开放 融合 共享 - 助力产业升级 | 探索激光加工的无限可能性
发布时间:
2019-08-30
8月22-23日，由中国光学学会激光加工专业委员会主办的第十三届全国激光加工产业年会暨宝鸡激光产业发展大会在美丽的宝鸡成功举办。
本届大会云集了600多位激光行业的专家、学者及企业代表。
日前已经为您报道了大会首日的盛况，此外，23日设立的几个专题会场同样亮点颇多。
如今，激光加工技术正推动钛及钛合金属材料等产业深加工产品的创新升级。在“钛”爱激光会场，嘉宾们围绕这一主题展开了深入探讨。例如，浙江工业大学激光先进制造研究院院长姚建华教授介绍了《钛合金激光表面改性研究进展》。据他介绍，钛及钛合金密度小、比强度高、具有良好的耐蚀性、疲劳抗力，在航空航天、军事工业和医疗领域愈发彰显重要性。基于此，他主要阐述了激光熔凝、激光合金化、激光熔覆技术以及复合激光表面改性技术及其在钛合金表面强化中的应用和难点问题。武汉武钢华工激光大型装备有限公司总经理柳洁和武汉华工激光工程有限责任公司总工程师王雪辉则分别阐述了《激光表面处理技术在钛板领域的应用》以及《激光在钛合金生产及航空航天领域的微纳加工应用》。在《OCT传感器在激光增材制造技术中的应用及激光同轴送丝熔覆系统 》的报告中，普雷茨特激光技术（上海）有限公司销售经理周骏介绍了公司开发的灵活、稳定和高效的激光熔覆加工头在处理喷粉和送丝两种材料加工中的应用案例。据他表示，普雷茨特激光熔覆头已在航空军工等行业，尤其是钛合金的增材制造的应用中实现了成功的应用。“总体上，基于粉体的LMD（激光金属沉积）仍是一种标准的加工方法，而同轴送丝熔覆头的推出是一个的全新行业选择和方向。”
在“石油化工与机械”会场，湖北工业大学刘顿教授分享了《高效率超快激光精密加工及其应用》，他主要介绍了超快激光多光束并行加工、动态偏振控制、动态光束整形等领域的研究成果，以及其在微群孔加工、体光栅加工、多焦点切割等领域的应用。温州大学副院长冯爱新则介绍了《面向油套管螺纹梳刀成形磨削砂轮的超快激光精密修整关键技术研究》。在他看来，传统的机械接触式修整方式存在修整效率低、修整工具损耗大以及成形精度低等致命缺陷。而若采用电火花修整，存在成形电极制作困难，修整效率低等问题。因此，他针对梳刀砂轮钝化以后的修整问题，提出超快激光成型砂轮修整方案，并研究超快激光与砂轮材料表面相互作用规律。影响选区激光熔化成形件性能的工艺参数多达上百个，如何选择适当的工艺参数以获得高质量的零件，是摆在设备用户面前的现实问题。在《基于选区激光熔化的工艺优化方法》的报告中，中国科学院力学研究所李正阳副研究员采用正交设计试验方法和无量纲工艺图，以低能量密度为原则，通过方差分析研究了激光功率，扫描速度，搭接间距及其交互作用对表面粗糙度、硬度、密度的影响规律。
“激光切割&焊接及其在汽车行业的应用”会场则更多从应用层面诠释了激光纷繁的应用潜力。例如，华中科技大学光学与电子信息学院唐霞辉教授揭示了《激光先进制造技术提升汽车产业》的秘籍。他针对汽车品种发展多样化更新快，汽车板需求从规模化向定制化生产转化，重点介绍了汽车板激光高速落料，汽车板激光拼焊，白车身激光在线焊接，汽车零部件焊接，半导体激光在汽车制造中的应用。深圳市创鑫激光股份有限公司激光焊接专家刘捷介绍了《激光精密焊接在汽车制造中的应用》。他指出，中国激光焊接的应用市场主要包括汽车、造船、高铁、航空航天等领域，其中汽车制造的激光焊接应用最为广泛。“在传统汽车制造中，激光焊接可用于汽车车身的钣金件、底盘件、车门、车顶及其他汽车零部件；而随着汽车产业的持续发展，新能源汽车的兴起也为激光焊接带来了更广阔的空间。” 在《直接半导体激光系统的应用》的报告中，苏州长光华芯光电技术有限公司激光系统事业部总经理吴真林分享了直接半导体激光系统在塑料焊接、锡焊、金属热传导焊接、清洗、切割、淬火、熔覆等领域的广泛应用。“尽管光纤激光器的市场和地位不可撼动，但直接半导体在材料加工尤其是宏加工，在3000W以下的热传导焊接和有色金属切割、3000W以上高功率熔覆和钎焊方面有巨大潜力，高亮度和高功率将是半导体激光器的发展方向。”空气化工产品中国投资有限公司亚太区金属加工行业技术经理贺宇翔则带来了《工业气体助力宝鸡激光切割和焊接产业升级》的分享。他表示，激光切割的气体应用要点包括光纤激光切割机切割时，根据切割板材的材质不同，选择不同的切割气体；同时，压力和气体纯度的选择，对光纤激光切割品质有很大的影响。此外，焊接气体应用要点则关乎考虑以下几个问题：如何提高焊接速度？如何降低焊接飞溅？如何实现生产效率和经济效益？如何满足环保与安全要求?
