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抓住机遇 推动中国激光加工跨越式发展

2009年08月10日 10:47中国机床商务网点击:3228

  寄语业内人士:抱团取暖、产业联盟、瞄准重大需求、立足自主创新,实现跨越发展

  始于美国的金融危机已经转变为全球性经济危机,同时也给制造业带来巨大影响。美国制造业指数在去年十月份大幅收缩,降至26年来最低点。日本反映经济景气的11个指标中,出口、生产、就业等八项指标均显著下滑。在中国,以出口拉动为主的一些地区,受到海外市场需求减弱而呈现下滑趋势,引来部分企业停产,玩具、服装以及IT业的利润也开始大幅下滑。这反映出中国经济,特别是“中国制造”的实体经济已经呈现出负面影响。不过这次金融危机对中国制造业的影响,从长远来看,从战略上,从积极方面想,是促使我国制造业健康发展的动力,也是对传统制造业链条的一次重新洗牌,是使我国制造企业跳出受制于人的产业链低端环节、向高端迈进的一次机遇。

  金融危机虽引起我国出口萎缩,连带影响到激光加工产业停滞。但同时,国际上相关产业的亏损、裁员也会减小对整个市场的控制能力,虽有少数亮点(如通快、IPG公司等),但整体上是减弱的。这就给我国激光企业以特色产品进军国际市场的机会大增。加上我国政府提出十大产业调整振兴计划,以及推动内需为主的政策,特别是振兴装备制造业,给激光企业带来很好的发展机遇。

  振兴制造业是国策

  制造业是国民经济的支柱产业,是经济增长的主要动力。2007年我国制造业产值将近115亿,约占GDP的33%,2008年为12万9千亿,上缴利锐2万6千亿元。建国以来,制造业始终是拉动我国经济高速增长的动力。

  制造技术是我国成为制造强国、实现高技术产业化的重要支撑。特别是装备制造业承担着为国民经济各行业提供装备的责任,带动性强,涉及面广,是传统产业实现升级的重要手段,也是为高技术提供产业化装备的条件。

  现代战争已进入“高技术战争”,没有精良的装备制造业就没有先进、优良的军事装备。一个国家没有强大的军事装备,就谈不上国家的安全。作为制造业的工作母机,特别是高、精、尖的加工手段和技术,西方国家一直对我国实行禁运,这就说明了精密、尖端的制造装备何等重要。

  制造业对国家实现可持续发展、建设一个节约资源和环境友好的社会起到了重要作用。

  制造业是吸纳劳动就业和扩大出口的关键产业。制造业可容纳多层次的大批量人材,如我国2001年制造业从业人员约8000万至9000万,约占全国工业从业人员总数的90%,特别是在金融危机冲击下,为多数劳动者就业提供了机会,显著说明了其重要性。

  推动制造业振兴的主力军

  制造业不等同于机械制造,更不能把振兴制造业理解为振兴机械制造,即“车铣刨磨、铸锻热焊”的振兴。随着时代的前进、技术的进步,制造对象的变化已把其内涵扩大到与多种新兴学科综合交叉,与光、电、声、控制、计算机等学科相结合,形成多学科集成的综合装备,如激光加工、超声加工、辐射加工、电子束加工等等。

  激光作为极具特色的光源,也称作“光刀”,它可以解决不同材料的加工、成型、制备等各种制造问题。作为神奇的“光刀”,它有许多特点:其空间特性的能量分布,根据需要可“尖”可“钝”,具时间特性,可连续或调制输出,根据被加工材料的吸收系数,其波长覆盖红外到紫外。各种光的参数搭配,被加工材料范围可从金属、复合材料、半导体材料、陶瓷、玻璃、皮革、布料到人造纤维等,以及其他新材料。

