激光技术未来发展前景论文题目怎么选

激光行业与激光技术休戚相关，发展前景极佳。激光技术作为工业制造领域的一股核心驱动力量，本身也在不断向前发展。总结来说，激光器正在向着“更快、更高、更好、更短”这四大方向发展。更高：激光器的功率越来越高，平均功率已经超过10万瓦。2013年，第一台商用的10万瓦级光纤激光器在日本名古屋NADEX中心安装，用于焊接300mm厚的钢板。激光切割应用也向着更高的功率发展，激光切割机的功率持续走高，已经达到8~12kW。更好：激光器输出的光束质量越来越好，光纤激光器的光束质量已经达到10万瓦级单模。在过去的一年中，光纤激光器、碟片激光器、直接半导体激光器的亮度都有大幅度提升。更短：激光器的输出波长覆盖更短的波段，短波长激光器已经广泛应用。很多先进的制造工艺都需要冷加工，例如在智能手机制造中，很多时候需要用短波长、短脉冲的紫外激光来处理。短波长激光已经在表面标记、半导体晶圆加工、钻孔、切割等领域获得了大量应用。更快：激光器的脉冲速度越来越快，超快激光器取得了快速发展，已经凭借着更简单的结构、更方便的操作、更低廉的成本和更稳定的性能，走出实验室进入工业应用中。激光技术的应用形成了百花齐放的激光行业。激光清洗：随着环保意识的增强，各种环保清洗技术应运而生，激光清洗技术就是其中之一。激光清洗利用高能激光束与工件表面要去除的物质相互作用，发生瞬间蒸发或剥离，无需各种化学清洗剂，绿色无污染。可用于清除油漆、油污、氧化层、清洗螺杆、除锈、清洗焊缝等。激光清洗在微电子、建筑、核电站、汽车制造，医疗、文物保护、钢铁除锈和模具去污、汽车制造、建筑等领域拥有巨大市场空间。金属3D打印市场：金属3D打印也即增材制造，通常使用的是选择性激光器熔覆（SLM）技术，利用激光能量将金属粉末一层层熔化，最终制成想要的形状。这其中使用的激光源主要是光纤激光器、碟片激光器/CO2激光器和飞秒光纤激光器，功率范围30W到1kW以上。3D打印的精细度也越来越高，打印出的精细结构的分辨率已经达到微米量级。激光雷达：未来五年激光雷达市场将稳步增长，市场增长的主要驱动力来自于无人机、自动驾驶的汽车、机器人、军事及安全等领域。激光照明：激光照明的一部分市场是汽车激光照明，主要是汽车头灯。宝马、奥迪等知名汽车制造商都采用了激光照明系统。另一部分市场是安全激光照明，如为夜晚环境中骑行的人们提供警示性标识。

未来激光产业的发展趋势主要表现在以下几个方面：首先，国家产业政策支持激光加工技术发展。从国家支持的“加快发展战略新兴产业”“中国智能制造”和“新基建”等国家产业政策可以看出，未来激光技术的应用市场广阔，加上激光制造具有智能制造的先天“基因优势”，而激光产业形势也因为国家产业政策的大力支持，发展前景总体趋好。第二，借助资本市场的导向，完成产业布局。将资本引入激光行业，一是可以加大研发投入，提高自主创新能力，扩大国产率；二是加速垂直整合，打通激光产业链。近几年的激光行业的资本市场看点颇足，柏楚电子、杰普特、联赢激光、海目星和帝尔激光等先后登陆科创板。国家证券市场的科创板、创业板给产业提供了一个大的增长空间。“我们在发展激光产业的时候，应该转换一下思维，走强强联合、资本融合的道路，走出产业发展的瓶颈。”第三，激光产业全球化趋势更加明显。随着中国激光产业规模越来越大，市场越来越大，国内企业参与全球化竞争势在必行。“目前中国市场，国内激光企业占据的份额虽然不断在扩大，但在激光设备方面，德国通快依然是全球激光设备的制造龙头，跟他们还有明显的差距。这是我们需要努力追赶的。”第四，技术创新实现智能化、自动化。只有掌握了核心技术，才能在面临危机时在产业链上下游竞争中占据优势。目前对激光加工的要求越来越智能化，打破了原来单一激光打标机、焊接机、切割机等设备，逐渐趋向智慧化工厂、自动化产线。如华工激光提出的“激光+智慧工厂”解决方案、三维五轴激光自动化切割设备等让华工激光在疫情时代获得了有利的市场竞争地位。“技术创新是无止境的，没有技术创新能力的公司，必然会受到市场大环境的淘汰。”第五，开发更多新型应用。当前，激光技术发展越来越成熟，一方面功率不断攀升，光纤激光器功率突破40 kW；一方面精细度不断提高，皮秒、飞秒激光技术的逐步成熟和产业化。多方面的发展势必会壮大许多产业，甚至孕育出许多新兴的产业。激光产业的未来应用要重点关注超快激光的广泛应用、激光清洗在航空航天的应用、激光三维五轴打破国外的垄断、激光3D打印已逐步形成的规模化市场等。以上内容节选自：武汉华工激光公司技术总监卢飞星在首届福州光电产业论坛中的报告：《中国激光产业发展状况及展望》。

