化学效益治疗法诞生,开辟了激光医疗的康庄大道,现今,日本所有医疗领域中都应用了激光。日本利用Nd:YAG倍频激光(532 nm)的医用激光器,其基波功率为60W, 调谐波功率约20W,通过KTP变换波长,已在医疗上广泛使用。 Er:YAG激光的2.94微米光较之二氧化碳激光的10.6微米更易被水、Ca、P等所吸收,多用于切开、切除多水份的身体软组织及骨切开术,性能大大优于二氧化碳激光刀。由于可以光纤传导,今后,若3微米带的稳定光功率纤维开发成功, 将用于体腔内患部的非切开、切除手术。此外,稀土类元素Ho:YAG激光器也已开始使用。日本利用激光治疗癌症十分积极,主要是Ar激光激励、闪光灯激励、准分子激励的染料激光器。随着光纤技术的发展,它们是非切开治疗体腔内癌的划时代的新手段,还能治疗血管狭窄、闭塞、给心脏外科带来革命。光纤腹腔镜已顺利走上应用轨道,不动手术的腹腔内疾患激光治疗法,对高龄人口结构的日本具有重要的、现实的意义。准分子的紫外光束有良好的光化学效应,适宜于非热性切开、切除、并能抑止红外光束所常见的切开部的热变性和炭化,一部分ArF激光器(角腊在波长1.3微米的碘激光器及二极管激励固体激光器的紫外准分子激光器等。现在的二氧化碳激光器功率多为500W,而理论上可高达100KW,近期报导已达到20kW。且其功率越大,效果越好, 故日本对二氧化碳激光器开发研究寄以期望。

(3)、德国激光产业发展现状 在欧洲地区激光产业发展最快的是德国,特别是激光材料加工方面处于世界领先的地位。1986年德国提出了1987-1992年《激光研究与激光技术》资助重点的BMFT资助计 划,在这五年期间实际投资为2亿6千2百万马克,资助重点与经费分配为:激光器与元件36%,应用技术与系统集成48.9%,激光测量与激光分析12.2% ,其它2.3%;也就是说约72%的经费用于激光材料加工的课题(光源、元件、系统和方法)。承担课题的有科研集团(FHG、MPG、GFE)6个科研所,9个大的激光中心,高校研究所中的30个科研组,共约900名科研人员参加。在这期间建立的比较著名的研究所和中心有:夫朗和费激光技术研究所、柏林固体激光研究所、汉诺威激光中心、斯图加特光束应用研究中心等。根据德国机械制造协会——激光材料加工工作联盟1994年的统计,用于材料加工的光源(CO2)和YAG激光器)总共生产了1364台,产值1.65亿马克,比1993年增长13%;激光器件台数增长了39% 。特别是用于标记和牙科方面的小功率激光器即YAG激光器出现了超比例的增长率。因此德国用于加工技术的激光器,高于以前任何时期。用于材料加工的光源,德国企业(主要是Rofin-sinar激光公司、 Trumpf激光技术公司、Haas固体激光公司、Lambda Physik 公司等)几乎占了世界市场的40%,处于领先地位。与此同进,还签订了1544台激光器的订货合同,价值1.77亿马克。1994年激光系统的营业额也有大幅度的增长,完成了860个系统的生产额,价值为2.35亿马克,台数增长率为51%,销售额增长率为17%。与此同时,还签订了937个系统合同,价值2.49亿马克(台数增长率58%,产值增长率18%),这些合同与1995年预测的生产额接近。在激光光源方面CO2占42%,Nd:YAG占35%;在激光系统方面CO2激光加工系统占56%,YAG激光加工系统占40%,CO2激光加工系统Trumpf公司是自行配套,而Rofin-Sinar公司则与格瑞斯海姆有限公司合作配套,已形成Lascontur系列激光加工机。出口部分的增长表明,在国际上德国企业有强大的竞争能力,德国激光工业目前仍处于上升阶段。 在完成1987-1992年BMFT“激光研究与激光技术”资助计划后,1993 年德国又提出了“激光2000”新的资助计划。 战略目标是:*开创 21世纪激光技术领域科学技术基础。*支持革新激光技术,以保持和加强激光器生产与激光工业应用在国际上的竞争能力。*消除激光应用中的科学技术障碍。激光研究与激光技术未来重点:*新一代激光器的基础重点课题有:·高功率二极管激光器·二极管泵浦固体激光器·高功率气体激光器新的机理。*精密加工重点课题有:·激光方法的评价·激光诱导生产方法·紫外激光光子技术*开创新应用领域的基础·激光光学测量与检测方法·非线性光学·激光生物动力学及微处理(涉及分子、原子范围)·产品和环保技术的激光光学测量与检测*激光医疗重点课题有:·医疗技术中新的激光方案·光学层析摄 影法资助计划起止时间:1993-1997年资助金额:2.75亿马克德国为了推广激光加工技术,除了建立9个国家级激光中心外,还大量建立激光加工站;同时在大、中、小型企业积极建立激光加工生产线, 例如:大众汽车厂的齿轮激光加工生产线;奔驰汽车厂共有18个厂房,其中有8个厂房安装了激光加工生产线;Thyssen钢铁公司的轿车底板激光拼焊生产线;西门子公司建立了线包引线激光点焊生产线,接触器铁芯、衔铁激光焊接生产线,集成电路激光微调生产线及半导体硅片激光毛化及退火生产线等。在“激光2000”中特别提出了94-95年,每年提供500万马克(25个项目),向批准有激光加工技术项目的中小厂每个项目资助20万马克。 

