在傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的大背景下，我國激光制造迎來了發(fā)展的新機遇。我國激光制造當前發(fā)展的態(tài)勢如何？新的機遇在哪些領(lǐng)域？未來發(fā)展所需內(nèi)外部條件有哪些？最終，又如何在國際競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位？這都是產(chǎn)業(yè)發(fā)展面對的問題。本期《千人》邀請國家“千人計劃”專家、大族激光董事、副總經(jīng)理兼首席技術(shù)官呂啟濤博士接受采訪，請他談一談激光制造的前沿話題，探究產(chǎn)業(yè)前行的道路。
與傳統(tǒng)制造相比，激光制造的優(yōu)勢在哪？其主要的技術(shù)類型有哪些？
呂啟濤：激光的本質(zhì)特性——超高的空間和時間相干性、超強的亮度、極短的脈沖寬度，決定了激光制造技術(shù)的優(yōu)勢。首先，激光加工是非接觸式的，因此激光是一把永不鈍化的“光刀”；其次，激光可以聚焦成小于微米大小的點，非常適合高精度的微細加工；第三，激光能量高度集中，通過控制激光脈沖在材料上的作用時間，很容易實現(xiàn)很多材料的“冷加工”，最大限度地減少加工過程中的熱影響；最后，激光加工靈活性強、適應(yīng)性廣，激光制造可用于各種異形材料的加工，并實現(xiàn)同種材料之間的焊接。這些優(yōu)點促使激光應(yīng)用日益廣泛，成為先進制造、精密微加工必不可少的工具。
目前，主要的幾種激光器技術(shù)分別是固體、半導(dǎo)體、氣體及光纖激光器，按功率可劃分為低、中、高三種，以激光脈沖的時間寬度（指激光功率維持在一定值時所持續(xù)的時間）為準，又分為連續(xù)、毫秒、納秒、皮秒、飛秒激光器。選擇什么樣的激光器，在很大程度上取決于被加工材料的性能及加工工藝，同時要綜合考慮設(shè)備的穩(wěn)定性、經(jīng)濟效益等因素。近幾年來，由于光纖激光器的強勁增長，固體激光器和氣體激光器的市場份額逐步下降，而且未來還會持續(xù)下去。高亮度半導(dǎo)體激光器的發(fā)展也很快，而且在焊接和表面處理等應(yīng)用上有一定的優(yōu)勢。皮秒及飛秒激光器主要用于脆性材料、微電子行業(yè)的超精細加工。
激光制造的主要應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？市場規(guī)模幾何？呂啟濤：近20年來，隨著新型激光器的巨大進步，以及相應(yīng)加工工藝的不斷革新，激光制造技術(shù)已滲透至大到航空航天，小到微電子產(chǎn)品等諸多高新技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。目前激光制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有：1. 激光信息標記，用激光將產(chǎn)品信息直接雕刻在各種產(chǎn)品的表面上，取代傳統(tǒng)的油墨絲印、標簽。因為靈活、快速、環(huán)保、經(jīng)濟等優(yōu)點，激光標記技術(shù)在電子工業(yè)、食品醫(yī)藥、智能手機、五金工具等各行各業(yè)的普及率非常高；2. 激光切割，此技術(shù)不僅在汽車、船舶、五金行業(yè)用于切割幾毫米甚至幾十毫米厚的金屬材料，而且在微電子、LED晶元、太陽能等領(lǐng)域充分發(fā)揮其“精、準、快”的獨特優(yōu)勢；3. 激光焊接，相比大多數(shù)傳統(tǒng)的焊接方法，激光焊接可使高導(dǎo)熱、高熔點的金屬局部快速熔化，實現(xiàn)某些特種金屬或合金材料的焊接。因為在激光焊接過程中無機械接觸，容易保證焊接部位不變形。目前，高檔汽車車身、飛機機翼、航天器機身等一些特種材料的焊接，已普遍采用激光焊接技術(shù)；4. 激光鉆孔，使用激光很容易達到微米級的鉆孔，主要應(yīng)用于高集成度的多層PCB板制造、脆性材料和超硬材料的加工；5. 激光光刻，近年來大規(guī)模集成電路的進步離不開激光技術(shù)的助力?？傮w而言，當前工業(yè)激光裝備的銷售規(guī)模并不是很大，2015年全球的銷售額約為130億美元，其中中國市場占到近四分之一的份額。但是，激光裝備作為無可替代的先進制造工具，其創(chuàng)造的價值是數(shù)十倍的。
當前我國激光制造的優(yōu)勢與劣勢在哪里？