激光技术发展趋势 nnw

超快激光行业发展现状1961年中科院长春光学精密机械研究所研制出我国第一台红宝石激光器至今，中国激光技术也走过了五十多年的快速发展历程;在产业化方面，20世纪90年代起，老牌激光器公司进入超短脉冲激光生产。近年来，激光器稳定性的不断提高，开始大规模产业应用。在市场规模方面，根据中国科学院武汉文献情报中心统计数据，2015-2020年中国超快激光器销售额快速增长，2020年中国超快激光器销售额超过27亿元，同比增长20%，2015-2020年间超快激光市场规模的年均复合增长率约为24%。超快激光行业前景预测激光器是激光加工装备的核心部件，激光器技术水平成为影响激光加工装备的技术水平的关键因素;微加工激光器将保持向更短波长、更窄脉宽、更高功率方向发展的趋势，微加工应用场景将进一步扩展。2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出，以国家战略性需求为导向推进创新体系优化组合，加快构建以国家实验室为引领的战略科技力量。聚焦量子信息、光子与微纳电子等重大创新领域组建一批国家实验室，重组国家重点实验室，形成结构合理、运行高效的实验室体系。在科研基础不断夯实和需求扩张的双轮驱动下，以皮秒、飞秒为代表的超短脉冲激光器市场容量将持续增加。因此预测中国超快激光行业市场规模将保持15%左右的速度继续增长，预计到2026年中国超快激光行业市场规模将达到62亿元左右。——更多数据请参考前瞻产业研究院发布的《中国超快激光行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

电子雕刻机雕刻头研究现状与发展　　[摘要] 介绍了电子雕刻机雕刻头的研究现状与发展。目前成熟应用的主要是电磁驱动式的,　　分为摆动式和直动式,具有雕刻频率高、雕刻质量好的特点;同时介绍了工作原理不同于电磁式雕刻　　头的电子束雕刻和激光雕刻,尤其激光雕刻,具有强大的发展潜力;以及正在研究和发展的压电陶瓷　　和超磁致伸缩驱动器,这些功能材料的应用为雕刻头的发展提供了很好的参考方向。　　关键词:雕刻头; 电磁驱动; 激光雕刻; 电子束雕刻; 压电陶瓷; 超磁致伸缩驱动器　　凹版印刷以其印品墨层厚实、颜色鲜艳、饱和度高、印版耐　　印力高、印刷速度快等优点在图文出版和包装印刷领域内占据　　重要的地位。目前,电雕凹版因技术先进、成本低、制版质量高　　且稳定、适应范围广、利于环保等优点已在凹版制造中占主导　　地位,一直是近年来的主流雕刻方法。印版的好坏是决定印刷　　质量的一个关键因素,凹版电子雕刻效率的高低直接影响到整　　个凹版制版的进程。印版是电雕系统根据数字化的图文信息　　驱动雕刻头在版辊上雕刻网穴后处理而成,因此,雕刻头的驱　　动装置在整个制版过程中起着重要作用。从上个世纪60年代　　开始,此领域的科技人员不断探索,希望能提高电子凹版雕刻　　的效率及质量,雕刻效率及质量可以从多方面提高,提高电子　　雕刻机的雕刻频率是一种最有效最直接的途径。德国、美国、　　瑞土和日本在电子雕刻技术方面处领先地位,我国在这方面的　　研究基本为空白[ 1O2 ]。文中主要介绍了电子雕刻头的研究现　　状及发展方向。　　1 电子机械雕刻　　电子机械雕刻是由电O机械转换器驱动雕刻刀,在滚筒上　　雕刻出网穴的一种方法,其关键在于电O机械转换器的工作性　　能。　　111 常用结构的原理及特点　　一般而言,磁钢产生稳恒磁通,控制线圈产生控制磁通,二　　者差动叠加产生驱动衔铁运动的电磁力,带动衔铁运动。　　112 转动式电磁铁　　结构原理如图1所示[ 2 ] ,磁钢在气隙中产生稳恒磁场,在　　控制线圈未加电时,通过装配时的调试,衔铁处于相对平衡位　　置;当控制线圈加电时,衔铁被极化,产生磁力拉动衔铁转动,　　图中显示了衔铁的一种极化方式。当控制线圈加以高频变化　　的电流或电压时,衔铁便产生高频摆动,带动雕刻刀进行雕刻　　工作。　　