三、我国激光产业发展现状及存在的主要问题

 

国家科委委托中国光学光电子行业协会进行的统计表明,1991-1995 年我国激光产业的总销售额为125亿元,1995年销售额是1990年的69倍,平均年增长率达到2.3倍,远远超过国外的增长速率。其中光存储销售额最大,为109亿元,五年共出口 CD机2120万台,创汇8.2亿美元,其次是测距、准直,7.8亿元;第三位是激光医疗设备2.5亿元,第四位是激光加工设备2.1亿元。

目前,国内从事激光器及激光应用设备生产的单位约500多家, 其中生产激光音像设备的有380多家,生产其它激光设备的有150多家,国家级的激光工程技术研究中心有四个,各种类型的激光加工站有120多家,并正在迅速发展。

    其中,中国在中低功率全固态激光器产业化方面处于国际领先。国家“863”计划———“中低功率全固态激光器产业化”项目,2000年11 月 13日通过了中科院高技术局主持的鉴定。由两院院士王大珩、工程院院士梁春广、陈良惠等专家组成的鉴定委员会认为,该项目综合技术指标达到了国际先进水平,产业化规模已居国际领先水平,是我国高新技术产业化的成功范例。中低功率输出的半导体激光泵浦的全固态激光器是八十年代末期新出现的激光器件。这类器件具有体积小、重量轻、携带方便、使用安全、转换效率高等特点,除在物理、化学、生物、医学等高技术领域有着广泛的用途外,在娱乐广告、建筑等其它领域的用途也日益增多。国际上的有关专家认为这是一种非常有前途的激光产品,是新世纪激光器发展的主要方向。

    中科院长春光学精密机械与物理研究所从“八五”初期开始,在国家“863 ” 计划和国家自然科学基金项目的支持下开展了“半导体激光泵浦全固态绿激光器”的研究,1994年该项目通过了成果鉴定,并被国家科委列入重大成果转化项目,后又被国家计委列入“产业化示范工程项目”。经过数年独立自主的边研制、边开发、边产业化,项目组研究设计出了适合产业化生产的激光器结构,摸索出了一整套行之有效的激光器产业化生产工艺技术,达到了年产3万余台的生产能力, 并通过了 ISO9001国际质量保证体系的认证。

    我国激光产业具有很好的发展前景和很大的潜力,但也必须看到除激光音像设备已形成较大的规模,在世界上占有一定的地位外,其它激光设备的产业与国外相比尚存在较大的差距,主要问题是:(一)科研与生产结合得不好,科研成果转化为生产力的能力较差,许多具有市场前景的成果 仍停留在实验样机阶段;如20年前西北大学开发大功率全固态激光器处于国际领先,但是直到今天才迈出了产业化的第一步。(二)资金投入不足,市场开拓不够,一些重要激光产品尚未形成规模生产,效益较低;(三)产品质量较差,在安全性、稳定性、可靠性及标准化等方面还有待进一步提高;(四)激光系统的配套能力较差,增加了用户使用的困难;(五)创新能力较差,高档次的激光产品少,智能化、自动化程度较低,缺乏市场竞争能力;(六)从技术管理上看,激光产品缺少国家标准,激光产业没有归口主管部门,产品质量监督不够,这些都不利于激光产业的发展。