“工业激光器及产业应用”会场的关键字则围绕当下越来越受关注的超快激光技术。例如，在《超快激光，无“微”不至》的主题分享中，苏州贝林激光有限公司总经理刘海利详细介绍了贝林的超快激光器在脆性材料切割、膜材切割、复合材料切割、油漆去除等方面的微细加工应用。据他表示，公司的皮秒系列累计销售超过1000台。他也阐述了贝林皮秒系列激光器的优势，如稳定的光纤种子源技术、分级放大器技术、优质的光束质量、强大的数据分析能力等。“同时，5G时代也赋予了超快激光技术更多的发展空间，主要受到了各种新材料的驱动：滤波器关键材料、PCB关键材料、LCP与MPI等天线材料、第三代半导体材料，以及柔性材料等等……”深圳市杰普特光电股份有限公司高级项目经理张楠博士介绍了《 MOPA光纤激光器及其工业应用 》。“激光加工相对于传统加工方式而言，具有非接触，切割缝隙小，热影响区小，应用范围广，易于实现自动控制等优势。”她通过应用实例探讨了MOPA（Master Oscillator Power-Amplifier）光纤激光器在多种应用场景中的表现，及其灵活可调的脉冲参数对提升加工性能带来的裨益。武汉华锐超快光纤激光技术有限公司副总经理刘振林博士阐述了《超快激光微加工技术及其应用》。他主要围绕超快激光加工原理，超快激光在微纳加工中的典型应用，实用化飞秒光纤激光器的发展，华日飞秒激光技术进展等主题展开。“未来几年，5G技术和5G相关的消费电子制造技术换代是玻璃加工技术发展的主要推动力。而针对5G时代玻璃加工技术的发展需求，超快激光玻璃加工技术是大势所趋。”他还指出，针对超快激光器国产化的迫切需求，应当以全产业链方式来进行考虑，在核心材料、元件、器件、系统、成套设备、应用工艺等方面开展合作，推进产业协同发展。天津凯普林激光科技有限公司总经理顾新华博士则分享了《实现高稳定性、高一致性超快激光器的思路和实践》。究竟工业激光器对稳定性、一致性的要求中哪些指标需要格外重视？答案是：脉冲能量稳定性；光斑特性稳定性 （包括光斑大小、发散角、指向性等）；脉冲宽度。同时，他提出了超快激光器实现高稳定性、高一致性的几点思路：其中包括安全、可生产性和优化性能指标等设计原则；生产流程要不断改进、生产效率才能不断提高；自动化等。
另外，为了让激光产业的项目获得更多机会对接优质资本，聚合资源与资金加速创业团队发展，激光加工专委会首次携手国内以激光光源为重点的产业园、基金、各类高端装备及先进制造业投资方于在本次大会期间举行了项目路演与资本对接活动。专场路演关注光源、激光技术、激光应用装备和相关配套、硬科技驱动型项目，阶段覆盖天使轮到C轮。来自中信证券投行部的董事总经理王继东先生解读了激光产业在科创版领域的发展机遇；而中国电子温州产业园发展有限公司的总经理索耀宗先生则以《打造具有温州特色的智能制造基地》为题进行分享。参与活动的投资方和点评嘉宾来自以下机构：中信证券、中民投、架桥资本、安正时尚、中电子温州创投等投资机构。
上一篇
下一篇
上一篇
下一篇
相关新闻
2022-11-03
