西南技術(shù)物理研究所王浟：智能制造大潮中的激光技術(shù)

2019年6月28日，激光制造與再制造技術(shù)及應(yīng)用研討會(huì) 在北京興基鉑爾曼酒店召開(kāi)�，F(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)業(yè)人士眾多，南極熊3D打印網(wǎng)是本次研討會(huì)的合作媒體。


下面是現(xiàn)場(chǎng)速記，或許有些不完美之處，但總體上干貨信息量很大，值得閱讀。

董世運(yùn)：好，有問(wèn)題我們后面再跟趙主任交流，再次感謝趙主任，謝謝。下一個(gè)報(bào)告有請(qǐng)西南技術(shù)物理研究所的王浟老師給我們作報(bào)告，他的題目是“智能制造大潮中的激光技術(shù)”，歡迎王老師。
    王浟：非常感謝邀請(qǐng)我來(lái)參加這次會(huì)議，因?yàn)檫@里邊有很多搞激光技術(shù)的專(zhuān)家，有高校、科研院所，還有企業(yè)界的朋友，有這個(gè)機(jī)會(huì)向大家學(xué)習(xí)，非常榮幸。我可能是理解的有點(diǎn)問(wèn)題，工程學(xué)會(huì)的老師跟我聯(lián)系的時(shí)候，我們回到國(guó)內(nèi)以后，自己有團(tuán)隊(duì)以后，現(xiàn)在搞了一些清洗過(guò)程之中激光相互作用，特別是剛才幾位老師都說(shuō)到激光清洗，特別是搞激光熔覆和3D打印的，它是由來(lái)已久比較古老的話(huà)題，但是也是非常復(fù)雜的一個(gè)話(huà)題，它在強(qiáng)激光，在強(qiáng)的方面，兩個(gè)比較高的情況下，里面所形成的激光物質(zhì)的達(dá)標(biāo)，在溫度壓強(qiáng)以及密度方面的一個(gè)變化。同時(shí)對(duì)激光的輻射吸收，以及激光所至的等離子體，到底在激光加工之中有什么樣的正面作用，這里面有一些結(jié)果。但是在這里面沒(méi)有涉及到，就是涉及到一些一般性的話(huà)題。以后如果我們還有這樣的機(jī)會(huì)，非常高興把這些情況向各位老師匯報(bào)。
    今天講的話(huà)題是激光在智能制造中的技術(shù)。這個(gè)話(huà)題可能有點(diǎn)大，我可能說(shuō)的也不是十分準(zhǔn)確，這也是希望和大家進(jìn)行互相交流探討，我快速介紹一下，剛才好多老師都講了，基本行業(yè)都快速地說(shuō)了，激光的材料等等有這么多，它既可以加工金屬材料，也可以加工非金屬的材料。這里面我也不去講了，這個(gè)圖大家都是非常熟悉的。不同的加工過(guò)程中所需要的激光規(guī)律也是不一樣的，我自己既搞技術(shù)本身，也是激光源的本身。同時(shí)激光源的載荷物質(zhì)相關(guān)作用之中，這樣兩個(gè)方面都做，所以我自己比較關(guān)注，下面這三樣屬于激光加工的老三樣，激光到底發(fā)生了什么，目前來(lái)說(shuō)激光產(chǎn)業(yè)，我講了三個(gè)區(qū)域非常成熟。接下來(lái)以后，我們要做什么，這個(gè)問(wèn)題可能是需要我們?cè)谧�的每一個(gè)搞科研的或者搞產(chǎn)業(yè)的人，很多朋友需要一些思考。
    激光切割的優(yōu)點(diǎn)很多，咱們也不展開(kāi)講，切割系統(tǒng)無(wú)論在材料，還是在電子行業(yè)，都有很多的應(yīng)用，包括皮革和材料，這是在浙江省已經(jīng)有一些少數(shù)的企業(yè)開(kāi)始實(shí)施，而且效果非常不錯(cuò)。打孔老師也講過(guò)，一般如果用二氧化碳等打孔法很多。現(xiàn)在到底打什么樣的孔，里面的問(wèn)題比較大，例如說(shuō)金屬打孔，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，透明材料打孔以后，你不能簡(jiǎn)單地把它激光拿來(lái)用一下，這里面可能有一些技術(shù)上或者工藝上的難題，還是有待于解決，因?yàn)槟阋�打一個(gè)錐形孔，沒(méi)什么難的。打一個(gè)倒錐形孔就比較麻煩，因?yàn)檎�錐形孔從激光原理上是一個(gè)進(jìn)口大、出口小，如果進(jìn)口小、出口大的孔，當(dāng)然可以說(shuō)是有一種方法，打進(jìn)去以后，它是里面旋轉(zhuǎn)，但是如果打一個(gè)微小的孔要實(shí)施旋轉(zhuǎn)，可能就不是很實(shí)用。當(dāng)然，這還是直孔，如果是一個(gè)彎孔，甚至是盲孔，怎么辦？這是非常難的問(wèn)題，不是激光加工，已經(jīng)沒(méi)有什么太多難題去解決了，要解決難題非常得多。
