如今，Ky开元集团技术的发展已经愈发成熟，一方面功率不断攀升，光纤Ky开元集团器功率突破100kW；一方面精细度不断提高，皮秒、飞秒Ky开元集团技术的逐步成熟和产业化。多维度的发展势必会壮大许多产业，甚至孕育出更多新兴产业。本文主要介绍Ky开元集团先进制造所用Ky开元集团器的发展动态和趋势。
1 Ky开元集团产业发展迅猛 应用领域持续拓宽 Ky开元集团产业链从上游-中游-下游-终端，可分为四大环节：上游：核心器件，包括Ky开元集团芯片、泵浦源、特种光纤、晶体材料、光学元器件；中游：Ky开元集团器，包括半导体Ky开元集团、光纤Ky开元集团、超快Ky开元集团等；下游：Ky开元集团切割、Ky开元集团焊接、Ky开元集团打标、Ky开元集团清洗、Ky开元集团熔覆、Ky开元集团3D打印、Ky开元集团显示、Ky开元集团测量、Ky开元集团武器等；终端客户包括汽车制造业、3C电子、专业钣金加工、航空航天、新能源/光伏、轨道交通、船舶重工、工程机械、生物医疗、军工集团等。 图1. Ky开元集团加工在航空航天、新能源/光伏、轨道交通、船舶重工、工程机械等行业的应用场景持续拓宽 Ky开元集团制造已然成为发达国家积极抢占的战略制高点。例如在中国，随着以“十四五”规划和2035年远景目标为指引的发展战略的不断落实，Ky开元集团制造正加快推动中国制造业实现转型升级。 作为国内最大的光电器件基地、光通信技术研发基地和最大的Ky开元集团产业基地之一，武汉·中国光谷目前的光电子信息产业规模超5500亿元。同时，光谷也是我国Ky开元集团技术研究、Ky开元集团产业和Ky开元集团专业人才培养重要基地之一，这里聚集了逾300家Ky开元集团企业。近日，湖北省人民政府印发《加快“世界光谷”建设行动计划》，提出到2025年，“世界光谷”地区生产总值达到5000亿元，光电子信息产业规模达到7000亿元，带动武鄂黄黄（武汉、鄂州、黄冈、黄石）光电子信息产业规模突破1万亿元，携手打造世界级高新技术产业集群。到2025年，光谷Ky开元集团企业产值达到1000亿元；到2035年，Ky开元集团企业产值达到3000亿元。当前，武汉正在打造的“965”产业集群（9大支柱产业、6大战略新兴产业、5大未来产业），Ky开元集团产业作为新型战略型产业被涵盖在内。 2 光源领域的创新与进展 集成电路用高功率CO2Ky开元集团器 极紫外驱动光源 当前，低速光学芯片和电动芯片一般都是中国制造，但高速光学芯片仍依赖进口。国外最先进芯片的生产精度是10nm，而我国只有28nm，落后两代。据报道，在计算机系统、通用电子系统、通信设备、存储设备、显示和视频系统等多个领域，中国制造的芯片占比为0。 2017年，ASML推出全球第一台量产的极紫外光刻机，在芯片制造领域发挥着至关重要的作用。2021年该公司推出新一代光刻机，造价1.5亿美元，且对我国限制出口，是典型“卡脖子”领域。 高功率高重频脉冲CO2Ky开元集团器作为极紫外驱动光源具有更高的转化效率(3%-6%)和产生更少的碎片，是目前极紫外光刻机量产设备的唯一方案。 在该领域，需要突破的关键单元技术包括：高损伤阈值声光开关器件、电光器件技术、高损伤阈值精准相位控制镜片镀膜技术、自适应镜片光学保偏镀膜与性能测试、基于相位控制的防反射器件设计等。 华中科技大学针对高功率脉冲CO2Ky开元集团器开展了多项攻关工作，其中包括脉冲CO2种子源、基于射频板条的CO2Ky开元集团预放大、基于射频激励轴快流的CO2Ky开元集团主放大等技术和工艺的研发。