呂啟濤：在過去的20年里，中國在吸引外資的優(yōu)惠政策推動下，憑借勞動力優(yōu)勢逐漸成為了“世界代工廠”。在這個大背景下，我國的激光制造產(chǎn)業(yè)得到了強勁的發(fā)展，一舉成為全球最重要的激光應(yīng)用市場，并且涌現(xiàn)出了一批以“大族激光”為代表的中國激光企業(yè)。國內(nèi)激光企業(yè)的最大優(yōu)勢在于充分貼近市場、實時響應(yīng)客戶的需求以及強大的系統(tǒng)集成能力。與此同時，我們突破了一些核心激光技術(shù)：比如大族激光自主研發(fā)生產(chǎn)的Draco系列紫外激光器，連續(xù)5年產(chǎn)銷量全球第一；在迅猛發(fā)展的光纖激光器領(lǐng)域，武漢銳科、深圳創(chuàng)鑫、捷普特的市場份額也逐步提高，取得了可喜可賀的成就。
另一方面，我們也要清醒地認識到，在很多激光制造技術(shù)中，國內(nèi)的激光企業(yè)仍然處于產(chǎn)業(yè)鏈的中、下游，扮演著系統(tǒng)集成商的角色。大量激光器、高精度運動平臺、控制系統(tǒng)依靠進口，面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的高端激光加工裝備不能滿足行業(yè)需求。另外，同許多行業(yè)一樣，知識產(chǎn)權(quán)保護的不足和惡性價格競爭嚴重影響著企業(yè)發(fā)展激光核心技術(shù)的動力。
新時期，我國激光制造將面臨哪些機遇與挑戰(zhàn)？呂啟濤：在新一輪制造業(yè)革命中，我國正面臨前所未有的機遇，中國激光產(chǎn)業(yè)的黃金十年可期。首先，中國政府提出“中國制造2025”、制造強國的發(fā)展戰(zhàn)略，努力打造具有國際競爭力的制造業(yè)；其次是企業(yè)成為創(chuàng)新主體，推動技術(shù)資源高效配置和綜合集成，促進產(chǎn)業(yè)鏈的上下延伸與本土化；三是越來越多的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)迫切需要借助激光加工技術(shù)，提升產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級；四是科技革命不斷催生新的業(yè)態(tài)，如新能源、電動汽車、虛擬現(xiàn)實、無人機等等；五是中國半導(dǎo)體及電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景非常好。因此，我提出了“激光技術(shù)+X”的發(fā)展方向，這里的“X”代表了智能制造、機器人、3D打印、視覺技術(shù)、新工藝等等。
同時，激光產(chǎn)業(yè)也面臨前所未有的挑戰(zhàn)。因為，隨著中國從低成本向中高收入國家過渡，亞洲正在經(jīng)歷第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以來的第三次工業(yè)大轉(zhuǎn)移：一方面勞動力密集型工業(yè)從中國轉(zhuǎn)向成本更有競爭力的東南亞、印度、南美地區(qū)；另一方面，跨國公司借助于設(shè)計創(chuàng)新能力、高度自動化和機器人的技術(shù)進步，逐步將生產(chǎn)線搬回本國，回歸“歐美制造”。因此，我國激光制造業(yè)也面臨兩大挑戰(zhàn)：一是必須盡快突破、充分掌握激光光源、運動控制、自動化等核心技術(shù)；二是需要提高設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性，提升全球化的經(jīng)營能力，參與國際市場的競爭。只有這樣，才能真正實現(xiàn)制造工廠搬到哪里，我們的激光設(shè)備就賣到哪里。
在您強調(diào)的智能制造中，激光制造的產(chǎn)業(yè)前景如何？
呂啟濤：自德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略提出后，全球多國把機器人、自動化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展視為國家經(jīng)濟實力和國際競爭力的重要指標。可以預(yù)見的是，在工業(yè)制造領(lǐng)域，激光加工技術(shù)將發(fā)揮越來越重要的作用，并不斷朝著自動化、智能化、集成化等縱深方向發(fā)展。自動化與激光系統(tǒng)的結(jié)合將是大勢所趨。事實上，大族激光研發(fā)生產(chǎn)的各種激光切割機、焊接機、鉆孔機都帶有高精度CCD視覺定位、自動上下料等功能，因為越來越多的企業(yè)要求激光加工技術(shù)與自動化設(shè)備相結(jié)合，實現(xiàn)激光加工設(shè)備的無人操作。
2008年金融危機之后，東南亞國家開始成為低成本制造業(yè)的主要產(chǎn)地之一，其發(fā)展勢頭正在加快，中國則逐步失去了“世界代工廠”的地位,不得不加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，努力向“世界工廠”的角色轉(zhuǎn)變。這個轉(zhuǎn)變能否成功，將嚴重影響中國未來的經(jīng)濟發(fā)展及就業(yè)狀況，因為真正實現(xiàn)“機器換人”后，跨國公司有更多的選擇，將工廠建在社會秩序穩(wěn)定、運營效率高、附加成本低、知識產(chǎn)權(quán)得到保護的地區(qū)。比如特斯拉的生產(chǎn)車間就設(shè)在美國，從原材料加工到成品的組裝，全部生產(chǎn)過程幾乎都自給自足，沖壓生產(chǎn)線、車身中心、烤漆中心與組裝中心，這四大制造環(huán)節(jié)有超過150臺機器人參與，在車間里很少見到人的影子。
