在傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的大背景下，我國(guó)激光制造迎來(lái)了發(fā)展的新機(jī)遇。我國(guó)激光制造當(dāng)前發(fā)展的態(tài)勢(shì)如何？新的機(jī)遇在哪些領(lǐng)域？未來(lái)發(fā)展所需內(nèi)外部條件有哪些？最終，又如何在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位？這都是產(chǎn)業(yè)發(fā)展面對(duì)的問(wèn)題。本期《千人》邀請(qǐng)國(guó)家“千人計(jì)劃”專(zhuān)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(qǐng)他談一談激光制造的前沿話(huà)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(shì)在哪？其主要的技術(shù)類(lèi)型有哪些？
呂啟濤：激光的本質(zhì)特性——超高的空間和時(shí)間相干性、超強(qiáng)的亮度、極短的脈沖寬度，決定了激光制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。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(diǎn)，非常適合高精度的微細(xì)加工；第三，激光能量高度集中，通過(guò)控制激光脈沖在材料上的作用時(shí)間，很容易實(shí)現(xiàn)很多材料的“冷加工”，最大限度地減少加工過(guò)程中的熱影響；最后，激光加工靈活性強(qiáng)、適應(yīng)性廣，激光制造可用于各種異形材料的加工，并實(shí)現(xiàn)同種材料之間的焊接。這些優(yōu)點(diǎn)促使激光應(yīng)用日益廣泛，成為先進(jìn)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(shí)間寬度（指激光功率維持在一定值時(shí)所持續(xù)的時(shí)間）為準(zhǔn)，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(shí)要綜合考慮設(shè)備的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)效益等因素。近幾年來(lái)，由于光纖激光器的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，固體激光器和氣體激光器的市場(chǎng)份額逐步下降，而且未來(lái)還會(huì)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(shì)。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(xì)加工。
激光制造的主要應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？市場(chǎng)規(guī)模幾何？呂啟濤：近20年來(lái)，隨著新型激光器的巨大進(jìn)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(biāo)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(biāo)簽。因?yàn)殪`活、快速、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，激光標(biāo)記技術(shù)在電子工業(yè)、食品醫(yī)藥、智能手機(jī)、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(chē)、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(yáng)能等領(lǐng)域充分發(fā)揮其“精、準(zhǔn)、快”的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；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(diǎn)的金屬局部快速熔化，實(shí)現(xiàn)某些特種金屬或合金材料的焊接。因?yàn)樵诩す夂附舆^(guò)程中無(wú)機(jī)械接觸，容易保證焊接部位不變形。目前，高檔汽車(chē)車(chē)身、飛機(jī)機(jī)翼、航天器機(jī)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(dá)到微米級(jí)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(lái)大規(guī)模集成電路的進(jìn)步離不開(kāi)激光技術(shù)的助力。總體而言，當(dāng)前工業(yè)激光裝備的銷(xiāo)售規(guī)模并不是很大，2015年全球的銷(xiāo)售額約為130億美元，其中中國(guó)市場(chǎng)占到近四分之一的份額。但是，激光裝備作為無(wú)可替代的先進(jìn)制造工具，其創(chuàng)造的價(jià)值是數(shù)十倍的。
當(dāng)前我國(guó)激光制造的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)在哪里？
