西南技术物理研究所王浟：智能制造大潮中的激光技术

2019年6月28日，激光制造与再制造技术及应用研讨会 在北京兴基铂尔曼酒店召开。现场专业人士众多，南极熊3D打印网是本次研讨会的合作媒体。


下面是现场速记，或许有些不完美之处，但总体上干货信息量很大，值得阅读。

董世运：好，有问题我们后面再跟赵主任交流，再次感谢赵主任，谢谢。下一个报告有请西南技术物理研究所的王浟老师给我们作报告，他的题目是“智能制造大潮中的激光技术”，欢迎王老师。
    王浟：非常感谢邀请我来参加这次会议，因为这里边有很多搞激光技术的专家，有高校、科研院所，还有企业界的朋友，有这个机会向大家学习，非常荣幸。我可能是理解的有点问题，工程学会的老师跟我联系的时候，我们回到国内以后，自己有团队以后，现在搞了一些清洗过程之中激光相互作用，特别是刚才几位老师都说到激光清洗，特别是搞激光熔覆和3D打印的，它是由来已久比较古老的话题，但是也是非常复杂的一个话题，它在强激光，在强的方面，两个比较高的情况下，里面所形成的激光物质的达标，在温度压强以及密度方面的一个变化。同时对激光的辐射吸收，以及激光所至的等离子体，到底在激光加工之中有什么样的正面作用，这里面有一些结果。但是在这里面没有涉及到，就是涉及到一些一般性的话题。以后如果我们还有这样的机会，非常高兴把这些情况向各位老师汇报。
    今天讲的话题是激光在智能制造中的技术。这个话题可能有点大，我可能说的也不是十分准确，这也是希望和大家进行互相交流探讨，我快速介绍一下，刚才好多老师都讲了，基本行业都快速地说了，激光的材料等等有这么多，它既可以加工金属材料，也可以加工非金属的材料。这里面我也不去讲了，这个图大家都是非常熟悉的。不同的加工过程中所需要的激光规律也是不一样的，我自己既搞技术本身，也是激光源的本身。同时激光源的载荷物质相关作用之中，这样两个方面都做，所以我自己比较关注，下面这三样属于激光加工的老三样，激光到底发生了什么，目前来说激光产业，我讲了三个区域非常成熟。接下来以后，我们要做什么，这个问题可能是需要我们在座的每一个搞科研的或者搞产业的人，很多朋友需要一些思考。
    激光切割的优点很多，咱们也不展开讲，切割系统无论在材料，还是在电子行业，都有很多的应用，包括皮革和材料，这是在浙江省已经有一些少数的企业开始实施，而且效果非常不错。打孔老师也讲过，一般如果用二氧化碳等打孔法很多。现在到底打什么样的孔，里面的问题比较大，例如说金属打孔，相对来说比较简单，透明材料打孔以后，你不能简单地把它激光拿来用一下，这里面可能有一些技术上或者工艺上的难题，还是有待于解决，因为你要打一个锥形孔，没什么难的。打一个倒锥形孔就比较麻烦，因为正锥形孔从激光原理上是一个进口大、出口小，如果进口小、出口大的孔，当然可以说是有一种方法，打进去以后，它是里面旋转，但是如果打一个微小的孔要实施旋转，可能就不是很实用。当然，这还是直孔，如果是一个弯孔，甚至是盲孔，怎么办？这是非常难的问题，不是激光加工，已经没有什么太多难题去解决了，要解决难题非常得多。
    焊接也是一样，也不展开讲。刚才有老师讲到，同质化的焊接比较容易，不同质的材料焊接可能比较困难，假如说不锈钢和高分子材料之间如何去有机结合到一起，又不产生你所不需要的化学的反应，这恐怕是一个很难的课题，这也不需要讲，大家都非常了解，都是这方面的专家，像这种是计划焊接的装配件。
    下面也讲了，整个的过程，这方面已经很早了，起码有10年到15年的时间，已经应用在一部分产业上，特别在航空发动机上面。比如说下面的一些激光模拟，激光打标恐怕是我们国家激光工业涉及到最新涉及的行业，因为相对来说处理的过程比较简单，目前来说因为达标，整个的过程包括特殊材料上的达标，大部分的问题都已经得到了解决，不是什么很要命的问题。下面这个，我觉得应该是残存的比较大的一个方面，也是一个挑战，也是一个非常好的方向。
    激光微处理的时候，什么东西一到微小的行业里以后，今天上午清华大学的钟老师就讲，你如何把它做的看着很漂亮，但是以后在微结构上这样的加工，恐怕不仅是一个研究的方向，应该是一个非常重要的产业的方向。好像目前这一方面，我们还有比较大的缺陷，就我个人的了解。整个的激光的微加工以后，比较简单的就是一些打孔或者沟槽，或者形成某种具有规模化的这样的形状。例如说这里边，打出一个像孩子喝奶奶粉一样的这个东西，整个和纳米技术结合起来的纳米粒子已经用激光自动生成纳米结构，这样的一种工艺过程目前来看还远远没有利用到产业之中。因为这个里面其中一个就是激光和物质相互作用，它之间的这个重复性和再现性，因为不理想，所以就导致了工业界，这里面这么多头，大家探讨一下。每一个形状里头有一些差不多，但是有一些明显的，像右下角这个头都找不到，这样产业界是不能够接受的，你写一篇论文，没有什么太大的关系。
