根據(jù)激光加工專委會的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年中國國內(nèi)激光加工設備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達680億元，同比增幅18%（如圖1所示），激光光源和激光加工系統(tǒng)的技術創(chuàng)新和市場規(guī)模均取得較大進步；無論是激光裝備、光源、控制系統(tǒng)或配件等產(chǎn)品， 國產(chǎn)化替代進程加快；國產(chǎn)光纖激光器、超快激光器、激光切割&焊接等市場均迎來新的發(fā)展契機，未來3至5年，將是中國激光產(chǎn)業(yè)輝煌的高光時刻，預計2021年中國國內(nèi)激光加工設備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值有望達到850億元。

2020年，從激光切割市場看，總產(chǎn)值達到366億元，較

2019年增長了15%，設備裝機量增長了40%（見圖2）；而激光焊接設備行業(yè)的總產(chǎn)值達到130億元，增勢迅猛，產(chǎn)值較2019年增長了20%，設備裝機量增長了15%（見圖3）。有專家表示，現(xiàn)階段激光切割、激光焊接、激光表面制造與再制造，以及新發(fā)展起來的激光微加工等技術的市場容量還遠遠沒

有被挖掘出來，加速技術創(chuàng)新、補齊短板、實現(xiàn)跨越式發(fā)展已迫在眉睫。

激光加工設備產(chǎn)業(yè)之所以能夠在2020年取得突飛猛進的發(fā)展，主要得益于5G通訊時代的到來，大量的5G基站建設對芯片、天線、電路板、終端機等核心部件和設備提出了巨大的需求，為激光技術、光源和裝備業(yè)提供了一個大展拳腳的市場。此外，最近一兩年在新能源汽車領域，對動力電池焊接生產(chǎn)線以及用于充電樁的激光切割和焊接等設備的需求量大增， 同時，晶硅太陽能電池片、柔性屏等先進顯示、醫(yī)療器械等細分市場，也是激光加工設備大顯身手的領地。

激光加工——精細化、網(wǎng)絡化、智能化

就整體激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，當前，一個較為明顯的趨勢是，激光加工的應用擴展，使相關設備單品被納入到整個制造

體系中，同時對激光加工的精細化、系統(tǒng)化、智能化要求變得越來越高；激光加工效率、加工精度、加工一致性等精細化指標，逐漸深入融合起來，納入到整個上下游制造、工藝、質(zhì)量體系，并與自動化、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化、智能檢測和傳感、大數(shù)據(jù)及AI技術結合起來，共同構建出激光加工大制造的現(xiàn)場，以及激光加工全面智能制造的現(xiàn)場。

例如，隨著近年來超高功率市場的崛起，20kW乃至更高功率光纖激光切割機的涌現(xiàn)，推動激光工藝愈漸成熟，不斷突破切割厚度極限，高功率、高速光纖激光切割機將以其顯著的效率、精度優(yōu)勢，進一步取代等離子、火焰等傳統(tǒng)加工方式， 大幅提高工業(yè)加工效率和品質(zhì)。

另一方面，激光行業(yè)的人力成本不斷攀升、產(chǎn)業(yè)技術升級迭代，促使激光設備需要向更高的自動化方向發(fā)展。例如，在鈑金加工等行業(yè)的制造過程中，激光加工往往是其中的第一步工序，它的生產(chǎn)快慢直接影響到整條產(chǎn)線的節(jié)奏，因此，通過與MES（制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)）的融合，向激光切割、焊接、打標等加工設備推送加工任務，同時也獲取加工任務/零件的進度與加工時長，利用這些數(shù)據(jù)來優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏， 降低生產(chǎn)成本，既可以提高產(chǎn)線稼動率，又可以實現(xiàn)對產(chǎn)線的精益化管理，推動生產(chǎn)邁向數(shù)字化、自動化、智能化，甚至打造激光加工24小時無人工廠，已成為如今行業(yè)發(fā)展的主流方向之一。

從激光產(chǎn)業(yè)鏈的構成來說（如圖4、圖5所示），工控自動化行業(yè)位于產(chǎn)業(yè)的上游，相關下屬行業(yè)大致可包括機械（加工臺、機械臂、機器人、機柜、夾具等）、數(shù)控（控制系統(tǒng)、伺服、運動控制等），以及各類電源和散熱器件等，隨著激光加工行業(yè)應用在近幾年的快速發(fā)展，對于上游工控自動化技術也提出了更高的要求。

智能化控制系統(tǒng)成關鍵

過去，激光加工只需要從無到有地實現(xiàn)生產(chǎn)目的，而現(xiàn)在，在智能制造的大趨勢下，面對的挑戰(zhàn)是如何更高效率、高精度、更省料地達成激光切割、焊接的效果。

為了進一步減少設備監(jiān)控的人工成本、節(jié)約機器暫停時間，上海維宏電子科技股份有限公司推出的激光管材切割控制系統(tǒng)具備批量加工功能，搭配自動上下料，可幫助用戶實現(xiàn)現(xiàn)場全天候的全自動加工生產(chǎn)。