高刚度的回复弹簧是利用衔铁所在扭杆的弹性扭转来得　　到,结构简单,高刚度易实现;且带有稳恒磁场调节结构,可以　　调节电磁铁系统的工作点,使磁钢发挥最好效能;控制线圈只　　有一个,与采用2个控制线圈的相比,简化了结构,缩小了体　　积。　　Hell公司的电雕机采用的摆动式雕刻头如图2所示,其衔　　铁结构如图3所示。通过衔铁的摆动带动金刚石雕刻刀在版　　辊上雕刻凹穴,利用扭杆的扭转变形来实现高刚度回复弹簧的　　功能,并且其半圆型的一端用来调节扭杆的刚度,输出杆上有　　45　　张策等 电子雕刻机雕刻头研究现状与发展　　阻尼环,用来调节电磁铁系统的输出特性[ 3 ]。　　图1 摆动式电磁铁 图2 电磁雕刻头　　F 1 Swing electromagnet F 2 Electeomagnetic engraving head　　113 直动式电磁铁[ 2O5 ]　　结构原理如图4所示,带有雕刻刀的直动轴固定在衔铁　　上,装配时调节衔铁,使之在磁场中处于相对平衡状态,当控制　　线圈未加电时,磁钢的引力不能使衔铁产生动作;当控制线圈　　加电时,衔铁产生极性,在电磁力的作用下,克服衔铁刚度,运　　动一定位移。给控制线圈加以高频电压或电流,衔铁产生上下　　运动,从而带动雕刻刀的垂直运动,完成在版辊上雕刻凹穴的　　工作。　　图3 衔铁结构 图4 直动式电磁铁　　F 3 Armature structure F 4 DirectOacting electromagnet　　在此结构中,衔铁的运动是平动,气隙两侧是异名磁极;高　　刚度回复弹簧通过衔铁的弹性变形得到。　　国外某些公司采用该结构原理,也可以达到很高频率。该　　结构电磁铁结构较复杂,体积也较大,装配调试也有一定的难　　度。在电子机械雕刻方面, Hell公司雕刻头的雕刻频率由起初　　的4000Hz发展到如今的12800Hz,MDC公司的V ISION3雕刻　　头达到8100Hz,在网穴深度稍减时可达8600Hz,提高了生产效　　率,电子雕刻具有雕刻网穴的深度和面积均可变化、重复性强　　的优点,且雕刻过程中无污染。　　2 激光雕刻和电子束雕刻　　211 激光雕刻[ 5O8 ]　　20世纪70年代,激光就开始在胶印、凹印制版领域发挥　　作用,在90年代,国外的公司开始激光直接雕刻的研究。激光　　直接雕刻铜版,在技术上一直认为是不可行的,但它可以直接　　雕刻锌。瑞士MDC公司通过制版工艺的改进,实现激光直接　　雕刻。先在钢辊上电镀一薄层镍,然后再在其表面镀铜,随后　　又镀了一层锌。这层锌可吸收激光能量并被蒸发,随之蒸发的　　还有其下面的铜,便生成了载墨的网穴。雕刻后,像其他雕刻　　滚筒一样,最终在滚筒上镀一层坚硬的铬。还开发了大约　　500W功率的YAG激光器,每秒能雕刻7万个网穴。　　直接激光雕刻系统主要由3部分组成:高能量的激光;激　　光传输系统;光学系统,通过调节焦距,来调节单位面积上的能　　量。激光的原理如图5所示。　　激光脉冲的聚焦点直径和入射能量决定网点的几何形状。　　简单的直接激光雕版系统只能调整能量的大小,而激光聚焦点　　的直径根据所需的网点预先设置,在雕版过程中不能改变。网　　点直径由激光聚焦点的直径决定。　　先进的SHC (New Super Halfautotyp ical Cell)调整方法使每　　个激光脉冲的2 个参数:能量和聚焦点的直径都可以调整。　　“先进”意味着每个网点的几何形状网点的直径和网点的　　深度可以相互独立,在确保直接激光雕版的精度下任意调整。　　Hell解决了激光直接雕刻铜版的技术困难,在Drupa2004　　上展示了所研制的可直接在铜版或铬版上进行雕刻的激光雕　　刻机样机,给业界带来了巨大反响。　　随着激光技术的发展,激光雕刻不仅体现了电子机械雕刻　　的优点,而且具有许多自身的优点,比如无接触雕刻等,目前该　　方法制作版辊成本稍高,但其众多优点使其成为雕刻发展的一　　个方向。　　212 镀铜凹版的电子束雕刻[ 1 ]　　图5 激光雕刻原理图 图6 电子束雕刻示意图　　F 5 Laser engraving F 6 Electron beam　　p rincip le engraving p rincip le　　如图6所示,采用高能电子束可以对镀铜的凹版滚筒进行　　雕刻。电子束由热阴极产生,在 5～5万V电场的加速下射　　向滚筒表面。在此过程中、电子束受到电磁场的会聚控制。