    目前来说，特别我们国家在这次行业之中，激光技术应用相对比较成功，珠江三角洲一带，例如说激光的打孔、描画，特别是PCB的切割等等， 因为好多东西，大家手里边都有手机，他们统计过手机里面激光加工的越来越多，过去的时候表面面板，钢化膜切割，过去不好激光切割，现在已经解决了。激光切割修复应用得非常好。这里面不讲了，激光条形码技术比较简单，都不是太难的，像PCB切割，现在也在许多的电子工厂得到了应用。我快速讲一下，整个的半导体激光，这里面可能有一些情况。我自己是搞激光的，以后如果不重视，恐怕要吃大亏。所谓的（英文），根本和我们在大学里面学过的激光完全是两个概念，还是他们讲的越做越小，如果他能用这么一丁点的激光器，来实现这样一个激光器的大部分的功能，原来的激光器就极有可能在产业上被淘汰，这个趋势在不同的行业里，我也讲了很多，包括一些手机工业，就不讲了。化学工业，咱们搞化学的可能不太多，整个的是北美，美国搞的是最成功的，例如说是化学定性，里面的化学加工等等，包括激光跟化学的反应。在咱们国家相对来说没有大规模的应用，例如说定性是什么？好多一堆一堆的测量，包括上午老师说的，各种技术要加密等测试。包括这个也是很熟悉的，它的PPT里面。这里是一些用于在激光医学方面的成像，这是我们需要的，这个应用我们也不太懂，我们是激光，它用的是X射线，CP成像技术等等。
    我快速说了，这个激光化学的反应也有很多，这是在整个的化学界里面，利用激光技术，好像在咱们国家比较罕见。中美德政府，实际上咱们国家现在中美之间有贸易摩擦，实际就是2025，美国是2012年推出工业互联网，德国工业4.0。这里面的核心基本上就是在智能制造。智能制造，因为我不是搞智能制造技术，只是自学一些，说不到点子上，请大家批评。实际上大概是这五个方向，就是生产过程、产品，整个的制造业产业新模式，之后是管理和服务，这五个方面的情况应该是所谓的智能制造的解决要素。我们大家都是搞激光的，激光和这个东西如何去结合起来，这个话题可能比较大，相对来说假如是更高的工艺，更高的自动化，更精密的加工，取代传统的这种产业，这就是智能制造了吗？可能还不能这么说。特别是现在我和一些企业家接触的时候，大家就经常把这个机器人有自动化理解智能制造，这恐怕不准确。机器人也好、自动化也好，只是智能制造几个基本的要素之一，激光技术有多重要，我也不讲了，基本上就是原来一个单纯的产业化技术，现在已经得到各个国家政府的战略性的支持。
    实际智能制造，咱们是推动着制造业现在再转型。激光技术本身在整个制造业转型中，你是要想继续发展下去，抓住几个要素，我觉得激光+机器人+自动化+深度学习，现在搞AI的比较时髦，深度学习，这四位一体融合发展，是不是就能够覆盖这个话题呢？请大家一起探讨这个问题。
    整个智能制造系统，实际上是信息技术，包括生产，包括管理，一大堆的因素在一起，是各个环节这样一个大系统。因此，如何能提高激光加工，再加上智能制造，你这样一个核心竞争力，可能才是我们自己想要做的。激光技术现在不断地想刚才的几大件，焊接切割的大门，要形成覆盖，起码一部分过去传统的工艺来讲，就不是把它带入就行了，最好在带的同时再加一部分的智能制造的技术，它们两个之间互相相辅相成，很可能会取得比较好的发展。目前来看，解决的方案，特别是激光产业界，我们整个做得比较好的应该是长江三角洲和珠江三角洲这两个地方，他们已经有很多的企业家，包括一些科研院所在考虑这个问题了。激光加工系统，包括机床的控制系统，还有一个整个的互联，当然包括互联网。这三个要素如果抓得住以后，很可能将来有一个主流的方向，例如奥森迪科公司利用激光切割大系统，抓住三点，一个是激光切割，再就是多轴运动控制系统，再加上一个设备管理云平台，通过三位一体来实现智能化，提高效率，节省成本，是这样想的。