在維宏激光管材切割控制系統(tǒng)的用戶端界面，用戶可在辦公室創(chuàng)建加工計劃，配合NcCloud維宏云進行任務下發(fā)，加

                      圖 1  2016-2021 年中國國內(nèi)激光加工設備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值統(tǒng)計與預測（單位：億元）（資料來源：激光加工委員會）

工機床即可在車間進行批量生產(chǎn)，如果當天未完成任務列表加工，則支持次日斷點繼續(xù)加工。系統(tǒng)界面可顯示加工狀態(tài)（等待加工、正在加工、加工中斷、完成加工），方便用戶實時查看加工軌跡，無需手動操作，加工過程中可自動調(diào)用，支持自動上下料、流程編輯、自動尋中/尋邊等功能。

特別是在激光管切的發(fā)展，上下料機構的定制化需求逐漸增多，也愈加復雜，如何進行快速開發(fā)，更快地完成軟件適配，成為各大廠家都面臨的問題，在加工過程中，需要對零件、尾料、廢料定義不同的機床行為，應用不同的物理設備， 隨時對設備進行調(diào)整。為此，維宏股份基于Phoenix平臺設計的V15激光專業(yè)管材切割系列軟件，通過NcConfig支持流程編輯，以滿足不同程度的定制化需求。系統(tǒng)支持可視化中文流程編輯界面，以及多種指令動作（如激光、吹氣、隨動、卡爪等）；并支持自定義的復雜指令流；銜接動作優(yōu)化，快速定位疊加，大幅度縮短空移時間；豐富的擴展加工流程，可滿足不同類型的擴展，以及不同類型的零件、廢料收集；支持Lua語句編輯，可創(chuàng)建加工計劃，支持批量加工生產(chǎn)，維宏激光管切系統(tǒng)以高柔性、高自動化的性能助力用戶實現(xiàn)不同材料大批量多品種的生產(chǎn)加工。

此外，維宏激光管切總線系統(tǒng)具有操作便捷、控制精準、性能穩(wěn)定的特點，控制系統(tǒng)與驅動器的高度匹配，直接在系統(tǒng)上即可讀取、寫入驅動器參數(shù)，大大方便了調(diào)機操作，滿足了客戶對激光切管加工效率和加工精度的更高追求，助力金屬加工向智能化升級。

直驅+激光，相得益彰

近年來，直驅技術在中國迅猛發(fā)展，直線電機技術持續(xù)完善，產(chǎn)品使用量不斷提高，成本費用也明顯下降，越來越多的

圖 2 2017-2020 年激光切割臺數(shù) / 產(chǎn)值 / 增長率（資料來源：激光加工委員會）

自動化機械制造廠商開始選用直線電機驅動方案，其中也包括激光加工應用領域。

東莞市智贏智能裝備有限公司針對激光行業(yè)配備了專業(yè)的并擁有長達6年豐富經(jīng)驗的設計團隊，根據(jù)不同的工藝需求配置不同的電機以及編碼器，例如：高精密的軌跡插補要求， 建議使用模擬量的編碼器信號輸出，便于驅動器的細分；對于

到點的運動需求，有的可以使用磁柵尺來滿足精度需要。同時，結構也會隨著工藝的不同而調(diào)整，如高精密的切割，建議使用大理石直接組裝的結構；高速的加工要求，建議使用鑄鐵的安裝底座等等。為了更好地實現(xiàn)激光行業(yè)運動平臺的組裝精度，智贏也配備了專業(yè)的組裝團隊，因高精密的產(chǎn)品部件需要穩(wěn)定的運輸以及組裝環(huán)境，以真正實現(xiàn)高精密微米級別的運動精度，對于高精密的運動部件，智贏還可提供客戶現(xiàn)場組裝、檢測、調(diào)試服務。

為了滿足高精密行業(yè)切割的要求，智贏研發(fā)生產(chǎn)了KYAC 系列的直線電機，此系列的電機磁節(jié)距為32mm，更小的磁節(jié)距有利于配合編碼器進行高精密的細分；無鐵芯的結構，運行的平穩(wěn)性在運速段可以輕松實現(xiàn)1μm的速度波動，更好地實現(xiàn)多軸的插補功能，以及滿足微米級別的切割精度要求。對于一般的切割要求，智贏CFS系列的電機過載能力強，推力大滿足高速切割；同時CFS系列電機定子，專門制作了斜貼磁鐵的生產(chǎn)工藝，不僅降低了電機運行的齒槽力，也提高了平板電機的運行軌跡精度；CFS系列有11款電機可供選擇，可實現(xiàn)輕載荷到重載荷1噸的負載的運動傳送，滿足多樣化的功能需求。

