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中国光协激光应用分会秘书长张建敏:激光制造应用现状及趋势

三、趋势展望

激光在制造领域的应用是极其广阔的。,依据中科院武汉文献情报中心等每年出版的《中国激光产业发展报告》,从这里面我们看出最近几年国家科技计划在激光制造领域投入年增30%以上,但是相关数据也可看出这里面拿到科研经费支持的主要单位基本上是科研院所和高校,企业份额很少。我们判断梳理认为这里面有两个原因,一是项目可能都偏基础,二是项目生成方式可能需要改进,出题的专家来自企业一线的偏少。

激光制造产业每年增速在20-30%,远高于GDP增速,说明激光制造应用在扩展。制造业是国民经济的基础和支柱产业,我们国家制造业的整个的规模最大,已经超过美国、日本、德国三个国家的总和了;但是我们激光技术在制造业里面的渗透率只有30%左右,其他三个国家都在40%多,这意味着激光制造的应用程度达到这几个国家相近的话,我们在现在这个规模至少还能够有50%以上的成长空间。

我国激光制造行业仍存在一系列不足。总体来讲还是比较分散的。在中低端水平,我们产品已经牢牢占据了国内市场,开始向世界上推出。但在高端产品原创和首创的产品比较少,大部分产品都是跟随型,即这类产品第一台往往是国际上大公司做的,也就是说我们根据产业的需求创造开发出全新的激光装备的工作做的不够。这里面体现出科研和产研融合不够,关键共性技术供给不足,关键核心部件的国产化程度不够,是产学研用金协同创新不到位。结论是,我们认为激光制造创新空间、发展空间潜力非常之大。

面对十九大提出2035年国家发展目标,以及现在正在急剧变化的世界形势,我们激光制造有着广阔的发展空间,当然我们也有很多要解决的问题。我们前面提到很多高端装备,都在跟随国外的路;我们要想做世界创新大国,要走到世界的前列,就不可能老跟别人走,我们要在激光制造领域实现以下转变:从粗放型,中低端产品要向高端产品去攀登;从局部进口替代向全面的进口替代并向世界输出发展;以区域化的内向型市场为主逐步内外结合的全球化市场推进;从模仿跟随型向自主创新引领型去发展。

工程院战略咨询项目课题组提出的2035年战略目标设想,我想这也是一种倡议、希望。我今天跟大家做个介绍,也希望大家往这个方向努力。主要内容包括:突破激光制造基础理论,取得原创性技术成果,超前部署研发下一代激光制造技术;探索激光制造新原理、新方法、新技术;攻克激光制造用核心功能部件;研发智能化、极端化、高性能先进激光制造技术与系列装备。期望到2035年:基本实现我国激光制造全产业链自主供给,解决技术瓶颈问题,在某些技术领域取得绝对优势,在未来科技竞争中获得部分话语权;实现大规模产业化应用,产业规模达到1万亿,有效支撑我国社会的创新驱动和可持续发展并创造巨大的经济和社会效益;总体实力达到与世界先进水平“并跑”,促进传统制造业转型升级,支撑我国高端制业发展。

项目组也提出了2035年前的重点攻关装备:热加工用十万瓦级高亮度连续激光器;冷加工用万瓦级超短脉冲激光器;激光微纳制造新装备;激光表面制造技术与装备;激光复合制造装备;三维复杂结构激光智能制造装备;高可靠高性能智能化精密激光金属增材制造装备;幅面及体成形高效高精度激光增材制造装备;超微/超大极端难加工结构超高效增材制造装备。

根据我们做新装备研制的经验,认为要做一个全新的装备研发,我们需要走通需求识别、技术选择验证、新概念设计、研制试用及改进验证的过程。在需求识别方面,系统总体要对应用有深入洞察,判断有没有可能;在技术选择验证方面需要探讨工艺、效率、选什么样的波长、什么样的激光器、频率等因素,在前两个环节往往科研单位比较擅长。基于这样做成产品的原型,中间进行一系列的试用迭代,才能形成综合的新型装备。因此,我们国家要做新型的装备,未来更需要在创新的体系上、创新生态建设上做大量的工作。

我们在做新装备研制中,有以下几点体会:

1)装备(产品)创新的核心是,以满足需求为目标,而不是效仿别人——跟踪注定落后,创新才能超越。

2)装备创新是一个体系行为,不是一个人猛然间的灵光一现,不是个人行为,要组织有意为之。装备创新不仅仅是提出新的概念,而是要建立从概念提出、原理验证、实验、评估、应用检验的全链条。

3)装备创新是需求与技术可行性的有机结合,对需求有敏锐感知、具体把握,对新技术有深刻理解,这就要求研制方与需求方深入沟通、迭代和高效协同。

4)装备创新需要多领域多单位的合作、协同,(机理研究、技术攻关、产品研发、市场推广、金融和政策支持)。

最后,做点小结:

激光制造大有可为、潜力无限;加速激光制造产业的发展,需要在政府、大学、科研院所、企业、金融机构、行业协会、中介机构等多元创新主体的联系和互动。

激光应用分会期望在这这个发展过程中,为多元创新主体和行业的发展中发挥交流、互动的平台作为,并在产业规划、产业共性技术问题提出与研发策划、产业标准规范制定中发挥积极的推动作用。

今天我的汇报的内容有不少来自于《我国激光技术应用2035发展战略研究》项目成果。今年《中国工程科学》第二期6月份出版的专刊,里面有约20篇文章,感兴趣的可以从工程院的官网上可以下载。

谢谢大家!

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