呂啟濤：激光制造與3D打印的關(guān)聯(lián)度非常高，事實上激光技術(shù)在3D打印的各種技術(shù)路線中，起著至關(guān)重要的作用，如激光固化成型、激光選區(qū)燒結(jié)、激光選區(qū)熔化、激光近凈成形等等。采用的激光器種類包括CO2激光器、光纖激光器以及紫外激光器。各種功率大小的光纖激光器主要用于加工各種金屬材料，比如鈦合金、不銹鋼、鈷鉻合金等；CO2激光器用于加工非金屬材料，比如陶瓷，石英砂，尼龍等；紫外激光器則主要應(yīng)用于光固化樹脂等制品的制造。
3D打印技術(shù)是智能制造領(lǐng)域不可或缺的部分，具有個性化制造的優(yōu)勢，在航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅速。在此基礎(chǔ)上，未來的3D打印將更趨于向高精度、高效率、大體積、多材質(zhì)的方向發(fā)展。這個需求將促進激光技術(shù)的進步，同時高功率激光器、皮秒、飛秒激光器、不同波長激光器的進步將成為3D打印技術(shù)發(fā)展的強勁動力。
需要指出的是，盡管3D打印技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景，我個人不贊同“第四次工業(yè)革命”的說法，也不認同政界、資本市場對此制造工藝的渲染。過去三年里，在地方政府扶持政策的助推下，全國各地成立了幾百個名目繁多的3D打印聯(lián)盟，其中絕大多數(shù)“聯(lián)盟”是成立會議召開后就沒有下文了，這是一種“浮躁”現(xiàn)象。
您如何看待激光制造與電子信息產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的前景？
呂啟濤：改革開放以來，中國雖然在輕工業(yè)、石油化工、機械裝備、重型工業(yè)和電子終端產(chǎn)品等領(lǐng)域進步顯著，但在以半導(dǎo)體為主的大規(guī)模集成電路產(chǎn)業(yè)、以精密電子設(shè)備為主的電子元器件產(chǎn)業(yè)、以新型材料為主的材料應(yīng)用和材料加工領(lǐng)域，與日韓歐美等國還存在巨大差距。眾所周知，中國電子元器件年進口額二千多億美元，已超過原油，一旦禁運，后果不可想象。
所以，2014年以來中國大陸掀起了新一輪的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投資熱潮，預(yù)計今后10年內(nèi)將有數(shù)千億元資金投入到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中。而隨著半導(dǎo)體設(shè)備和材料的需求快速增長，國內(nèi)年需求規(guī)模有望超過200億美元。未來，國內(nèi)配套的設(shè)備和材料廠商將逐步實現(xiàn)從低端向高端替代，其中激光制造技術(shù)將扮演關(guān)鍵作用。因為藍寶石/硅片襯底、靶材、電鍍液、封裝基板等材料，都離不開刻蝕機、晶元切割、晶元劃片、光刻機、全自動IC打標等精密激光設(shè)備，因此，未來激光制造與電子信息產(chǎn)業(yè)結(jié)合的市場空間還很廣闊，。
總而言之，如何盡快擺脫對半導(dǎo)體及集成電路器件的進口依賴，不僅關(guān)系到中國產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟的利益，更是關(guān)系到國防安全和國家發(fā)展戰(zhàn)略。由于此行業(yè)為技術(shù)和資金密集型的，想在此行業(yè)涌現(xiàn)出世界級企業(yè)，不僅需要國家的政策和資金的支持，更需要科研人員敢于創(chuàng)新的聰明才智和自強不息的奮斗精神。
作為一種新制造工藝，在航空航天、發(fā)動機制造等高端制造領(lǐng)域，我國激光產(chǎn)業(yè)將面臨哪些機遇？
呂啟濤：中國在航空航天、船舶制造、發(fā)動機制造等領(lǐng)域的投入加大，給我國激光產(chǎn)業(yè)在這些高端制造領(lǐng)域提供了一個很好的發(fā)展環(huán)境。激光行業(yè)的標桿企業(yè)大族激光緊緊抓住這個機遇，今年年初聯(lián)合中航國際完成了對全球航空自動化裝配線的主要供應(yīng)商—Aritex Cading,S.A公司的并購。此次收購，標志著大族激光強勢進軍航空航天系統(tǒng)集成和智能制造領(lǐng)域，將極大地提高大族激光的綜合競爭力，助力中國航空航天事業(yè)的發(fā)展。我們盼望國家出臺更好的政策，讓更多的民營企業(yè)，更直接地參與發(fā)動機、大飛機、核電設(shè)施等重大項目的研發(fā)及制造。