多光子生物成像解决方案 - 自1663年，罗伯特.胡克在实验室中观测到了细胞壁，并命名为【cellua】开始，人类微观生物世界的大门就此打开。自那之后经历了3个多世纪，从生物切片显微观测为开端，人类对于微观生物的研究从未停止。 上世纪90年末开始，随着飞秒激光技术的提出，到如今的走向成熟，更加尖端且成熟的生物观测仪器继续为人类生物微观世界的研究贡献出自己的力量，其中能够探测活体神经元的，便是我们接下来的主角——【双光子荧光显微镜】 01.什么是双光子荧光显微镜 双光子激发荧光这个理论是1931年由玛丽亚·格佩特-梅耶在她的博士论文中阐述了原子的双光子吸收的可能性，但是将她的理论研究转化成实验室的可观测现象进行证实时，已经是1960年激光诞生之后的事情了。 在双光子显微镜出现之前，主流的观测应用是共聚焦显微镜，它的主要原理是采用点光源照射标本，在焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点，该点被照射后发出的荧光被物镜收集，并沿原照射光路反射到由双向色镜构成的分光器。分光器将荧光直接反射至探测器。属于通过聚焦光来进行单光子荧光。优点是观测速度快，缺点是观察深度浅、清晰度差。 而双光子显微镜，是通过瞬间对荧光蛋白射入高密度光子，荧光分子可以同时吸收 2 个光子，并产生类似倍频效应的特性，实现在观测深度和呈像清晰度上质的突破。 共聚焦显微镜与双光子显微镜的观测深度对比 02.与激光的有机结合 双光子荧光显微镜是共聚焦显微镜与飞秒激光结合的产物。它利用飞秒激光器照射，在样本的表面或内部聚焦，发挥飞秒脉冲激光器由于脉宽窄、峰值功率高的特性, 使荧光蛋白发生双光子激发，并发生荧光信号。 当然，不同物质的双光子激发光谱也不同，这直接影响了荧光蛋白对不同波长激发光的吸收效率。类比地，如果一种荧光蛋白对于一种飞秒激光所在波段的双光子吸收效率过低，也会难以被激发，从而难以实现优质的双光子荧光成像效果。反之，激光器所在波长对其激发效率越高，则成像效果越好，主要体现在清晰度等方面，这样才能让研究人员更加直观的观测和还原样品的形貌。 不同荧光蛋白材料对光谱的吸收率也有所不同 双光子激发荧光显微成像对EGFP-2P荧光蛋白的效果对比A．920nm波段B．780nm波段 从上图中可以看出，对不同波段均有反应的荧光蛋白，在吸收率较高的波段成像效果更加优秀。03.实现途径为实现这种应用，中山铟尼镭斯科技有限公司于2012年开始，进行了飞秒激光光源的研发。经过了长达10年的积累，完成了该波段激光器的全部工程化工作。 Nd-930 产品说明： 该激光器基于光纤式种子源与放大级，能够稳定输出中心波长为930 nm ± 5 nm的飞秒 (fs) 级激光脉冲序列，平均功率 > 1 W，脉冲宽度 < 350 fs，重复频率40 - 80 MHz（可定制），M2 ≤ 1.3。特别适用于生物医学领域的双光子成像应用。
2022-11-03
什么是太赫兹 太赫兹波（简称太赫兹，THz）是指频率在0.1 THz到10 THz范围的电磁波，波长大概在0.03 mm至3 mm之间。介于红外和微波之间。 太赫兹间隙 检测领域应用——太赫兹光谱仪的工作原理： 将太赫兹光源对样本物体进行扫描，所有的材料会对特定的波长进行吸收，其余的会反射或者透射，就如同人眼会看到各种颜色一样，当太赫兹脉冲照射样本时，不同材料的样本对太赫兹波的吸收与反射不同，所以可以根据不同的吸收或者反射图谱区分无法用肉眼识别的同分异构体材料。