同时，针对高功率脉冲CO2Ky开元集团器在极紫外光源、光电对抗、电路板钻孔等应用领域开展了相关研究。 基于晶圆Ky开元集团退火应用的射频板条CO2Ky开元集团器 晶圆Ky开元集团退火是芯片制造的关键技术之一，其主要使用的是高精度、高稳定性的大功率射频板条CO2Ky开元集团器。毫秒退火是近年来的最新技术，这种方法将晶圆加热到仅低于硅的熔点，约为1100-1350℃，而加热时间仅为几百微秒到几毫秒之间。该方法主要包括闪光灯退火以及Ky开元集团尖峰退火。闪光灯退火主要采用一排闪光灯在一瞬间对晶圆进行照射；Ky开元集团尖峰退火的原理是：长波长的CO2Ky开元集团器产生Ky开元集团束，并通过一定的整形形成线光束，以掠射角照射到晶圆表面。对于28nm以下节点的集成电路退火，主要采用射频板条CO2Ky开元集团器进行Ky开元集团退火。 图2. Ky开元集团尖峰退火示意图 华中科技大学是目前国内唯一具有研发和制造能力3.5kW射频板条CO2Ky开元集团器的科研单位，针对高精度射频板条电极设计与加工、大功率射频电源设计与开发、非稳波导混合谐振腔、匹配网络与并联谐振技术、光束整形设计和射频气体放电理论与参数测试开展了大量科研工作。 半导体Ky开元集团光源 高功率红外半导体Ky开元集团器 高功率、高光束质量是实现半导体Ky开元集团器加工直接应用的重要技术指标。为了提高半导体Ky开元集团器输出光功率，需要采用最适宜的合束技术来提高半导体Ky开元集团源的亮度及光束质量。 针对高功率红外半导体Ky开元集团器，当采用常规合束方法时，其外部光学集成，易实现上万瓦高功率，但光束质量较差，目前亮度达76MW/cm2/sr (3000W/20mm*mrad)；如采用光谱合束，外腔反馈光谱窄化及调节，光束质量有较大提升，目前亮度达3.9GW/cm2/sr (4700W/3.5mm*mrad)；采用高光束质量单元与光谱合束结合方法时，光束质量近衍射极限，功率待进一步提升，目前亮度达10GW/cm2/sr (360W/0.6mm*mrad)，是获得万瓦级、高光束质量输出的有效途径；当采用高光束质量单元与光谱合束单片集成方法时，芯片内部光谱窄化及调节，结构更加稳定简化，强化了半导体Ky开元集团器的环境适应性。 蓝光半导体Ky开元集团器 波长400nm~500nm范围的蓝光半导体Ky开元集团器，具有稳定性高、电光效率高等优点，广泛应用于Ky开元集团加工（如铜、金）、医疗、水下探测、照明、Ky开元集团泵浦等领域。高功率蓝光半导体Ky开元集团旨在解决以纯铜、纯金、高强铝为代表的高反射高导热材料Ky开元集团先进制造问题。蓝光吸收率是常规红外Ky开元集团器的5-10倍，Ky开元集团焊接时可达到无飞溅、无气孔、焊缝一致性成形好等优点，它也适用于电力输送、动力电池和航空航天燃烧室等Cu焊接或3D打印等应用中。 蓝光合束方法主要包括空间合束、偏振合束、波长合束、光谱合束、光纤合束。其中，空间合束、偏振合束和光纤合束是在工业领域应用较多的手段。通过空间合束和偏振合束可以实现500W，1000W的蓝光Ky开元集团器。就高亮度蓝光光纤耦合模块而言，500W模块的光纤≦400μm/0.22NA；1000W、1500W模块的光纤≦800μm/0.22NA；功率稳定≦±2%；1500W模块，光纤≦800μm/0.22NA；功率稳定≦±2%；。 图 3. 