激光制造是高端制造领域的宠儿，它融光学、机电、软件、材料等多学科于一身，其制造微复杂结构的能力与品质远高于传统制造。激光制造催生了一批新技术（如光刻、增材制造、近场纳米制造等）、一批新产品（如大规模集成电路、MEMS/NEMS等）、一批产品的高性能化（如航空发动机、燃气轮机等）和相应的高新技术产业群。近年来，我国激光产业发展迅速，但激光制造的应用率仍较为滞后。以汽车制造为例，据统计目前欧美发达工业国家50-70％的汽车零部件使用激光技术加工，而在国内，激光的利用率还不到20%。

  在传统制造业转型升级的大背景下，我国激光制造迎来了发展的新机遇。我国激光制造当前发展的态势如何？新的机遇在哪些领域？未来发展所需内外部条件有哪些？最终，又如何在国际竞争中占据优势地位？这都是产业发展面对的问题。本期《千人》邀请国家“千人计划”专家、大族激光董事、副总经理兼首席技术官吕启涛博士接受采访，请他谈一谈激光制造的前沿话题，探究产业前行的道路。

  与传统制造相比，激光制造的优势在哪？其主要的技术类型有哪些？

  吕启涛：激光的本质特性——超高的空间和时间相干性、超强的亮度、极短的脉冲宽度，决定了激光制造技术的优势。首先，激光加工是非接触式的，因此激光是一把永不钝化的“光刀”；其次，激光可以聚焦成小于微米大小的点，非常适合高精度的微细加工；第三，激光能量高度集中，通过控制激光脉冲在材料上的作用时间，很容易实现很多材料的“冷加工”，最大限度地减少加工过程中的热影响；最后，激光加工灵活性强、适应性广，激光制造可用于各种异形材料的加工，并实现同种材料之间的焊接。这些优点促使激光应用日益广泛，成为先进制造、精密微加工必不可少的工具。

  目前，主要的几种激光器技术分别是固体、半导体、气体及光纤激光器，按功率可划分为低、中、高三种，以激光脉冲的时间宽度（指激光功率维持在一定值时所持续的时间）为准，又分为连续、毫秒、纳秒、皮秒、飞秒激光器。选择什么样的激光器，在很大程度上取决于被加工材料的性能及加工工艺，同时要综合考虑设备的稳定性、经济效益等因素。近几年来，由于光纤激光器的强劲增长，固体激光器和气体激光器的市场份额逐步下降，而且未来还会持续下去。高亮度半导体激光器的发展也很快，而且在焊接和表面处理等应用上有一定的优势。皮秒及飞秒激光器主要用于脆性材料、微电子行业的超精细加工。

激光制造的主要应用领域有哪些？市场规模几何？

  吕启涛：近20年来，随着新型激光器的巨大进步，以及相应加工工艺的不断革新，激光制造技术已渗透至大到航空航天，小到微电子产品等诸多高新技术领域和产业。目前激光制造技术的应用领域主要有：1. 激光信息标记，用激光将产品信息直接雕刻在各种产品的表面上，取代传统的油墨丝印、标签。因为灵活、快速、环保、经济等优点，激光标记技术在电子工业、食品医药、智能手机、五金工具等各行各业的普及率非常高；2. 激光切割，此技术不仅在汽车、船舶、五金行业用于切割几毫米甚至几十毫米厚的金属材料，而且在微电子、LED晶元、太阳能等领域充分发挥其“精、准、快”的独特优势；3. 激光焊接，相比大多数传统的焊接方法，激光焊接可使高导热、高熔点的金属局部快速熔化，实现某些特种金属或合金材料的焊接。因为在激光焊接过程中无机械接触，容易保证焊接部位不变形。目前，高档汽车车身、飞机机翼、航天器机身等一些特种材料的焊接，已普遍采用激光焊接技术；4. 激光钻孔，使用激光很容易达到微米级的钻孔，主要应用于高集成度的多层PCB板制造、脆性材料和超硬材料的加工；5. 激光光刻，近年来大规模集成电路的进步离不开激光技术的助力。总体而言，当前工业激光装备的销售规模并不是很大，2015年全球的销售额约为130亿美元，其中中国市场占到近四分之一的份额。但是，激光装备作为无可替代的先进制造工具，其创造的价值是数十倍的。

  当前我国激光制造的优势与劣势在哪里？

  吕启涛：在过去的20年里，中国在吸引外资的优惠政策推动下，凭借劳动力优势逐渐成为了“世界代工厂”。在这个大背景下，我国的激光制造产业得到了强劲的发展，一举成为全球最重要的激光应用市场，并且涌现出了一批以“大族激光”为代表的中国激光企业。国内激光企业的最大优势在于充分贴近市场、实时响应客户的需求以及强大的系统集成能力。与此同时，我们突破了一些核心激光技术：比如大族激光自主研发生产的Draco系列紫外激光器，连续5年产销量全球第一；在迅猛发展的光纤激光器领域，武汉锐科、深圳创鑫、捷普特的市场份额也逐步提高，取得了可喜可贺的成就。