    焊接也是一樣，也不展開(kāi)講。剛才有老師講到，同質(zhì)化的焊接比較容易，不同質(zhì)的材料焊接可能比較困難，假如說(shuō)不銹鋼和高分子材料之間如何去有機(jī)結(jié)合到一起，又不產(chǎn)生你所不需要的化學(xué)的反應(yīng)，這恐怕是一個(gè)很難的課題，這也不需要講，大家都非常了解，都是這方面的專(zhuān)家，像這種是計(jì)劃焊接的裝配件。
    下面也講了，整個(gè)的過(guò)程，這方面已經(jīng)很早了，起碼有10年到15年的時(shí)間，已經(jīng)應(yīng)用在一部分產(chǎn)業(yè)上，特別在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上面。比如說(shuō)下面的一些激光模擬，激光打標(biāo)恐怕是我們國(guó)家激光工業(yè)涉及到最新涉及的行業(yè)，因?yàn)橄鄬?duì)來(lái)說(shuō)處理的過(guò)程比較簡(jiǎn)單，目前來(lái)說(shuō)因?yàn)檫_(dá)標(biāo)，整個(gè)的過(guò)程包括特殊材料上的達(dá)標(biāo)，大部分的問(wèn)題都已經(jīng)得到了解決，不是什么很要命的問(wèn)題。下面這個(gè)，我覺(jué)得應(yīng)該是殘存的比較大的一個(gè)方面，也是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)非常好的方向。
    激光微處理的時(shí)候，什么東西一到微小的行業(yè)里以后，今天上午清華大學(xué)的鐘老師就講，你如何把它做的看著很漂亮，但是以后在微結(jié)構(gòu)上這樣的加工，恐怕不僅是一個(gè)研究的方向，應(yīng)該是一個(gè)非常重要的產(chǎn)業(yè)的方向。好像目前這一方面，我們還有比較大的缺陷，就我個(gè)人的了解。整個(gè)的激光的微加工以后，比較簡(jiǎn)單的就是一些打孔或者溝槽，或者形成某種具有規(guī)模化的這樣的形狀。例如說(shuō)這里邊，打出一個(gè)像孩子喝奶奶粉一樣的這個(gè)東西，整個(gè)和納米技術(shù)結(jié)合起來(lái)的納米粒子已經(jīng)用激光自動(dòng)生成納米結(jié)構(gòu)，這樣的一種工藝過(guò)程目前來(lái)看還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有利用到產(chǎn)業(yè)之中。因?yàn)檫@個(gè)里面其中一個(gè)就是激光和物質(zhì)相互作用，它之間的這個(gè)重復(fù)性和再現(xiàn)性，因?yàn)椴焕硐�，所以就�?dǎo)致了工業(yè)界，這里面這么多頭，大家探討一下。每一個(gè)形狀里頭有一些差不多，但是有一些明顯的，像右下角這個(gè)頭都找不到，這樣產(chǎn)業(yè)界是不能夠接受的，你寫(xiě)一篇論文，沒(méi)有什么太大的關(guān)系。
    目前來(lái)說(shuō)，特別我們國(guó)家在這次行業(yè)之中，激光技術(shù)應(yīng)用相對(duì)比較成功，珠江三角洲一帶，例如說(shuō)激光的打孔、描畫(huà)，特別是PCB的切割等等， 因?yàn)楹枚鄸|西，大家手里邊都有手機(jī)，他們統(tǒng)計(jì)過(guò)手機(jī)里面激光加工的越來(lái)越多，過(guò)去的時(shí)候表面面板，鋼化膜切割，過(guò)去不好激光切割，現(xiàn)在已經(jīng)解決了。激光切割修復(fù)應(yīng)用得非常好。這里面不講了，激光條形碼技術(shù)比較簡(jiǎn)單，都不是太難的，像PCB切割，現(xiàn)在也在許多的電子工廠(chǎng)得到了應(yīng)用。我快速講一下，整個(gè)的半導(dǎo)體激光，這里面可能有一些情況。我自己是搞激光的，以后如果不重視，恐怕要吃大虧。所謂的（英文），根本和我們?cè)诖髮W(xué)里面學(xué)過(guò)的激光完全是兩個(gè)概念，還是他們講的越做越小，如果他能用這么一丁點(diǎn)的激光器，來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)激光器的大部分的功能，原來(lái)的激光器就極有可能在產(chǎn)業(yè)上被淘汰，這個(gè)趨勢(shì)在不同的行業(yè)里，我也講了很多，包括一些手機(jī)工業(yè)，就不講了。化學(xué)工業(yè)，咱們搞化學(xué)的可能不太多，整個(gè)的是北美，美國(guó)搞的是最成功的，例如說(shuō)是化學(xué)定性，里面的化學(xué)加工等等，包括激光跟化學(xué)的反應(yīng)。在咱們國(guó)家相對(duì)來(lái)說(shuō)沒(méi)有大規(guī)模的應(yīng)用，例如說(shuō)定性是什么？好多一堆一堆的測(cè)量，包括上午老師說(shuō)的，各種技術(shù)要加密等測(cè)試。包括這個(gè)也是很熟悉的，它的PPT里面。這里是一些用于在激光醫(yī)學(xué)方面的成像，這是我們需要的，這個(gè)應(yīng)用我們也不太懂，我們是激光，它用的是X射線(xiàn)，CP成像技術(shù)等等。