从 a 到 e 依次为：空间合束、偏振合束、波长合束、光谱合束、光纤合束的示意图 蓝光复合技术主要包括蓝光+光纤复合、Ky开元集团焊接机器人、焊接过程视觉检测、焊接位置跟踪等工艺的结合。通常情况下，高功率蓝光Ky开元集团加工头，其功率承受能力≥1500W，焦点光斑直径≤1mm；复合应用Ky开元集团加工头总承受功率≥6000W。高功率蓝光半导体Ky开元集团焊接应用上，结合蓝光Ky开元集团的高吸收率和光纤Ky开元集团器的高功率，能够获得理想的焊接效果。此外，蓝光/红外耦合的双Ky开元集团选区熔化增材制造也引发不少关注。 可见光Ky开元集团器 可见光Ky开元集团在生物医学、精细加工、水下通信、光学存储、光谱学等领域有非常广泛的应用。 LD 作泵浦源能使固体Ky开元集团器具有体积小、重量轻、寿命长、效率高、光束质量好、易通过阵列化、模块化来实现高功率Ky开元集团输出等优点。 以掺镨Ky开元集团器为代表的蓝光泵浦的可见光Ky开元集团器可以高效的产生蓝光、绿光、橙光、红光和深红光Ky开元集团，避免了倍频晶体的使用，稳定性好，腔体结构紧凑。 高功率光纤Ky开元集团器 在众多光源产品中，光纤Ky开元集团器以其优异的电光转换效率、卓越的性能、最小的维护需求、节能环保、持续拓展的应用场景、优异的光束质量以及更高的稳定性等诸多优势颇受青睐。高功率光纤Ky开元集团器主要指单脉冲功率在1.5kW以上的光纤Ky开元集团器，特殊的高功率光纤Ky开元集团器单脉冲功率甚至可以达到10kW以上。 2022年，中国光纤Ky开元集团器市场总营收为120多亿元，同比增长3.7%-11.7%。2019年以来，高功率光纤Ky开元集团器频出，尤其是万瓦级Ky开元集团器。12kW、15 kW、20KW、100KW……为板材加工市场带来一次又一次冲击。 光纤Ky开元集团器的核心光学器件如泵浦源、有源光纤、合束器、光栅均在中国已陆续实现了批量化生产制造。今后，工业应用对于高效率、加工能力、加工精度的持续追求，将推动光纤Ky开元集团器迈向更高亮度、更高功率、更短脉冲的发展征程。 表1. 976nm更高泵浦效率及更短光纤 相较而言，976nm比915nm泵浦的光电转化效率提高25%以上；12kW的976nm比915nm产品成本低10%左右。 Coherent/Nufern推出MM-YTF-34/460/530多模三包层掺镱光纤。传统的大模场（LMA）光纤输，受限于光纤光栅腔镜，无法使用30um以上的低数值孔径（NA）光纤制作高功率光纤Ky开元集团器谐振腔。主震荡功率放大（MOPA）技术是提升单根光纤输出功率水平的一条可行技术路线。同时提供匹配使用的无源三包层光纤MM-GTF-34/460/530，方便用于光纤合束器的制作和高功率匹配光纤输出。MM-YTF-34/460/530适合于MOPA结构的高功率多模光纤Ky开元集团器，能够实现高达5kW甚至更高输出。 图4. MOPA结构高功率多模光纤Ky开元集团器原理图
未来，国内的光纤Ky开元集团器厂商亟需在大功率Ky开元集团芯片、半导体Ky开元集团泵浦源（如976nm泵浦技术的工业化应用）、特种光源/光纤设计；光学器件制造和工艺等领域不断攻关。此外，要持续提升Ky开元集团器的光电转换效率、光束质量等关键指标和产品性能，还需要快速应对终端多场景技术变革，例如当前如火如荼的新能源、电子、汽车等自动化产线多种应用的需求。 