四、我国激光产业发展战略的建议

 

根据我国基础工业比较落后,激光产业起步较晚的特殊国情,我国激光产业的发展战略应采取“重点突破”的战略,而不宜采取“全面推进”的方式,应该是“ 集约型”发展模式,而不宜采取“粗放型”发展模式。按这一思路,我国激光产业发展战略应为:以世界激光产业发展趋势和国内外市场为导向,以国民经济建设和人民生活急需的重要项目为龙头,集中力量,发挥优势,采取重点突破,组织和建立多种投资体制和产业集团,逐步形成规模生产,加速激光产品商品化、产业化和国际化的进程。努力开拓市场,使我国的激光产值在本世纪末达到200亿元,2005年达到 300 亿元,2010年达到400亿元。

这一发展战略,可具体分为以下三个方面:

(一)在激光产业布局上,建立重点基地

形成规模和辐射源经过国家和地方政府的扶持,给予特殊政策,可望在较短的时间内,在北京、上海、西安、武汉、广东等地形成具有较大规模和较高水平的激光产业集团,形成规模生产,从而带动全国激光产业的发展。

        (二)在激光产品方向上,以重点产品为龙头

    重点发展激光音像设备、激光加工成套设备、激光医疗器械、激光检测仪器、激光印刷设备等。与此同时,要积极推动在全国大、中城市,大、中型企业建立激光加工站或生产线,推广激光加工技术;在全国大型医院建立激光医疗中心,在中、小型医院建立激光医疗科室;并分别建立激光加工工艺及激光医疗的数据库。

   (三)在激光产业发展步骤上,实行三步走的战略

    从现在起到2010年大致分为三个发展的阶段。第一个阶段用大约三年的时间加强激光产业基地建设,建立若干个激光产业集团,初步形成规模化生产,产品年总销售额达到200亿元,部分产品进响亮国际市场; 第二阶段用大约五年的时间完成产业基地向全国辐射激光产品的商品化、产业化程度大幅度提高,产品年总销售额达到300亿元;第三阶段再用大约五年时间完成激光产业的国际化,激光产品在国际市场上具有较强的竞争能力,并占有一席之地,年总销售额达到400亿元。

五、加速我国激光行业发展的对策和措施

   (一)转换机制,促进激光产业集团的建立和发展

目前我国多数激光公司和企业规模较小,投资强度低,没有形成规模生产,运行机制不灵活,缺乏市场竞争能力。为此,必须促进现有的激光产业集团公司或新建地区性的激光产业集团公司的发展。

1、促进现有激光产业集团公司的发展。 现有一些企业集团还不能适应市场经济和市场竞争。必须建立多种成份组成的“股份制”的经营模式,解决好多方面的经济利益及分配,形成科研、开发、生产、营销一体化的经营机制,参与市场竞争。

    2、促进建立地方级的“激光产业集团公司”,运用市场机制, 以经营良好、实力较强的企业为核心,吸收或兼并其它企业,形成地区性的激光产业集团公司。

    3、以激光产品为龙头,成龙配套, 在生产成套设备的同时与激光加工的二次产品相结合的方式建立激光集团公司。例如:建立“激光热处理缸体、缸套成套设备公司”、“激光焊接金刚石锯片成套设备公司”,然后结合激光加工站,激光加工中心建立产业集团公司。

    4、走与企业集团相结合的道路,由有实力的企业或企业集团以投资、 控股、收购等多种方式,使激光生产部分变为该企业集团的一部分。例如德国西门子公司兼并Rofin-Sinar激光公司,美国相干公司兼并德国Lambda-physik激光公司等。

    (二)大力提高激光产品质量

    我国激光产品的质量与国际先进水平相比还有较大的差距,主要表现在安全性、稳定性、可靠性、使用寿命及自动化程度方面。要改变这种局面,必须注意抓好:

    1、加速制订激光产品的国际标准和企业标准。

    2、要严格按照国际标准的要求开发和生产产品,按ISO9000系列标准建立健全质量体系。

    3、注意提高零部件的产品质量,例如光学元件、开发电源、风机、冷却系统、泵浦灯、激光晶体、振镜、Q开关等关键元、器件,建立一批专业化生产点。

    4、根据市场需要研究和开发,采用国际先进零部件的激光新产品, 加大系统集成力度,努力创新和建立中国名牌产品。

    5、健全产品质量监督机构,加强激光产品质量监督工作。

   (三)积极开拓国内外激光市场,加快激光产业国际化的进程

    1、发挥激光技术作为高新技术的辐射功能, 加强同传统产业改造尤其是国民经济发展的支柱产业(汽车、钢铁、电子、机械等)的紧密结合,纳入国家和地方发展计划,提高激光技术 开发的经济效益和社会效益, 这是开拓激光市场的重要途径。

    2、引进国外先进技术与资金,建立若干个生产激光器和成套设备的合资企业,以提高我国激光产品水平。

    3、大力推广激光加工站,是开拓激光市场的有力措施。近10多年来, 国外建立了约5000个激光加工站。我国现在只有120个左右的激光加工站或加工中心,发展将有很大的潜力。这些加工站承接加工,研究加工工艺,为推广激光加工技术打开了窗口,起到了示范、宣传推广作用,其经济效益亦十分可观,有力地推动了激光产业的发展。建议国家和地方政府对建立区域性的激光加工站或加工中心加大资金扶持的强度。

    4、开拓国际市场,特别是东南亚、南亚和西亚的国际市场。 在国外建立销售和服务网点,以质量和价格优势参与国际市场竞争,使我国激光产品在国际市场上占有一定的份额。

    5、重视培育一支高素质的激光产品营销队伍,特别要提高对市场信息的收集、分析、推销的能力,做好售好服务工作。还要重视联合相关行业的营销机构,建立一批代销点。

    (四)建立一支高水平的稳定的激光产业队伍

    1、形成一支具有创新意识和攻关能力的高水平的研究开发队伍

    科技人员在研究、开发及产业化过程中一直起着主导作用。因此,一方面各单位要通过制定优惠政策,提高科技人员的生活待遇,建立和完善奖励、培养、使用和流动制度,稳定队伍,并充分发挥科技人员的积极性。另一方面要注重培养年轻科技人员,促使他们尽快成为科研开发骨干,从而保持激光研究开发队伍的稳定。

    2、培养造就一批优秀的企业管理人才

    管理和技术是产业发展的双翼,管理人员的素质对企业的经营状况和企业的发展起着举足轻重的作用,优秀的管理人员必须是懂科学、懂市场、事业心强、管理在行,有开拓精神的复合型人才。当前我国激光企业的管理层还达不到这种要求,应采取多种培养方式,进一步提高他们的管理水平。

    3、建立一支训练有素,符合激光产业要求的职工队伍

    作为高技术的激光产业,职工队伍必须具有较高的专业素质,但目前这一要求还远远不能达到。要通过多种渠道,大力开展职工技术培训,使之经常化、制度化、全面提高职工队伍的素质。

    4、培养造就一批具备国际化知识的人才

    发展激光产业需要一批通晓国际经贸知识,了解国外企业行为及有关法律、税务、财务、金融等制度,能开拓国际市场、懂管理、有专长的复合型人才。对于国际化人才的培养可采取国内外培训与实践中锻炼相结合的方式。吸引留学人员的回国创业,聘请海外专家来华工作,是发展激光产业的有效途径。

(五)加强管理,为激光产业工作的管理

 

    1、加强政府部门对激光产业发展创造良好条件

    国外激光产业初期的发展,主要靠政府支持,利用其强大的工业基础,并实行高强度投入。在我国激光产业还没有正式的归口部门之前,建议由科技部归口管理。在科技部下属成立国家激光专家管理小组。协助政府提出激光科技、产业发展规划和政策法规的建设,和行业协会共同组织、协调、交流激光产业的发展,努力探索一条宏观管理与市场机制相结合的有效途径。

    2、增强对激光产业资金的投入,建立多元化投资体系

    资金投入是激光产业化的必要条件和基础,为了适应我国从计划经济向市场经济转变的要求,有必要对现有投资政策进行调整,建立一种多元投资体系,即包括政府、企业、集体、个人、金融机构等多种投资渠道。只有政府投资增加的同时,才能大力发展非政府的投资,以适应激光产业的发展,建议国家设立激光产业风险投资基金。

    3、制定和完善激光产业的法规和政策

    我国激光产业还在起步阶段,许多法规还未建立,如激光设备质量检测标准、激光设备安全防护规定,激光产品销售许可证的发放等,都需要有关部门归口管理。通过减免税收促进技术创新和发展,是世界各国创立和发展高技术产品的一项重要政策措施。我国政府比较重视减免税收来促进高新技术的发展,但有关减免税的政策措施还不完善,需要进一步调整,才能适应激光产业发展的需要。