    我快速說(shuō)了，這個(gè)激光化學(xué)的反應(yīng)也有很多，這是在整個(gè)的化學(xué)界里面，利用激光技術(shù)，好像在咱們國(guó)家比較罕見(jiàn)。中美德政府，實(shí)際上咱們國(guó)家現(xiàn)在中美之間有貿(mào)易摩擦，實(shí)際就是2025，美國(guó)是2012年推出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，德國(guó)工業(yè)4.0。這里面的核心基本上就是在智能制造。智能制造，因?yàn)槲也皇歉阒悄苤圃旒夹g(shù)，只是自學(xué)一些，說(shuō)不到點(diǎn)子上，請(qǐng)大家批評(píng)。實(shí)際上大概是這五個(gè)方向，就是生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品，整個(gè)的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)新模式，之后是管理和服務(wù)，這五個(gè)方面的情況應(yīng)該是所謂的智能制造的解決要素。我們大家都是搞激光的，激光和這個(gè)東西如何去結(jié)合起來(lái)，這個(gè)話(huà)題可能比較大，相對(duì)來(lái)說(shuō)假如是更高的工藝，更高的自動(dòng)化，更精密的加工，取代傳統(tǒng)的這種產(chǎn)業(yè)，這就是智能制造了嗎？可能還不能這么說(shuō)。特別是現(xiàn)在我和一些企業(yè)家接觸的時(shí)候，大家就經(jīng)常把這個(gè)機(jī)器人有自動(dòng)化理解智能制造，這恐怕不準(zhǔn)確。機(jī)器人也好、自動(dòng)化也好，只是智能制造幾個(gè)基本的要素之一，激光技術(shù)有多重要，我也不講了，基本上就是原來(lái)一個(gè)單純的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)得到各個(gè)國(guó)家政府的戰(zhàn)略性的支持。
    實(shí)際智能制造，咱們是推動(dòng)著制造業(yè)現(xiàn)在再轉(zhuǎn)型。激光技術(shù)本身在整個(gè)制造業(yè)轉(zhuǎn)型中，你是要想繼續(xù)發(fā)展下去，抓住幾個(gè)要素，我覺(jué)得激光+機(jī)器人+自動(dòng)化+深度學(xué)習(xí)，現(xiàn)在搞AI的比較時(shí)髦，深度學(xué)習(xí)，這四位一體融合發(fā)展，是不是就能夠覆蓋這個(gè)話(huà)題呢？請(qǐng)大家一起探討這個(gè)問(wèn)題。
    整個(gè)智能制造系統(tǒng)，實(shí)際上是信息技術(shù)，包括生產(chǎn)，包括管理，一大堆的因素在一起，是各個(gè)環(huán)節(jié)這樣一個(gè)大系統(tǒng)。因此，如何能提高激光加工，再加上智能制造，你這樣一個(gè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，可能才是我們自己想要做的。激光技術(shù)現(xiàn)在不斷地想剛才的幾大件，焊接切割的大門(mén)，要形成覆蓋，起碼一部分過(guò)去傳統(tǒng)的工藝來(lái)講，就不是把它帶入就行了，最好在帶的同時(shí)再加一部分的智能制造的技術(shù)，它們兩個(gè)之間互相相輔相成，很可能會(huì)取得比較好的發(fā)展。目前來(lái)看，解決的方案，特別是激光產(chǎn)業(yè)界，我們整個(gè)做得比較好的應(yīng)該是長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲這兩個(gè)地方，他們已經(jīng)有很多的企業(yè)家，包括一些科研院所在考慮這個(gè)問(wèn)題了。激光加工系統(tǒng)，包括機(jī)床的控制系統(tǒng)，還有一個(gè)整個(gè)的互聯(lián)，當(dāng)然包括互聯(lián)網(wǎng)。這三個(gè)要素如果抓得住以后，很可能將來(lái)有一個(gè)主流的方向，例如奧森迪科公司利用激光切割大系統(tǒng)，抓住三點(diǎn)，一個(gè)是激光切割，再就是多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，再加上一個(gè)設(shè)備管理云平臺(tái)，通過(guò)三位一體來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化，提高效率，節(jié)省成本，是這樣想的。