    去年，我做了一个调查，需求增长非常快，下一步激光怎么发展，这是好多人都在讨论这个问题。去年我们在去年做了一些智能制造非常优秀的结果，我知道他们做了比较好的激光焊接系统等等，他们都是自己做出的一些涉及到不仅仅是激光加自动化的东西。例如大数据，这个我就不详细讲了，我也详细学习一下。整个世界里头正在发展，但是发展的方向，因为这个前沿，我们过去说前边有很多发达国家，美国、日本、德国，我们可以去参考，或者是去借鉴。如果没有参考和借鉴，就需要我们自己考虑。
    下面根据我个人的理解和我长期过去在外面的企业的研发机构和产学研平台，我感触比较深的个人想法跟大家汇报一下。产业将来这几个方向，恐怕也是大家公认的几个发展的方向。目前来说美国大的产业包括光子学相关占到一半，感觉到越来越快渗透到不相关的领域里边。因此，这是我们统计的七家大的公司，第二就是大福（音），七巨头占了一半左右产值。合并浪潮以后，在国外非常的普遍，在咱们国家目前还不是主流。
    这是我统计的，大概是12年的体现它一下下去规模不知道扩大了多少倍，十年大概十倍左右，因此是黄金的十年。这十年以后，我们自己产业好多人付出了心血，去年整个还是增长得比较快，但是也受到经济下行压力的影响，已经出现了一些比较困难的问题，但是增长还是接近19%，市场规模在全球也非常得好。
    产业可以这样做，里面有一些什么问题，我也介绍一下，我个人觉得恐怕不是激光产业的问题，这个问题恐怕是比较普遍的，还是自主创造和自主研发能力，恐怕比较缺乏。因为研发能力里不是眼前的产品，而是三年五年，甚至是十年或者二十年过后的这种技术的积累。这里边我因为时间的关系，原来也美国和日本的比较熟悉的例子，例如说过去我们读大学的时候，就像过去我们年轻人生机勃勃，我那么大的时候，买一个家里头日本的电器非常高兴，洗衣机也好、电视也好，录像机买不起。但是现在日本的电器几乎绝迹了，它肯定在家电行业，从产业上是失败的。但是你说它失败了以后公司就解散了吗？没有，像索尼，还有包括日立，这几个公司，因为我在日本待了二十年的时间，非常了解他们。他们不管电视，但是他们核心的技术转移到其他的产品中。甚至这些产品不是终端产品，你看不见，他不卖给你，你手机里头有多少是他的零件？你不知道。他转移到你看不见的地方，而且用处在不断地更新之中。
    举一个例子，美国跟日本的物理学研究前十名，一半是企业的研究所，我在有些场合说了以后，有些人说怎么可能？一些大学都排在了后面。这样未来我们国家如果能有优秀的公司，像华为公司，它的物理学，甚至假如说电子学的研究水准在咱们国家属于前三名，这样有很多人讲创新这些事情就会相当程度得到解决或者缓解。
    下面这个大家可能看过，这是2015年的全球创新企业百强，汤森路透社评选的，当时日本超过了美国的企业，法国还可以，10%，德国较少，明显后退。十分遗憾，中国大陆没有，一家都没有。下一年还不错，中国大陆有一家进去了，就是华为。美国加日本占70%，这两个国家企业的研发力量，不只是研发产品，好多基础研究的水准，在世界科学定义上占有一席之地，好多美国一流公司的首席科学，转过身来就能到麻省理工当正教授，大家知道他如何不容易当，如果我们一些企业科学家一转身可以当正教授去了，这是我自己瞎想的。
    我们国家的2025，激光技术与其他学科发展，需要在座科技工作者和企业界朋友需要共同讨论和努力的问题，谢谢大家。



激光制造与再制造技术及应用研讨会 介绍

会议以激光技术、增材制造及再制造相关光电技术为主题，针对航空航天交通领域高质量复杂产品的全产业链以及全寿命维护等迫切需求，开展面向增材制造及再制造的设计、材料、工艺及装备、检测以及标准规范等相关光电技术应用研讨，提升增材制造及再制造技术的数 字化、智能化、高稳定能力，驱动中国制造高质量发展。

新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，为我国实施创新驱动发展战略提供了难得的重大机遇。制造业是创新驱动的主战场，推动制造业先进性发展，是扭转制造业低质低效、重塑产业竞争力，实现新旧动能转换的关键所在。大力发展先进制造业，是加快制造强国建设步伐，加速推动经济发展由数量和规模扩张向质量和效益提升转变的重要途径，以实际行动贯彻落实党的十九大精神的具体体现。

主办单位：
中国光学工程学会
北京亦庄国际投资发展有限公司
承办单位：
国际激光技术产业及应用协同联盟
再制造技术国家级重点实验室
高能束流加工技术国家级重点实验室
增材制造航空科技重点实验室
高能束流增量制造工艺及装备北京市重点实验室
会议网址https://b2b.csoe.org.cn/meeting/show-48.html