    (六)加强科普宣传,推广激光应用,培育激光产品市场

    激光技术应用十分广泛,市场潜力很大,但人们对激光技术的优越性和应用的广泛性还认识不足,激光市场尚处在开发阶段。对此,我必须采取有效措施,大力开发市场,为激光产业创造广大的发展空间。

    1、充分发挥广播、电视、报刊等新闻媒介部门的作用

    由科学技术部主持,激光行业协会协助,制作有关激光基本知识及其应用的科技宣传材料,让更多的人了解激光。

    2、举办激光应用专题研讨会

    邀请有关行业人员参加,使与会人员对激光的用途有较深的了解,以便在今后的技术改造、更新工艺、新产品开发中考虑使用激光技术。
    

激光在产业中的具体运用

 

    (一)激光在汽车工业的应用

    安全性、舒适性、节能和环保一直作为世界汽车工业发展的主题,激光技术作为现代汽车生产中的主要加工方法之一,其发展也主要是围绕着这一主题并结合本专业的自身特点进行的。汽车工业是激光加工应用最多的领域之一。据有关资料统计,在欧美工业发达国家中,有50%-70%的零部件都是采用激光加工来完成的。尤其是近年来发展很快,1998年全世界约有3000多台激光加工机用于汽车工业,而且每年还有数以百计的激光加工机投入使用。应用于汽车工业的检测、快速成形的小功率激光器目前也有数千台。

    在汽车工业中,激光加工通常以切割为主。激光束切割一般采用大功率二氧化碳气体激光器,为了提高切割速度和切割质量,在二氧化碳激光切割机的光束出口处一般都装有喷嘴,以便在切割过程中同时喷吹气体。由于金属表面对于波长为10. 6Чm的光波反射率高,在切割金属工件往往喷吹氧气或压缩空气,以提高切割效率;而在切割易燃材料时则喷吹氮气等惰性气体以防止燃烧。

    激光切割的切径宽度一般小于0.5mm,但也有达到lmm左右的。它和工件的材料及厚度、激光束的功率、焦距及焦点位置、激光束的直径、喷吹气体的压力及流量等各种因素有关。在汽车样车和小批量生产中大量使用三维激光束切割机,对普通铝、不锈钢等薄板、带材的切割加工,应用激光加工,其高速切割速度已达10m / min,不仅大幅度缩短了生产准备周期,并且使车间生产实现了柔性化, 加工面积减小了一半。由于它的加工效率高,比机械加工方式的加工费用减少了50%。有报告称,每日开两班。折旧期可在2年左右完成。

     激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺。激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起,然后再进行冲压,这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。激光焊接的速度约为4.5m/min,而且很少变形,省去了二次加工。激光焊接加速了用冲压零件代替锻造零件的进程。采用激光焊接,可以减少搭接宽度和一些加强部件,还可以压缩车身结构件本身的体积。仅此一项车身的重量可减少56kg。激光焊接用于车顶外壳与框架焊接,传动转换器盖板的焊接,由CNC控制,其循环时间约为16秒,实际焊接时间仅为3秒,一天可连续运行24小时。

     随着大功率输出的二氧化碳激光器的出现,金属表面处理工艺得到了很大的进展。其中应用较广的有激光涂层、激光合金化、激光抛光、激光冲击硬化等工艺技术。激光表面处理在汽车的发动机阀座、车顶外壳与框架等零部件的制造中得到了广泛的应用。

     在汽车零部件的生产中,如钢套、曲轴、活塞环和齿轮等的热处理,在经激光热处理后,不必再进行后处理,可直接送到装配线上安装。

     激光加工计算机数控与柔性制造技术相结合,在汽车模具的制造中,得到了广泛的应用。激光切割、激光表面处理、激光热处理等工艺技术,使原来制作模具周期从28周缩短为4-6周,满足了汽车快速改型的需要。

     激光测量在汽车工业中成为技术测量的主力,它可以将零部件与模型比较,对经过修理或修改的零部件与原始模型进行比较,或在零部件的设计改变后迅速修改刀具或模具。在汽车零部件生产中,激光测量可以快速和非常精确地检验每一个成品零部件的尺寸是否与设计尺寸完全一致。而且,激光测量仪能够最迅速地将一个零部件或物理模型转变为数字化文件,这种文件可以用各种方法处理并同其他文件进行比较。