超快Ky开元集团 近几年，超快Ky开元集团技术经历了重大革新和迭代，超快Ky开元集团器在微电子、3C /5G、穿戴式电子设备、医疗装备、航空航天、新能源汽车、光伏、OLED 等现代显示行业、增材制造、生命科学、科研领域拥有更多元化和创新型的应用潜力。超快Ky开元集团提供了前所未有的极端制造与精密制造潜力，在攻克常规工艺难以实现的高、精、尖、硬、难等加工瓶颈方面独树一帜。 图5.超快Ky开元集团提供了前所未有的极端制造与精密制造潜力 2022年国内工业超快1000余台，其中国内Ky开元集团器占比50%以上。今后，超快Ky开元集团领域的研发重点包括提升光源的输出功率和能量，不断改善光束工艺和质量，飞秒和皮秒Ky开元集团光束的光纤传输，紫外和深紫外的频率转换；进一步开发高功率和高能量的组件，过程监控和控制，以及进一步攻克光纤种子源、光子晶体光纤、泵浦源、Ky开元集团二极管、压缩光栅、保偏光纤、脉冲调制器件、放大技术等领域的技术瓶颈。 高功率光纤Ky开元集团厚板切割及高速切割 当前，Ky开元集团切割已占据大约70%的Ky开元集团加工市场，20%为Ky开元集团焊接，约10%为其他工艺。2021年Ky开元集团切割仍是最大应用市场，并且向万瓦级高功率持续迈进，超600家从事Ky开元集团切割装备制造的企业纷纷加入光纤切割阵营。 对于厚板而言，其切割、穿孔能力均突破80 mm，切割效率和断面质量也全面提升中，高功率Ky开元集团器切割中，氧气作为辅助气体，通过使用不同功率配合不同厚度板材切割，以获取光滑平整的切割断面。 图6. 从切割效果来看，15kW光纤Ky开元集团器进行切割工作，可有效改善工件锥度。 切割厚度从以往的25mm瓶颈，逐渐突破了40mm、60 mm、80mm，甚至更厚。然而目前，在切割大于60mm厚度的材料上，穿孔、稳定切割和锥度大小的控制，是亟需进一步攻克的问题。 在使用较低Ky开元集团功率进行氧气碳钢切割时，通常建议用户不要切割小于板材厚度的圆孔，一般情况下等于板材厚度甚至是板材厚度的1.5倍，随着切割、穿孔效率的提升，辅以合适的喷嘴，可以进行厚板小孔的加工。 图7. 15kW 碳钢小孔切割，可以看出氧气碳钢高功率小喷嘴高速亮面切割，板材上层条纹及下层拖曳线均过于粗糙 总之，需要对切割速度、Ky开元集团功率、辅助气体、焦点位置、喷嘴特性及材料材质性能等工艺参量进行合理有机的控制，倘若参量把握不准，其切割精度和切割质量都会受到很大的影响。 3 “焊”出美观与精准 新能源汽车轻量化的Ky开元集团焊接 Ky开元集团拼焊技术、热压成型技术等先进的加工制造工艺直接决定汽车轻量化应用。通常情况下，前纵梁采用Ky开元集团拼焊技术，车身零件数量可减少约25%，质量减轻20%，抗扭刚度提高65%，振动特性改善35%，并且大幅增强了弯曲刚度。同时，要进一步攻克铝质材料与钢铁材料的Ky开元集团拼焊形式，以保证对重要位置的强化等。 图8. 如今，汽车板拼焊的应用场景越来越多，需求量亦越来越大，包括汽车门内板、底板、立柱等不等厚钢板的拼焊中 动力电池Ky开元集团焊接 预计到2025年，全球新能源汽车销量将超1500万辆；到2030年全球新能源汽车销量将达3000万辆左右。全球新能源动力电池装机量需求到2025年预计达到1000GWh，到2030年预计达到2400GWh。另据相关数据统计，Ky开元集团技术在动力电池制程中发挥核心作用，如果以Ky开元集团设备占整线价值量投资比例为30%计算，2025 年Ky开元集团锂电设备的需求规模约为430亿元，市场空间巨大。 