智贏針對高速、高精度加工行業(yè)還專門開發(fā)出了一款雙邊系列電機，呈U型的結構、有鐵芯的形式，型號包含CFB035/ CFB050/CFB065等，該系列產(chǎn)品的優(yōu)勢包括：體積小、推力大，與同等推力的電機對比,這個系列的電機寬度只有65mm， 高度分別為55mm、70mm、85mm，實現(xiàn)的持續(xù)推力最大會達到651N，峰值達到1953N。

此系列的電機峰值電流是持續(xù)電流的3倍，實現(xiàn)電機的瞬間輸出電流大，可以滿足高加速度要求，實現(xiàn)3G-5G的加速度；電機反電動勢相對更小，可滿足高速要求，配合380V的高壓電，效果更佳。該雙邊系列電機類似U型電機的結構，磁場兩側排布，磁吸力均勻抵消，降低了電機在運行中對導軌的傷害，增強了直線模組的穩(wěn)定性，主要應用行業(yè)有：液晶面板行業(yè)、鋰電池封裝檢測、半導體的檢測、激光高精密加工、高速貼裝機等，更合適用于體積小、高速的場景要求，是龍門結構的理想之選。

高精密運動控制平臺

普愛納米位移技術（上海）有限公司由德國跨國公司Physik Instrumente投資建立，這是一家專業(yè)開發(fā)微米納米定位技術的創(chuàng)新型企業(yè)，該公司市場與銷售高級總監(jiān)洪成勳介紹

圖 4 中國激光產(chǎn)業(yè)市場格局（資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）

到，中國半導體及激光加工行業(yè)確實在這幾年發(fā)展迅猛，PI中國也從中獲益頗多，去年到今年，PI中國在光通訊行業(yè)的業(yè)務是增長速度最快的，市場份額也是最大的。激光領域在全世界都是處于上升趨勢，尤其是在中國，激光加工已構成了完整的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，激光切割、激光焊接、激光打標或激光鉆孔等應用遍布電子制造、半導體、汽車電子或生物醫(yī)藥等多種工業(yè)領域的制造過程中，以優(yōu)化制造流程、確保部件的高質(zhì)量，同時，激光加工流程、材料、工作循環(huán)、環(huán)境條件以及吞吐量、精度、幾何公差、加工表面大小和輪廓等條件，都對自動化精密定位平臺提出了不同的要求。

在激光加工應用中，針對大面積激光加工對高精度、高吞吐量、同步二維加工的特殊要求，PI將高精度運動控制系統(tǒng)、ACS高性能運動控制器/驅動器，以及SCAN LAB領先的掃描儀技術結合起來，形成了一整套定制化激光加工解決方案（XL SCAN）。該系統(tǒng)基于高精度、高速度的線性電機平臺和平面掃描儀，支持高精度和高穩(wěn)定性的工件定位；同時實現(xiàn)了振鏡與平臺運動控制器的協(xié)調(diào)同步控制，且通過EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)標準協(xié)議集成掃描儀、激光器信號，使得系統(tǒng)可達微米級加工精度，具有更大的工藝區(qū)、更高的吞吐量，消除了由于平鋪或拼接掃面頭的多個視場而引起的潛在不連續(xù)性，大大提高

圖 5 激光加工產(chǎn)業(yè)鏈示意圖（資料來源：中信建投）

了PCB鉆孔和大規(guī)模激光打標等應用的產(chǎn)量和精度，縮短了加工時間，提升了制造企業(yè)的生產(chǎn)效率。

另外，在半導體晶圓制造中，非接觸式激光劃片工藝已成為優(yōu)選的劃片技術，以避免切削刃處的破損，增強抗裂性，改善邊緣的良好質(zhì)量，相應地，激光劃片工藝同樣需要在高速下提供高精度和高直線度的運動系統(tǒng)。為此，PI采用直接驅動帶有空氣軸承的線性和旋轉平臺，達到了極限精度、高直線度、平面度和重復精度，消除齒槽效應，實現(xiàn)了平穩(wěn)的速度控制， 拖鏈電纜管理，在晶圓工作點提供計量，全天候以高占空比運行，支持絕對編碼器反饋，增加了運行期間的效率和安全性， 從而提高了晶圓生產(chǎn)的良品率。

從“光加工”，到“光智造”，中國激光裝備產(chǎn)業(yè)正突破激光材料、激光器件、智能控制等核心瓶頸技術，大步向前， 成為智能制造浪潮中更普遍的一項加工利器。通過智能化的激光加工技術，能夠顯著提高生產(chǎn)一致性和產(chǎn)能，保證更好的加工品質(zhì)和柔性制造能力，以及更低的運營成本，持續(xù)取代傳統(tǒng)工藝，同時促進新一代信息技術與工業(yè)化深度融合，為制造企業(yè)提供面向產(chǎn)品全生命周期的具有信息感知、優(yōu)化決策、執(zhí)行控制等功能的智能化制造系統(tǒng)，真正邁向“中國制造2025”新時代。