     激光快速成型技术是在90年代初,在计算机、激光、高分子材料、CAD/CAM、精密机械等新技术迅速发展下应运而生的,并在汽车工业中很快得到应用,它突破了制造业的传统模式,成为当前最具吸引力的技术。

     激光快速成型系统一般采用:氧化碳气体或氩气体激光器,利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层,然后利用“积分”的思想,将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结,由点、线构造零件的面(层),然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场,极大地提高了汽车生产企业对市场的应用能力和产品的竞争能力。

   (二)激光在农业的应用

    1处理种子: 在激光作用下的种子,能把适宜的光子摄入其细胞, 增强细胞的生物能力,促进种子的发育,提高光合效应,缩短成熟期,并能增强作物的抗病能力。

    2育种: 激光能诱发生物遗传结构改变,甚至发生突变, 从而培育出优良的新品种,这种科学方法称为激光育种。农业育种学家根据绿色植物的叶片经过一定波长激光照射后,会发出一种非常微弱的荧光的特点,采用灵敏的仪器将此荧光的光量测出并记录下来,再对照不同品种植株苗的荧光亮度与产量的关系,发现同一品种农作物的荧光越强,产量就越高。

    3除草: 美国一家农业研究所的科研人员研制成功一种新型的激光除草剂,其主要成分是按基乙酰丙酸。这种除草剂完全是通过光发挥作用的,效力大,用量小,不损害农作物,对人畜无害,使用非常方便。于黄昏前喷射施用,被杂草吸收后,在光的作用下,便产生有害物质,破坏杂草的细胞膜,最后流出汁液,在4小时之内杂草就变白而枯死。

    4灭虫: 国外科学家研究结果表明,采用激光照射蚊虫类和螨类害虫, 能将它们全部杀死。如果采用高能激光照射农作物的害虫,轻者绝育,重者死亡。对环境没有污染。

    5检测作物病因: 美国农业科学家研究表现, 当激光照射到健康的农作物上时,就能被利用吸收进行光合作用。如果激光照射到生长不良或有病虫害的作物上,光能不会完全被光合作用所利用,其中有一部分会分散成不同波长的冷光被反射回来。通过分析这些光的性质,就可以检测出农作物的病害,确诊病因,对症下药。

 6选择家畜精子性别: 美国农业研究中心研究成功一种激光选择家畜精子性别系统。这种系统是根据X精子染色体中的DNA比Y精子染色体中含量多, 在激光照射时,X精子染色体比较明亮,由电脑记录其荧光高密度, 然后在电声作用下分离开X精子和Y精子,于是选用X精子与卵子受精便生产雌畜,选用Y精子与卵子受精便生产雄畜,目前,美国已在牛、羊、猪等家畜中进行试验。

     7剪羊毛: 澳大利亚的养羊业非常发达, 但用传统的剪刀剪羊毛费时费力,效率低。科技人员研制成功一种激光装置,利用该装置的光束代替传统的剪刀,把羊毛连根剪断,整张毛被剥下来,提高工效10倍。

    8改良水果品种:沙田柚是盛誉海内外的名果,果肉柔嫩,味甜有蜜味。主要缺点是果内的籽太多,一个果平均有籽140-150粒。现在用激光改造了柚子树性能,结的柚子里面含的籽很少,而且有4%的果内一粒籽都没有。 果子的肉更甜,含可溶性固性物高达12-14%,比通常的果子含量高2%左右,产量也提高了。 以往一朵花只结一个果,结两个果的就很少了,现在,一般结二三个果,还出现一朵花结40个果的事。平均每棵树可以收400个果,而以前只有150-200个。 还有一种叫“沙子早生”的桃子树,它结的桃子肉厚、嫩、甜,是制造桃子水果罐头的好原料。我国引种了好几年,但结果率很低。果树栽培专家说,这是因为它患有“不育症”。现在采用激光照射处理的办法,终于治好了它的“不孕症”,结果率达85%以上,产量比原先提高4倍以上,而且果子的品质也获得提高,含糖量高达14.5%,恢复疲劳素(天冬氨酸)的含量提高35%左右。

                           (本文摘自科技部基础研究高技术司《我国激光产业发展的对策研究》附录