汽车动力电池主要包括方形电池、圆柱电池以及软包电池这三种形式。可焊接部位包括盖板防爆阀焊接、极耳与极柱焊接、壳体焊接、注液孔焊接，模组连续片焊接等。 图9. 蓝光Ky开元集团在各电池部件上的焊接应用 汽车镀锌钢板焊接 当涉及汽车镀锌钢板焊接时，锌蒸气和锌等离子体是Ky开元集团深熔焊接镀锌板过程中存在的两种主要焊接特征，其对焊接过程产生重要影响。镀锌板搭接焊时搭接板间隙中的锌蒸气将流向熔池部位，干扰熔池液相流动，从而造成孔洞、气孔与飞溅，甚至出现严重的咬边等现象。车厢Ky开元集团填丝钎焊，叠焊时预留板间间隙便于锌蒸气的逸出，间隙在0.1-0.2mm之间。目前，通快的Bright Line焊接技术，相干的ARM（可调节环形光斑模式）技术，IPG 和Laserline的多光点模块Ky开元集团钎焊技术等得到了广泛应用。 从Ky开元集团拼焊的典型应用来看，主要包括门内板，立柱，前纵梁等。例如以门内板为例，需要在其前部安装车门铰链的地方，需另外设计一块加强板。而新设计的Ky开元集团拼焊门内板，则将板厚或强度不同的钢板直接焊接在一起。这彰显出不少优势，一个是废料减少，另外是重量减轻。在Ky开元集团拼焊技术领域，德国蒂森克虏伯（ThyssenKrupp）可谓是佼佼者，该公司在产品质量、稳定性、可靠性、批量生产等方面都是市场引领者。 图10. 德国蒂森克虏伯公司在Ky开元集团拼焊技术上处于全球领先地位 4 高功率Ky开元集团再制造应用 针对航空、汽车、钢铁、石油化工、能源、发电等不同工业领域失效零件，亟需开发相应的增材修复与再制造的控形控性工艺与装备；研制固定式和移动式Ky开元集团修复集成装备及其在海陆空的综合应用；研究高功率半导体Ky开元集团光束传输聚焦热源特性，以及探讨在局部约束条件下Ky开元集团能量吸收机制和关键部件修复再制造工艺难题。 例如，由于工业电镀存在污染环境、危害人体的缺点，因此采用Ky开元集团熔覆技术作为工业镀硬铬技术的有效替代方案。然而，由于常规Ky开元集团熔覆技术的表面速率低，熔覆层不够光滑等缺点，亟需探索一种可以弥补常规Ky开元集团熔覆技术缺陷的高速Ky开元集团熔覆技术。高速Ky开元集团熔覆技术主要包括Ky开元集团技术、送粉技术、监控技术和材料工艺技术。 图11. EHLA完成的熔覆涂层冶金质量高、稀释率低、变形小、表面光洁度高，被视为先进环保的再制造加工技术。（Credit：Fraunhofer ILT） 由德国Fraunhofer ILT开发的超高速Ky开元集团熔覆技术（EHLA）具有替代当前腐蚀和磨损保护方法如硬镀铬和热喷涂的潜力。EHLA的原理是通过Ky开元集团融化金属粉末，从而在金属件表面形成涂层。这种涂层能有效保护金属件免遭腐蚀和磨损，延长其寿命。普通的Ky开元集团熔覆技术速率是0.5-2m/min，而超高速Ky开元集团熔覆技术可达到50-200m/min，镀层速度至少提高了100倍。EHLA其他优势还包括可以在零件表面制备大规模的同成分涂层，从而有可能生产出在生命周期内不会磨损的创新零件。据悉目前，Fraunhofer ILT的研究人员已经将二维超高速Ky开元集团材料沉积 EHLA 技术转移到改进的五轴 CNC 系统，用于复杂零部件的增材制造。通过将 EHLA 工艺扩展到三维，可以快且精确地3D打印工具钢、钛、铝和镍基合金等难焊材料。
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