  我国激光加工产业已经经历了从兴起到发展的转变。从1990年到1993年,以横流KW级CO2激光器处理汽车发动机的主要应用开始;1994年至1997年,以激光打标和CO2激光雕刻签章等应用而推进;1997年至1999年,以手机电池激光焊接和小五金、电子元器件、汽车零部件的激光标记为主的三个阶段;到了2000年以后,应用面逐步扩大,CO2激光切割机、金刚石锯片激光焊接机、激光熔覆设备、激光毛化设备、划片机、调阻机、激光裁床等在多种工业中得到应用。

  值得注意的是,在许多重要工业领域已经开始采用激光技术,如三峡水轮机定子转子激光切割,大型动力转子类零部件激光熔覆,特殊壳体类零件激光三维焊接,石油工业采油管激光割缝,汽车工业零部件激光焊接等都采用国产激光加工装备。有了这样的生产能力和技术基础,在国家振兴制造业的号召下,我国激光加工企业理应承担责任,为经济发展提供自主创新的多种成套激光加工装备,往更高水平的提升和应用跨进一步。

  市场需求为激光加工提供商机

  2009年1月以来,国务院相继通过汽车、装备制造等十大产业振兴计划,与之呼应又布置了多项科技重大专项,这对于提升我国装备制造业的自主创新能力和核心竞争力,带动产业发展,扩大内需,具有重要意义。

  我觉得在上述机遇面前,我们激光加工产业的跨越发展,主要从两个方面着手:一是将自主创新的激光加工装备用于改造和提升工业产品。在汽车工业、船舶、发电设备、交通运输(包括铁路)、模具、新型显示工业和电子元器件、集成电路升级等方面,推动激光加工产业提升产品水平,从现有基础出发,走上自主创新的发展阶段。二是保障国家重大科技专项、重大工程、国防建设的重大需求,提高激光加工集成创新和成套水平。

  装备制造的重点是针对航空航天、汽车制造、船舶、发电设备、交通铁路运输等工业所需制造装备。据报导,2020年将实现70%~80%的制造装备主要由国内供给。如“十五”期间,仅西部铁路开发就已投入1000亿元,未来几年将投入7000~8000亿元建设铁道运输,未来5年将投资5300亿到水利工程;300家机械厂将进行技术改造,求购新型制造装备的数量可观,国内现有模具工厂约1.7万家,年产值约530亿元,急需高精度、高效率、高速设备提升现有生产技术水平。

  “十一五”期间将发射绕月飞船和多种卫星,航天工业发展所需正是激光加工特殊装备效力的大好时机。“十一五”期间,我国造船业会有很大发展,造船吨位将由1000万吨提升至世界排名最前列。汽车制造业在“十一五”期间年产将达1000万辆,汽车零配件产量也将大幅增加。电子信息设备制造业所需小型、微型、特种加工设备,目前99%以上依赖进口,值得激光加工厂商给予足够重视和联合攻关,予以突破。

  突破关键技术

  工业振兴所需激光加工装备甚多,个人认识有限,仅举几例如下:

  ●汽车白车身制造中的激光切割,焊接装备

  汽车生产中白车身占正车成本的30%~40%,特别需要缩短开发制造周期、减轻重量、降低油耗、提高安全性的制造技术及装备提供支撑。在这方面,激光加工技术具有不可替代性,可采用高速激光切割,激光剪裁拼焊,在线车身三自由度激光缝焊等技术。

  白车身薄板成型体约有几百件,每件需3~5套模具,其成本在20万~1000万元之间,模具制造时间需半年。采用激光切割替代冲裁模和修边模是最佳选择,用于多种车型或更改车身设计,只须编程便可解决,工装简单,价格低廉,缩短生产周期5~10倍。

  激光剪裁拼焊是将不同厚度、强度和不同材质的薄板,用激光“剪裁”成合适尺寸、形状的坯板,然后用激光拼焊成车身所需的板,再冲压成型,可达到减轻白车身重量。业内人士说,加再大马力,不如减100kg自重,而且可节约材料消耗,节省工序和装配工作量,免去在线点焊,从而降低点焊造成环境污染,减小车间噪声,降低费用,可提高车身结构刚度和安全性。