呂啟濤：在過(guò)去的20年里，中國(guó)在吸引外資的優(yōu)惠政策推動(dòng)下，憑借勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)逐漸成為了“世界代工廠”。在這個(gè)大背景下，我國(guó)的激光制造產(chǎn)業(yè)得到了強(qiáng)勁的發(fā)展，一舉成為全球最重要的激光應(yīng)用市場(chǎng)，并且涌現(xiàn)出了一批以“大族激光”為代表的中國(guó)激光企業(yè)。國(guó)內(nèi)激光企業(yè)的最大優(yōu)勢(shì)在于充分貼近市場(chǎng)、實(shí)時(shí)響應(yīng)客戶(hù)的需求以及強(qiáng)大的系統(tǒng)集成能力。與此同時(shí)，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(xiāo)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(chǎng)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(rèn)識(shí)到，在很多激光制造技術(shù)中，國(guó)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(yùn)動(dòng)平臺(tái)、控制系統(tǒng)依靠進(jìn)口，面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的高端激光加工裝備不能滿(mǎn)足行業(yè)需求。另外，同許多行業(yè)一樣，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的不足和惡性?xún)r(jià)格競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重影響著企業(yè)發(fā)展激光核心技術(shù)的動(dòng)力。
新時(shí)期，我國(guó)激光制造將面臨哪些機(jī)遇與挑戰(zhàn)？呂啟濤：在新一輪制造業(yè)革命中，我國(guó)正面臨前所未有的機(jī)遇，中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)的黃金十年可期。首先，中國(guó)政府提出“中國(guó)制造2025”、制造強(qiáng)國(guó)的發(fā)展戰(zhàn)略，努力打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的制造業(yè)；其次是企業(yè)成為創(chuàng)新主體，推動(dòng)技術(shù)資源高效配置和綜合集成，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的上下延伸與本土化；三是越來(lái)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)；四是科技革命不斷催生新的業(yè)態(tài)，如新能源、電動(dòng)汽車(chē)、虛擬現(xiàn)實(shí)、無(wú)人機(jī)等等；五是中國(guó)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(jī)器人、3D打印、視覺(jué)技術(shù)、新工藝等等。
同時(shí)，激光產(chǎn)業(yè)也面臨前所未有的挑戰(zhàn)。因?yàn)椋S著中國(guó)從低成本向中高收入國(guó)家過(guò)渡，亞洲正在經(jīng)歷第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以來(lái)的第三次工業(yè)大轉(zhuǎn)移：一方面勞動(dòng)力密集型工業(yè)從中國(guó)轉(zhuǎn)向成本更有競(jìng)爭(zhēng)力的東南亞、印度、南美地區(qū)；另一方面，跨國(guó)公司借助于設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力、高度自動(dòng)化和機(jī)器人的技術(shù)進(jìn)步，逐步將生產(chǎn)線搬回本國(guó)，回歸“歐美制造”。因此，我國(guó)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(yùn)動(dòng)控制、自動(dòng)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(yíng)能力，參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。只有這樣，才能真正實(shí)現(xiàn)制造工廠搬到哪里，我們的激光設(shè)備就賣(mài)到哪里。
在您強(qiáng)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(guó)“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略提出后，全球多國(guó)把機(jī)器人、自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展視為國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)。可以預(yù)見(jiàn)的是，在工業(yè)制造領(lǐng)域，激光加工技術(shù)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，并不斷朝著自動(dòng)化、智能化、集成化等縱深方向發(fā)展。自動(dòng)化與激光系統(tǒng)的結(jié)合將是大勢(shì)所趨。事實(shí)上，大族激光研發(fā)生產(chǎn)的各種激光切割機(jī)、焊接機(jī)、鉆孔機(jī)都帶有高精度CCD視覺(jué)定位、自動(dòng)上下料等功能，因?yàn)樵絹?lái)越多的企業(yè)要求激光加工技術(shù)與自動(dòng)化設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)激光加工設(shè)備的無(wú)人操作。