  另一方面，我们也要清醒地认识到，在很多激光制造技术中，国内的激光企业仍然处于产业链的中、下游，扮演着系统集成商的角色。大量激光器、高精度运动平台、控制系统依靠进口，面向专业领域的高端激光加工装备不能满足行业需求。另外，同许多行业一样，知识产权保护的不足和恶性价格竞争严重影响着企业发展激光核心技术的动力。

新时期，我国激光制造将面临哪些机遇与挑战？

  吕启涛：在新一轮制造业革命中，我国正面临前所未有的机遇，中国激光产业的黄金十年可期。首先，中国政府提出“中国制造2025”、制造强国的发展战略，努力打造具有国际竞争力的制造业；其次是企业成为创新主体，推动技术资源高效配置和综合集成，促进产业链的上下延伸与本土化；三是越来越多的传统产业迫切需要借助激光加工技术，提升产品质量、实现转型升级；四是科技革命不断催生新的业态，如新能源、电动汽车、虚拟现实、无人机等等；五是中国半导体及电子产业的发展前景非常好。因此，我提出了“激光技术+X”的发展方向，这里的“X”代表了智能制造、机器人、3D打印、视觉技术、新工艺等等。

  同时，激光产业也面临前所未有的挑战。因为，随着中国从低成本向中高收入国家过渡，亚洲正在经历第二次世界大战结束以来的第三次工业大转移：一方面劳动力密集型工业从中国转向成本更有竞争力的东南亚、印度、南美地区；另一方面，跨国公司借助于设计创新能力、高度自动化和机器人的技术进步，逐步将生产线搬回本国，回归“欧美制造”。因此，我国激光制造业也面临两大挑战：一是必须尽快突破、充分掌握激光光源、运动控制、自动化等核心技术；二是需要提高设备的稳定性、可靠性，提升全球化的经营能力，参与国际市场的竞争。只有这样，才能真正实现制造工厂搬到哪里，我们的激光设备就卖到哪里。

  在您强调的智能制造中，激光制造的产业前景如何？

  吕启涛：自德国“工业4.0”战略提出后，全球多国把机器人、自动化产业的发展视为国家经济实力和国际竞争力的重要指标。可以预见的是，在工业制造领域，激光加工技术将发挥越来越重要的作用，并不断朝着自动化、智能化、集成化等纵深方向发展。自动化与激光系统的结合将是大势所趋。事实上，大族激光研发生产的各种激光切割机、焊接机、钻孔机都带有高精度CCD视觉定位、自动上下料等功能，因为越来越多的企业要求激光加工技术与自动化设备相结合，实现激光加工设备的无人操作。

  2008年金融危机之后，东南亚国家开始成为低成本制造业的主要产地之一，其发展势头正在加快，中国则逐步失去了“世界代工厂”的地位,不得不加快产业结构的调整，努力向“世界工厂”的角色转变。这个转变能否成功，将严重影响中国未来的经济发展及就业状况，因为真正实现“机器换人”后，跨国公司有更多的选择，将工厂建在社会秩序稳定、运营效率高、附加成本低、知识产权得到保护的地区。比如特斯拉的生产车间就设在美国，从原材料加工到成品的组装，全部生产过程几乎都自给自足，冲压生产线、车身中心、烤漆中心与组装中心，这四大制造环节有超过150台机器人参与，在车间里很少见到人的影子。

  吕启涛：激光制造与3D打印的关联度非常高，事实上激光技术在3D打印的各种技术路线中，起着至关重要的作用，如激光固化成型、激光选区烧结、激光选区熔化、激光近净成形等等。采用的激光器种类包括CO2激光器、光纤激光器以及紫外激光器。各种功率大小的光纤激光器主要用于加工各种金属材料，比如钛合金、不锈钢、钴铬合金等；CO2激光器用于加工非金属材料，比如陶瓷，石英砂，尼龙等；紫外激光器则主要应用于光固化树脂等制品的制造。

  3D打印技术是智能制造领域不可或缺的部分，具有个性化制造的优势，在航空航天、医疗等领域的应用发展迅速。在此基础上，未来的3D打印将更趋于向高精度、高效率、大体积、多材质的方向发展。这个需求将促进激光技术的进步，同时高功率激光器、皮秒、飞秒激光器、不同波长激光器的进步将成为3D打印技术发展的强劲动力。

  需要指出的是，尽管3D打印技术有着广泛的应用前景，我个人不赞同“第四次工业革命”的说法，也不认同政界、资本市场对此制造工艺的渲染。过去三年里，在地方政府扶持政策的助推下，全国各地成立了几百个名目繁多的3D打印联盟，其中绝大多数“联盟”是成立会议召开后就没有下文了，这是一种“浮躁”现象。