面對前所未有的機遇，國家政策如何才能真正助力激光制造的發(fā)展？
呂啟濤：目前，中國形成了三大激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)集聚板塊：珠三角、長三角、湖北，形成了三足鼎立的局面，環(huán)渤海和西安區(qū)域的發(fā)展也較快，應(yīng)用市場則集中在廣東省、江滬地區(qū)、鄭州地區(qū)、成都地區(qū)。如前面所說，在激光產(chǎn)業(yè)鏈中，國內(nèi)的公司偏重于系統(tǒng)集成、應(yīng)用工藝。近幾年來，隨著地方政府招商引資的政策支持，以及資本市場的青睞，國內(nèi)激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)開始了快速"躍進"。然而，由于有些企業(yè)并沒有擁有自己核心競爭力的研發(fā)體系和市場競爭力的產(chǎn)品，“低價、低品質(zhì)的同質(zhì)化競爭”影響了國內(nèi)激光產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
目前一方面，激光技術(shù)在高端制造領(lǐng)域的應(yīng)用潛力還很大、急待開拓；另一方面，國內(nèi)的激光打標機、低功率焊接機的價格持續(xù)大幅下滑，顯得產(chǎn)能已經(jīng)過剩，即便如此，還是不斷有新激光公司成立，提供類似的產(chǎn)品及服務(wù)。這應(yīng)該與地方政府之間的競爭招商和各種現(xiàn)金激勵政策有關(guān)。政府應(yīng)該致力于營造公平、高效、廉潔的商業(yè)環(huán)境，降低企業(yè)運營的稅負及其它成本，關(guān)注教育、醫(yī)療、交通等民生問題，而不是以事先發(fā)放現(xiàn)金、贈予土地的方式影響投資人的決策、技術(shù)創(chuàng)新、以及市場的“優(yōu)勝劣汰”。其實這種做法也容易造成權(quán)力尋租、投資失敗。在與地方政府的招商引資交流中，我多次強調(diào)要從四個方面來論證一個項目的引進：資源（當?shù)厥欠裼邪l(fā)展此產(chǎn)業(yè)的原材料、配套設(shè)施）、市場（客戶是否在當?shù)馗浇⑷瞬牛ǜ咝录夹g(shù)是需要高端人才的，當?shù)厥欠衲芪瞬?、留住人才）、資金（地方財政收入和投資人是否有足夠的實力支撐項目的持續(xù)發(fā)展），切不可盲目上馬。
為應(yīng)對未來的競爭，我國該如何培育產(chǎn)業(yè)人才？
呂啟濤：其實就光學行業(yè)來講，中國是全世界培養(yǎng)人才最多的國家，超過歐美。每年都有很多光電子方面的大學生、碩士生和博士生畢業(yè)，這是發(fā)展激光設(shè)備制造業(yè)的基礎(chǔ)。當然大多數(shù)畢業(yè)生還缺乏對工業(yè)設(shè)備的認識，沒有開發(fā)產(chǎn)品的經(jīng)驗。大族激光對此的應(yīng)對方法一是加強與國內(nèi)大專院校、研究所的緊密合作，除了重大項目聯(lián)合攻關(guān)之外，還定向培養(yǎng)大族激光急需的人才；二是立足于公司內(nèi)部培養(yǎng)，廣泛參與國際上產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界舉行的產(chǎn)品展覽和學術(shù)交流活動，了解國際技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展趨勢；三是從國內(nèi)外引進行業(yè)尖端人才、做技術(shù)帶頭人；四是加強與國際高科技公司的合作、擇機并購， 以達到技術(shù)互補、開拓海內(nèi)外市場的目的。
在培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)人才方面，我們應(yīng)該向德國學習，匹配發(fā)展學術(shù)研究型和應(yīng)用技術(shù)型的大學，還應(yīng)該建立一些專業(yè)型職業(yè)培訓學校，通過建立校企合作平臺，協(xié)同標桿企業(yè)，共同培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用型人才。一流的設(shè)備、一流的產(chǎn)品需要一流的技術(shù)工人來制造，技術(shù)工人要能得到全社會的尊重和認同。
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