  ●重大机器零部件再制造的激光热加工

  从装备的论证、设计、制造、使用、维修一直到回收的整个费用称作零件的全寿命周期费用。传统上只重视装备的“前半生”,一般这个周期只占20%~40%的费用。装备的再制造是以其“后半生”为服务对象。机器零部件的再制造可使其获得原有品质及高附加值的成品,可节约材料、节约资源、节省时间,保护环境及节约加工费用,实现持续发展。

  全球再制造业每年节材1400万吨,节电约8个中等发电站的发电量,减少CO2排放2800万吨。美国再制造业产值750亿美元,其中工程机械及汽车约占500亿美元。我国发改委已建立“汽车零部件再制造工程试点”,上海大众已完成13000台发动机再制造,节约钢材765吨、铝材208吨,节电146万度。

  激光加工技术在再制造业的应用中具有不可替代性。它是由激光相变硬化到表面合金化、熔覆,由激光合金涂层发展到复合涂层及陶瓷涂层。国内已有单位将它应用到电力、石化、冶金、钢铁、机械等工业,修复了石化工业中的多种涡轮动力转子、压缩机主轴、汽轮机叶片、钢厂飞剪、轧辊等重型零部件,取得良好效果。预计其它激光加工技术也会逐步得到采用。

  ●液晶屏制造中的激光退火

  国务院通过的“电子信息产业调整振兴规划”中,支持包括“新型显示和彩电工业转型”在内的六大工程,其中明确支持6代以上液晶屏项目。据报导,国内市场对大尺寸液晶显示板需求猛增,少数跨国企业技术垄断,使我们受制于人,只能高价进口,2007年1-7月进口11亿块,金额达281亿美元,国外已迈入7代、8代线生产,而我国仅徘徊于4代、5代线。

  目前制作液晶屏的工艺是要对石英玻璃基板上溅射非晶硅,然后把它加热到600℃以上,一直到非晶硅熔化,降温使其再结晶变为多晶硅,这样比非晶硅屏板象素单元密度高,孔径比较大,还可在屏周边集成驱动电路。但这样的工艺对于6代甚至7代、8代显示屏就要求很大尺寸的石英玻璃(或耐热玻璃)作基板,其价位高,大尺寸优质玻璃材料难以得到。还要求在生产线上安装比显示屏尺寸大2~3倍的退火炉,从而增加制造上的许多困难。若采用紫外波段的激光器对基板进行退火,其温度可大大降低,无需大尺寸退火炉,并且可用普通低价玻璃替代昂贵的大尺寸石英玻璃,显示屏尺寸或形状改变能迅速适应,从而降低制造成本,还可免去费时的加热冷却过程,提高成品率。

  另外大显示屏的ITO导电薄膜图形采用激光生成技术,可达到无掩膜制作,省去图形掩膜的制作,激光刻线可达5m,故而能提高图形清晰度。

  ●电路板(PCB)的激光微细加工

  众所周知,电路板的主要功能是实现电气互连。它是按不同产品而专门制作的特殊部件。众多的产品都需要采用电路板,电路板的种类多种多样,有单面板、双面板、多层板;有挠性板、刚性板、刚柔结合板;还有射频板、微波机、特殊功能板。

  据报导:2007年我国PCB产值为900亿。展望2009年由于笔记本电脑估产1.5亿台,3G手机市场估产1.8亿部,家电下乡补贴政策落实,库存需要,机顶盒项目启动,我国电路板(PCB)订单将明显回暖,这就给制造PCB板的激光精密切割技术带来巨大商机。

  SMT技术是采用激光切割不锈钢模板,将电路切出,再漏印焊膏形成电路,经表面贴装芯片、元器件、回流焊后成为成品。还有采用紫外波段激光的精切挠性电路板。3D指状电路也会随着移动设备微小型化、无线化等发展趋势明显,必将带来激光直接将电路刻写在模塑工件上形成,这方面技术在日新月异的发展,希望给予重视。
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