    去年，我做了一個(gè)調(diào)查，需求增長(zhǎng)非常快，下一步激光怎么發(fā)展，這是好多人都在討論這個(gè)問(wèn)題。去年我們?cè)谌ツ曜隽艘恍┲悄苤圃旆浅��?yōu)秀的結(jié)果，我知道他們做了比較好的激光焊接系統(tǒng)等等，他們都是自己做出的一些涉及到不僅僅是激光加自動(dòng)化的東西。例如大數(shù)據(jù)，這個(gè)我就不詳細(xì)講了，我也詳細(xì)學(xué)習(xí)一下。整個(gè)世界里頭正在發(fā)展，但是發(fā)展的方向，因?yàn)檫@個(gè)前沿，我們過(guò)去說(shuō)前邊有很多發(fā)達(dá)國(guó)家，美國(guó)、日本、德國(guó)，我們可以去參考，或者是去借鑒。如果沒(méi)有參考和借鑒，就需要我們自己考慮。
    下面根據(jù)我個(gè)人的理解和我長(zhǎng)期過(guò)去在外面的企業(yè)的研發(fā)機(jī)構(gòu)和產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)，我感觸比較深的個(gè)人想法跟大家匯報(bào)一下。產(chǎn)業(yè)將來(lái)這幾個(gè)方向，恐怕也是大家公認(rèn)的幾個(gè)發(fā)展的方向。目前來(lái)說(shuō)美國(guó)大的產(chǎn)業(yè)包括光子學(xué)相關(guān)占到一半，感覺(jué)到越來(lái)越快滲透到不相關(guān)的領(lǐng)域里邊。因此，這是我們統(tǒng)計(jì)的七家大的公司，第二就是大福（音），七巨頭占了一半左右產(chǎn)值。合并浪潮以后，在國(guó)外非常的普遍，在咱們國(guó)家目前還不是主流。
    這是我統(tǒng)計(jì)的，大概是12年的體現(xiàn)它一下下去規(guī)模不知道擴(kuò)大了多少倍，十年大概十倍左右，因此是黃金的十年。這十年以后，我們自己產(chǎn)業(yè)好多人付出了心血，去年整個(gè)還是增長(zhǎng)得比較快，但是也受到經(jīng)濟(jì)下行壓力的影響，已經(jīng)出現(xiàn)了一些比較困難的問(wèn)題，但是增長(zhǎng)還是接近19%，市場(chǎng)規(guī)模在全球也非常得好。
    產(chǎn)業(yè)可以這樣做，里面有一些什么問(wèn)題，我也介紹一下，我個(gè)人覺(jué)得恐怕不是激光產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題恐怕是比較普遍的，還是自主創(chuàng)造和自主研發(fā)能力，恐怕比較缺乏。因?yàn)檠邪l(fā)能力里不是眼前的產(chǎn)品，而是三年五年，甚至是十年或者二十年過(guò)后的這種技術(shù)的積累。這里邊我因?yàn)闀r(shí)間的關(guān)系，原來(lái)也美國(guó)和日本的比較熟悉的例子，例如說(shuō)過(guò)去我們讀大學(xué)的時(shí)候，就像過(guò)去我們年輕人生機(jī)勃勃，我那么大的時(shí)候，買(mǎi)一個(gè)家里頭日本的電器非常高興，洗衣機(jī)也好、電視也好，錄像機(jī)買(mǎi)不起。但是現(xiàn)在日本的電器幾乎絕跡了，它肯定在家電行業(yè)，從產(chǎn)業(yè)上是失敗的。但是你說(shuō)它失敗了以后公司就解散了嗎？沒(méi)有，像索尼，還有包括日立，這幾個(gè)公司，因?yàn)槲以谌毡敬�了二十年的時(shí)間，非常了解他們。他們不管電視，但是他們核心的技術(shù)轉(zhuǎn)移到其他的產(chǎn)品中。甚至這些產(chǎn)品不是終端產(chǎn)品，你看不見(jiàn)，他不賣(mài)給你，你手機(jī)里頭有多少是他的零件？你不知道。他轉(zhuǎn)移到你看不見(jiàn)的地方，而且用處在不斷地更新之中。