  您如何看待激光制造与电子信息产业相结合的前景？

  吕启涛：改革开放以来，中国虽然在轻工业、石油化工、机械装备、重型工业和电子终端产品等领域进步显著，但在以半导体为主的大规模集成电路产业、以精密电子设备为主的电子元器件产业、以新型材料为主的材料应用和材料加工领域，与日韩欧美等国还存在巨大差距。众所周知，中国电子元器件年进口额二千多亿美元，已超过原油，一旦禁运，后果不可想象。

  所以，2014年以来中国大陆掀起了新一轮的半导体产业投资热潮，预计今后10年内将有数千亿元资金投入到半导体产业中。而随着半导体设备和材料的需求快速增长，国内年需求规模有望超过200亿美元。未来，国内配套的设备和材料厂商将逐步实现从低端向高端替代，其中激光制造技术将扮演关键作用。因为蓝宝石/硅片衬底、靶材、电镀液、封装基板等材料，都离不开刻蚀机、晶元切割、晶元划片、光刻机、全自动IC打标等精密激光设备，因此，未来激光制造与电子信息产业结合的市场空间还很广阔，。

  总而言之，如何尽快摆脱对半导体及集成电路器件的进口依赖，不仅关系到中国产业和经济的利益，更是关系到国防安全和国家发展战略。由于此行业为技术和资金密集型的，想在此行业涌现出世界级企业，不仅需要国家的政策和资金的支持，更需要科研人员敢于创新的聪明才智和自强不息的奋斗精神。

  作为一种新制造工艺，在航空航天、发动机制造等高端制造领域，我国激光产业将面临哪些机遇？

  吕启涛：中国在航空航天、船舶制造、发动机制造等领域的投入加大，给我国激光产业在这些高端制造领域提供了一个很好的发展环境。激光行业的标杆企业大族激光紧紧抓住这个机遇，今年年初联合中航国际完成了对全球航空自动化装配线的主要供应商—Aritex Cading,S.A公司的并购。此次收购，标志着大族激光强势进军航空航天系统集成和智能制造领域，将极大地提高大族激光的综合竞争力，助力中国航空航天事业的发展。我们盼望国家出台更好的政策，让更多的民营企业，更直接地参与发动机、大飞机、核电设施等重大项目的研发及制造。

  面对前所未有的机遇，国家政策如何才能真正助力激光制造的发展？

  吕启涛：目前，中国形成了三大激光设备产业集聚板块：珠三角、长三角、湖北，形成了三足鼎立的局面，环渤海和西安区域的发展也较快，应用市场则集中在广东省、江沪地区、郑州地区、成都地区。如前面所说，在激光产业链中，国内的公司偏重于系统集成、应用工艺。近几年来，随着地方政府招商引资的政策支持，以及资本市场的青睐，国内激光设备产业开始了快速"跃进"。然而，由于有些企业并没有拥有自己核心竞争力的研发体系和市场竞争力的产品，“低价、低品质的同质化竞争”影响了国内激光产业的健康发展。

  目前一方面，激光技术在高端制造领域的应用潜力还很大、急待开拓；另一方面，国内的激光打标机、低功率焊接机的价格持续大幅下滑，显得产能已经过剩，即便如此，还是不断有新激光公司成立，提供类似的产品及服务。这应该与地方政府之间的竞争招商和各种现金激励政策有关。政府应该致力于营造公平、高效、廉洁的商业环境，降低企业运营的税负及其它成本，关注教育、医疗、交通等民生问题，而不是以事先发放现金、赠予土地的方式影响投资人的决策、技术创新、以及市场的“优胜劣汰”。其实这种做法也容易造成权力寻租、投资失败。在与地方政府的招商引资交流中，我多次强调要从四个方面来论证一个项目的引进：资源（当地是否有发展此产业的原材料、配套设施）、市场（客户是否在当地附近）、人才（高新技术是需要高端人才的，当地是否能吸引人才、留住人才）、资金（地方财政收入和投资人是否有足够的实力支撑项目的持续发展），切不可盲目上马。

  为应对未来的竞争，我国该如何培育产业人才？

  吕启涛：其实就光学行业来讲，中国是全世界培养人才最多的国家，超过欧美。每年都有很多光电子方面的大学生、硕士生和博士生毕业，这是发展激光设备制造业的基础。当然大多数毕业生还缺乏对工业设备的认识，没有开发产品的经验。大族激光对此的应对方法一是加强与国内大专院校、研究所的紧密合作，除了重大项目联合攻关之外，还定向培养大族激光急需的人才；二是立足于公司内部培养，广泛参与国际上产业界和学术界举行的产品展览和学术交流活动，了解国际技术及产品的发展趋势；三是从国内外引进行业尖端人才、做技术带头人；四是加强与国际高科技公司的合作、择机并购， 以达到技术互补、开拓海内外市场的目的。

  在培养产业人才方面，我们应该向德国学习，匹配发展学术研究型和应用技术型的大学，还应该建立一些专业型职业培训学校，通过建立校企合作平台，协同标杆企业，共同培养专业应用型人才。一流的设备、一流的产品需要一流的技术工人来制造，技术工人要能得到全社会的尊重和认同。