在　　小于l的时间内使电子束会聚到网穴所应该达到的直径。电　　子束按所需网穴深度大小在镀铜层上作用一定时间,以便达到　　所需深度。每个网穴的雕刻时间不长于6,以此达到l5万个网　　穴/ s的高频率。在滚筒表面上,电子束的动能转化为热能,使　　铜熔化和汽化,残留在网穴边缘的熔化物被刮刀刮掉。由此可　　46　　包装工程 PACKAGING ENGINEER ING V 26 No12 2005　　知,电子束凹版雕刻所形成的网穴是开口面积和凹下深度都变　　化类型的。　　由于电于束的能量会与空气中的各种离子碰撞而损失,因　　此,电子束雕刻必须在真空装置内进行。使用高能电子束发生　　器和真空仓,造成设备成本高昂,最终导致其难以实用化。由　　于电子束离子与金属表面的吸附作用,使得所雕刻的网穴偏　　深,尤其在雕刻中调颜色的网穴时,得不到预期效果[ 9 ]。　　3 正在研究和发展的雕刻头　　311 压电陶瓷( PZT)　　在压电陶瓷两端加以电场,压电陶瓷发生伸长现象,这是　　压电陶瓷内部的晶体结构变化引起的。利用压电晶体的逆压　　电效应,实现电机械转换[ 10 ]。单片压电陶瓷的伸长量很小,一　　般要多片叠加成压电陶瓷堆,以满足雕刻位移要求;其输出力　　很大,可以比电磁力大10倍左右。对压电陶瓷堆加以高频变　　化电压时,其伸缩随之变化。理论上可达1～ 5万网穴/ s的　　雕刻频率[ 4 ] 。　　压电晶体会产生较大的滞环,必须设计合适的驱动电路以　　减小压电晶体的滞环影响[ 11 ]。压电陶瓷驱动器结构如图　　7[ 1O2 ]所示。　　超磁致伸缩材料( Giant Magnetostrictive Material,简写为　　GMM)是一种新型功能材料,具有高刚度、磁滞小、应变大、响　　应速度快、能量传输密度高和输出力大等特点[ 12O13 ]。　　图7 压电陶瓷雕刻头示意图 图8 超磁致伸缩驱动结构原理图　　F 7 Princip le of pzt driving F 8 Structure p rincip le　　engraving head of GMM driver　　GMM电O机械转换器常见结构如图8所示,当给线圈提供　　电流时,在线圈内产生磁场,超磁致伸缩材料便产生长度变化,　　推动输出件工作,其具体工作情况见文献[ 13 ]。在电子雕刻　　中需要高频率,输出力并不需要很大,因此GMM的输出力大　　的优点并不适用于此处; GMM的输出是非线形的,受热效应的　　影响较大,这些都需要进行补偿,特别是高频时必须处理好焦　　耳热效应和涡流;此外, GMM需专门的驱动装置来提供磁场,　　材料本身价格也较高[ 12 ]。虽然如此, GMM所具有的许多优异　　性能,仍使其成为高频电O机械转换器开发的一个参考方向。　　4 结 语　　电子机械雕刻头主要有摆动式和直动式,其特点是雕刻频　　率高,雕刻质量好,且已产品化,为许多制版企业应用;激光雕　　刻,经过多年的发展,在版辊雕刻方面已表现出了优异性能,目　　前虽然成本较高,但其表现出了强大的发展潜力。在发展电子　　机械雕刻头方面,压电陶瓷和超磁致伸缩等功能材料是很好的　　发展方向。　　参考文献　　[ 1 ] 金杨1 凹版电子雕刻原理及其技术进展[ J ] 1 印刷技术, 1999,　　(4)　　[ 2 ] 朱广宙, 方平, 王传礼,等1现代电子雕刻系统及其关键技术　　[ J ]1现代机械, 2003, (2)　　[ 3 ] Laserstrahl versus DiamantstichelOTeil 3 Druck &MedienOMagazin,　　2004, (5)　　[ 4 ] 朱广宙1 电子雕刻机高频电机械转换器的研究[ C ] 1硕士　　学位论文, 2003　　[ 5 ] 张改梅, 王辉1 激光雕刻会取代电子雕刻吗[ J ] 1 印刷技术,　　2003, (7)　　[ 6 ] 金杨1 从德鲁巴看激光雕刻凹版及柔版制版技术的发展[ J ] 1　　印刷技术, 2000, (10)　　[ 7 ] Laserstrahl versus DiamantstichelOTeil 4 Druck &MedienOMagazin,　　2004, (7～8)　　[ 8 ] 王棣坊1 新的雕刻方法给凹印开拓新的未来[ J ] 1 印刷世界印刷杂志, 2001, (10)