    舉一個(gè)例子，美國(guó)跟日本的物理學(xué)研究前十名，一半是企業(yè)的研究所，我在有些場(chǎng)合說(shuō)了以后，有些人說(shuō)怎么可能？一些大學(xué)都排在了后面。這樣未來(lái)我們國(guó)家如果能有優(yōu)秀的公司，像華為公司，它的物理學(xué)，甚至假如說(shuō)電子學(xué)的研究水準(zhǔn)在咱們國(guó)家屬于前三名，這樣有很多人講創(chuàng)新這些事情就會(huì)相當(dāng)程度得到解決或者緩解。
    下面這個(gè)大家可能看過(guò)，這是2015年的全球創(chuàng)新企業(yè)百?gòu)?qiáng)，湯森路透社評(píng)選的，當(dāng)時(shí)日本超過(guò)了美國(guó)的企業(yè)，法國(guó)還可以，10%，德國(guó)較少，明顯后退。十分遺憾，中國(guó)大陸沒(méi)有，一家都沒(méi)有。下一年還不錯(cuò)，中國(guó)大陸有一家進(jìn)去了，就是華為。美國(guó)加日本占70%，這兩個(gè)國(guó)家企業(yè)的研發(fā)力量，不只是研發(fā)產(chǎn)品，好多基礎(chǔ)研究的水準(zhǔn)，在世界科學(xué)定義上占有一席之地，好多美國(guó)一流公司的首席科學(xué)，轉(zhuǎn)過(guò)身來(lái)就能到麻省理工當(dāng)正教授，大家知道他如何不容易當(dāng)，如果我們一些企業(yè)科學(xué)家一轉(zhuǎn)身可以當(dāng)正教授去了，這是我自己瞎想的。
    我們國(guó)家的2025，激光技術(shù)與其他學(xué)科發(fā)展，需要在座科技工作者和企業(yè)界朋友需要共同討論和努力的問(wèn)題，謝謝大家。



激光制造與再制造技術(shù)及應(yīng)用研討會(huì) 介紹

會(huì)議以激光技術(shù)、增材制造及再制造相關(guān)光電技術(shù)為主題，針對(duì)航空航天交通領(lǐng)域高質(zhì)量復(fù)雜產(chǎn)品的全產(chǎn)業(yè)鏈以及全壽命維護(hù)等迫切需求，開(kāi)展面向增材制造及再制造的設(shè)計(jì)、材料、工藝及裝備、檢測(cè)以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等相關(guān)光電技術(shù)應(yīng)用研討，提升增材制造及再制造技術(shù)的數(shù) 字化、智能化、高穩(wěn)定能力，驅(qū)動(dòng)中國(guó)制造高質(zhì)量發(fā)展。

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式形成歷史性交匯，為我國(guó)實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略提供了難得的重大機(jī)遇。制造業(yè)是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，推動(dòng)制造業(yè)先進(jìn)性發(fā)展，是扭轉(zhuǎn)制造業(yè)低質(zhì)低效、重塑產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在。大力發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，是加快制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)步伐，加速推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展由數(shù)量和規(guī)模擴(kuò)張向質(zhì)量和效益提升轉(zhuǎn)變的重要途徑，以實(shí)際行動(dòng)貫徹落實(shí)黨的十九大精神的具體體現(xiàn)。

主辦單位：
中國(guó)光學(xué)工程學(xué)會(huì)
北京亦莊國(guó)際投資發(fā)展有限公司
承辦單位：
國(guó)際激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用協(xié)同聯(lián)盟
再制造技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
高能束流加工技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
增材制造航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
高能束流增量制造工藝及裝備北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
會(huì)議網(wǎng)址https://b2b.csoe.org.cn/meeting/show-48.html