2008年金融危機(jī)之后，東南亞國(guó)家開(kāi)始成為低成本制造業(yè)的主要產(chǎn)地之一，其發(fā)展勢(shì)頭正在加快，中國(guó)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(gè)轉(zhuǎn)變能否成功，將嚴(yán)重影響中國(guó)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及就業(yè)狀況，因?yàn)檎嬲龑?shí)現(xiàn)“機(jī)器換人”后，跨國(guó)公司有更多的選擇，將工廠建在社會(huì)秩序穩(wěn)定、運(yùn)營(yíng)效率高、附加成本低、知識(shí)產(chǎn)權(quán)得到保護(hù)的地區(qū)。比如特斯拉的生產(chǎn)車(chē)間就設(shè)在美國(guó)，從原材料加工到成品的組裝，全部生產(chǎn)過(guò)程幾乎都自給自足，沖壓生產(chǎn)線、車(chē)身中心、烤漆中心與組裝中心，這四大制造環(huán)節(jié)有超過(guò)150臺(tái)機(jī)器人參與，在車(chē)間里很少見(jiàn)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(shí)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(lèi)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(shù)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(gè)性化制造的優(yōu)勢(shì)，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(lái)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(gè)需求將促進(jìn)激光技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)高功率激光器、皮秒、飛秒激光器、不同波長(zhǎng)激光器的進(jìn)步將成為3D打印技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)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(gè)人不贊同“第四次工業(yè)革命”的說(shuō)法，也不認(rèn)同政界、資本市場(chǎng)對(duì)此制造工藝的渲染。過(guò)去三年里，在地方政府扶持政策的助推下，全國(guó)各地成立了幾百個(gè)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(huì)議召開(kāi)后就沒(méi)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(kāi)放以來(lái)，中國(guó)雖然在輕工業(yè)、石油化工、機(jī)械裝備、重型工業(yè)和電子終端產(chǎn)品等領(lǐng)域進(jìn)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(guó)還存在巨大差距。眾所周知，中國(guó)電子元器件年進(jìn)口額二千多億美元，已超過(guò)原油，一旦禁運(yùn)，后果不可想象。
所以，2014年以來(lái)中國(guó)大陸掀起了新一輪的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投資熱潮，預(yù)計(jì)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(zhǎng)，國(guó)內(nèi)年需求規(guī)模有望超過(guò)200億美元。未來(lái)，國(guó)內(nèi)配套的設(shè)備和材料廠商將逐步實(shí)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?yàn)樗{(lán)寶石/硅片襯底、靶材、電鍍液、封裝基板等材料，都離不開(kāi)刻蝕機(jī)、晶元切割、晶元?jiǎng)澠⒐饪虣C(jī)、全自動(dòng)IC打標(biāo)等精密激光設(shè)備，因此，未來(lái)激光制造與電子信息產(chǎn)業(yè)結(jié)合的市場(chǎng)空間還很廣闊，。
總而言之，如何盡快擺脫對(duì)半導(dǎo)體及集成電路器件的進(jìn)口依賴(lài)，不僅關(guān)系到中國(guó)產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的利益，更是關(guān)系到國(guó)防安全和國(guó)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(jí)企業(yè)，不僅需要國(guó)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(qiáng)不息的奮斗精神。
作為一種新制造工藝，在航空航天、發(fā)動(dòng)機(jī)制造等高端制造領(lǐng)域，我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)將面臨哪些機(jī)遇？
呂啟濤：中國(guó)在航空航天、船舶制造、發(fā)動(dòng)機(jī)制造等領(lǐng)域的投入加大，給我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)在這些高端制造領(lǐng)域提供了一個(gè)很好的發(fā)展環(huán)境。激光行業(yè)的標(biāo)桿企業(yè)大族激光緊緊抓住這個(gè)機(jī)遇，今年年初聯(lián)合中航國(guó)際完成了對(duì)全球航空自動(dòng)化裝配線的主要供應(yīng)商—Aritex Cading,S.A公司的并購(gòu)。此次收購(gòu)，標(biāo)志著大族激光強(qiáng)勢(shì)進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)力，助力中國(guó)航空航天事業(yè)的發(fā)展。我們盼望國(guó)家出臺(tái)更好的政策，讓更多的民營(yíng)企業(yè)，更直接地參與發(fā)動(dòng)機(jī)、大飛機(jī)、核電設(shè)施等重大項(xiàng)目的研發(fā)及制造。