每一个材料对不同波段光波的吸收反射率均有不同，形成特定的不同光谱图，这个光谱被称之为材料特有的【指纹谱】 太赫兹激发源 目前能够激发太赫兹波并完成光谱检测的有两种激发源——微波太赫兹和激光太赫兹 微波太赫兹激发源的优缺点： 优点：由于产生微波的为电子器件，能够在单一或者窄带情况下输出更大的功率，高信噪比的太赫兹源在对样本进行检测时可以更清晰的看到结果，不会被底噪干扰，在面对某些单一波长或者窄带波吸收率超过80%甚至90%的情况下，提高输出功率也可以得到信号反馈并实际观测到响应结果 缺点：由于微波能够输出的谱宽较窄，对于对象的可观测范围就比较小，只可以对单一材料进行识别反应，如果被检测样本对该波段无特异反映，当被检体在窄带检测波范围内吸收反射率差异趋近于零而其他波段会有较大差异时，通过微波激发的太赫兹检测图形会出现波型完全一致，无法通过图谱发现差异的结果。 激光太赫兹激发源的优缺点： 激光激发太赫兹光源能够输出一个比较宽的光谱范围，能够在更大范围内更准确的对被扫体的【指纹谱】进行识别，分辨率更高，更准确，泛用性更强，能够清晰的识别多种不同材料的【指纹谱】并可以进行横向对比。 缺点也很明显，由于需要兼顾多波段同时输出，激光太赫兹激发源并不能够达到微波最大等级的输出功率，这导致在检测过程中，激光太赫兹波在对某一种材料对特定波长吸收率较高的情况下，回馈的光信号可能会被淹没在底噪当中难以被识别。 P.s：激光激发太赫兹波段与微波波段并不是一个频段，在应用领域中也各有不同，激光激发的太赫兹波无法完全实现对微波电子激发太赫兹波的替换。 实际使用激光太赫兹的实验记录： 根据中国科学技术大学国家同步辐射实验室于2020年4月发布的【基于太赫兹时域光谱技术的黄酮类化合物研究】文章中提到的太赫兹光谱仪相关实验： 上面8张图谱是8种常见的黄酮类化合物；黄芩素，槲皮素，柚皮素，大豆素，黄芩苷，葛根素，染料木素和天麻素。样品纯度均大于99%,并购买于同一批次。实验样品制备采用粉末压片法，浓度为66.7%，厚度为1mm的薄片。 从图中可以看出,虽然这些黄酮类物质具有相似的分子结构，但每种物质在太赫兹波段都有明显不同的特征吸收峰，体现了太赫兹对生物分子的指纹谱特性。因此，可以通过太赫兹吸收谱对黄酮类物质进行种类鉴别。定性鉴别 铟尼镭斯的太赫兹激发源 针对于检测物品的【指纹普】这一应用，铟尼镭斯基于Er-100Hi激光器，结合异步锁定系统，配合太赫兹天线，组成了实验室中的激光器太赫兹检测系统。 光源主体FDEr-100 异步锁定拍频部分Er -100Hi FDEr-100技术指标： 序号 参数 单位 技术指标 1 中心波长 nm 1560/780±20 2 重复频率 MHz 100±0.1 3 重复频率可调范围 -- PZT精准100MHz附近调试手动100MHz附近调试 4 脉冲宽度780nm fs ≤100fs@780nm≤90fs@1560nm 5 输出功率 mW ≥100@780≥400@1560 6 输出方式 —— 空间光 Er -100Hi技术指标 序号 参数 单位 技术指标 1 中心波长 nm 1560±20 2 重复频率 MHz 100±0.1 3 重复频率可调范围 -- PZT精准100MHz附近调试手动100MHz附近调试 4 脉冲宽度780nm fs ≤100 5 输出功率 mW ≥200 6 输出方式 —— 空间光 / 光纤耦合 性能安装指标： 序号 项目 单位 技术指标 1 工作温度 °C 22±4 2 工作湿度 % ≤55 3 电气连接 AC V 220 最大功率 W 冷却方式 —— 风冷 目前，我司已经与首都师范大学张村林教授团队合作开发，搭建太赫兹光谱仪检测系统。随着工程化的一步步深入，我们相信在不久的将来，该系统会在药品，食品成分检测中发挥重要作用。
2019-12-04