面對(duì)前所未有的機(jī)遇，國(guó)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(guó)形成了三大激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)集聚板塊：珠三角、長(zhǎng)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(chǎng)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(shuō)，在激光產(chǎn)業(yè)鏈中，國(guó)內(nèi)的公司偏重于系統(tǒng)集成、應(yīng)用工藝。近幾年來(lái)，隨著地方政府招商引資的政策支持，以及資本市場(chǎng)的青睞，國(guó)內(nèi)激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)開(kāi)始了快速"躍進(jìn)"。然而，由于有些企業(yè)并沒(méi)有擁有自己核心競(jìng)爭(zhēng)力的研發(fā)體系和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，“低價(jià)、低品質(zhì)的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)”影響了國(guó)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(kāi)拓；另一方面，國(guó)內(nèi)的激光打標(biāo)機(jī)、低功率焊接機(jī)的價(jià)格持續(xù)大幅下滑，顯得產(chǎn)能已經(jīng)過(guò)剩，即便如此，還是不斷有新激光公司成立，提供類(lèi)似的產(chǎn)品及服務(wù)。這應(yīng)該與地方政府之間的競(jìng)爭(zhēng)招商和各種現(xiàn)金激勵(lì)政策有關(guān)。政府應(yīng)該致力于營(yíng)造公平、高效、廉潔的商業(yè)環(huán)境，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)的稅負(fù)及其它成本，關(guān)注教育、醫(yī)療、交通等民生問(wèn)題，而不是以事先發(fā)放現(xiàn)金、贈(zèng)予土地的方式影響投資人的決策、技術(shù)創(chuàng)新、以及市場(chǎng)的“優(yōu)勝劣汰”。其實(shí)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(qiáng)調(diào)要從四個(gè)方面來(lái)論證一個(gè)項(xiàng)目的引進(jìn)：資源（當(dāng)?shù)厥欠裼邪l(fā)展此產(chǎn)業(yè)的原材料、配套設(shè)施）、市場(chǎng)（客戶(hù)是否在當(dāng)?shù)馗浇⑷瞬牛ǜ咝录夹g(shù)是需要高端人才的，當(dāng)?shù)厥欠衲芪瞬拧⒘糇∪瞬牛①Y金（地方財(cái)政收入和投資人是否有足夠的實(shí)力支撐項(xiàng)目的持續(xù)發(fā)展），切不可盲目上馬。
為應(yīng)對(duì)未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)該如何培育產(chǎn)業(yè)人才？
呂啟濤：其實(shí)就光學(xué)行業(yè)來(lái)講，中國(guó)是全世界培養(yǎng)人才最多的國(guó)家，超過(guò)歐美。每年都有很多光電子方面的大學(xué)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(dāng)然大多數(shù)畢業(yè)生還缺乏對(duì)工業(yè)設(shè)備的認(rèn)識(shí)，沒(méi)有開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)。大族激光對(duì)此的應(yīng)對(duì)方法一是加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)大專(zhuān)院校、研究所的緊密合作，除了重大項(xiàng)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(guó)際上產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界舉行的產(chǎn)品展覽和學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，了解國(guó)際技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)；三是從國(guó)內(nèi)外引進(jìn)行業(yè)尖端人才、做技術(shù)帶頭人；四是加強(qiáng)與國(guó)際高科技公司的合作、擇機(jī)并購(gòu)， 以達(dá)到技術(shù)互補(bǔ)、開(kāi)拓海內(nèi)外市場(chǎng)的目的。
在培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)人才方面，我們應(yīng)該向德國(guó)學(xué)習(xí)，匹配發(fā)展學(xué)術(shù)研究型和應(yīng)用技術(shù)型的大學(xué)，還應(yīng)該建立一些專(zhuān)業(yè)型職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校，通過(guò)建立校企合作平臺(tái)，協(xié)同標(biāo)桿企業(yè)，共同培養(yǎng)專(zhuān)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(lái)制造，技術(shù)工人要能得到全社會(huì)的尊重和認(rèn)同。
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