文｜正解局
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猜猜看，一台新能源汽车的整车焊接需要多长时间？
答案可能会令很多人大吃一惊——43秒！
这个由#华工科技 董事长马新强给出的数字，不仅是中国速度，更是全球最快。
中国#激光技术，是如何打破国外垄断的？
说起激光，大家应该不陌生，其高能量密度特性，非常适宜切割物体。
焊接和切割，不分家。
我们先从三维五轴激光切割技术讲起。
三维五轴激光切割技术是一种金属件的工业加工系统。
通过“五轴联动系统”实现工件的多角度灵活运动，同时使用高功率激光束聚焦能量，快速熔化工件，再结合智能编程与实时轨迹修正。
这套系统可精准切割复杂三维曲面的金属件，达到非常高的加工精度。
在日常生活中，我们能感知物体的长度、宽度和高度，这就是所谓的三维。
展开剩余90%那么，为什么激光切割这套系统要用到五轴呢？
这是为了提高加工的精度，在X、Y、Z三个轴之外，又加上了一条可调节倾角的A轴和一条可进行旋转的C轴，让一次性完成“360度无死角”的加工成为可能。
有这五轴的精确配合联动，再加上内部集成的聚焦镜片、喷嘴等光学元件的切割头，这套设备的关键硬件部件就成型了。
五轴示意图
软件当然也很重要。
一套专门开发的数控系统，负责控制激光切割头的运动轨迹、速度、加速度以及激光功率等参数，实现对复杂三维零件的精确切割。
三维五轴激光切割机优越性能，普遍应用在制造业的多个领域。
比如，汽车行业中热成型部件的加工。
三维五轴激光切割机可用于切割高强度钢板，像是车门防撞梁、底盘部件、发动机零部件等高强钢件的切孔与修边。
这种切割技术可以完美替代模具冲压。
老读者可能会问，之前正解局在《特斯拉、小米抢着用的压铸机，中国做到了世界第一》中介绍过新能源汽车制造中的压铸机技术，既然激光切割和焊接能完美替代模具冲压，那还要大型压铸机干嘛呢？
其实，这两种技术不但不冲突，实际上还是相辅相成的。
压铸机负责成型，解决了“如何造零件”的问题，而激光切割技术则负责高精度修边，把那些毛毛糙糙的边边角角变平滑，解决了“如何打磨零件”的问题。
特斯拉的一体化压铸件，在整体压铸成型后，就采用五轴激光进行修边。
再比如，航空航天领域的构件加工。
三维五轴激光切割技术可用于制造飞机发动机叶片、机翼、机身结构件、航天器零部件等，精确切割出复杂曲面和薄壁结构，不但保证了零部件的尺寸精度和表面完整性，还有助于减轻飞行器重量，提高燃油效率和飞行性能。
此外，三维五轴激光切割技术还被广泛应用于船舶制造、工程机械、医疗器械、建筑装饰、电子电器等诸多领域，为这些行业的技术创新和产品升级提供了有力支持。
三维五轴激光切割技术的出现，无疑是对传统加工方式的重大突破。
在汽车、航空航天等领域，传统的冲压模具生产构件的方式，成本相当高昂。
拿一台普通轿车来说，平均需要1000-1500套大小不同的模具。
模具在使用中免不了磨损，为了保证加工精度，模具还需要定期更换。
如果是加工特殊材料的特殊构件，比如屈服强度达1500MPa以上的高强钢，那么模具的损耗就更大，效率也更低。
这些成本，最后都叠加到消费者头上，可不是个小数字。
1979年，意大利普瑞玛（Prima Industrie）公司率先开发出三维五轴CO2激光切割机，德国通快（Trumpf）也紧随其后开发出类似产品。
三维五轴激光切割机迅速在欧洲的高端制造业刮起风暴。
几乎与此同时，日本的几个公司也相继研制开发出低加速度、高精度的工作台移动式的三维五轴激光切割机，切走了一部分国际市场的蛋糕。
普瑞玛公司的三维五轴激光切割机
如今新能源汽车大行其道，车身构件的轻量化需求越来越高。
这直接催生出热成型技术，也就是将钢板加热至900-950℃后快速冷却成型，与此同时，加工强度提升至1000-2000MPa，传统模具就没有用武之地了。
汽车、航天等行业的小批量定制化生产业已经成为趋势，专门开模的成本太高，三维五轴技术则无需模具，通过编程即可快速调整加工参数和路径，降低生产成本和周期，几乎是唯一的技术解决方案。
三维五轴激光切割技术优势明显，在工业界大行其道。
仅看国内市场，2024年我国激光切割设备市场规模约为368.5亿元，预计今年有望突破400亿元。
2015年以前，全球五轴激光切割设备的市场由德国通快、意大利普瑞玛、日本小松（Komatsu NTC）、日本三菱、意大利BLM等国际巨头主导，前五大厂商合计占据约65%的市场份额。
如果以机器的高精尖段位划分，以高端应用为主的北美市场则占了全球25%的份额。
2018年后，在汽车热成型生产线爆发式增长的带动下，全球三维五轴激光切割生产线冲破了2000台的年需求量，其中仅国内市场就占700台。
这么大的市场，中国本土企业当然不会任由国外企业把持，在2010年后逐渐快速崛起，并打破国外技术垄断。
长期以来，三维五轴激光切割技术被国外垄断，但经过多年研发攻关，我国已经突破了三维五轴激光切割机的三大核心技术单元的突破：
数控系统、激光器和切割头。
作为机床的“大脑”，高端数控系统曾长期被德国西门子、日本发那科等企业垄断。
我国企业华中数控通过自主研发，成功推出“华中9型智能数控系统”国产高性能数控系统。
该系统具备自主感知、自主学习、自主决策、自主执行四大功能，在加工效率和稳定性上超越进口系统，使加工效率达到进口系统的105%。
高功率光纤激光器被看作是激光切割的“心脏”，能稳定地产生激光。
我国自主研发的功率能覆盖3kW-20kW的高功率光纤激光器，彻底打破了国外垄断，且成本仅为进口的60%。
被看作快刀的切割头，是直接面对构件的设备要件，曾因结构复杂、密封要求高，完全依赖德国通快（Trumpf）的进口。
2018年，华工科技通过创新设计，解决了内部电路信号和水气通道的密封难题，密封圈数量仅为国外的2/3，且支持无限旋转和动态调焦，性能直接对标德国通快。
跟生产汽车一样，三大核心技术单元在组装成整机后，也需要调试。
华工科技全球首发的第五代智能三维五轴激光切割机，其关键核心部件已经做到了100%自主可控，不但打破了高端激光切割装备技术封锁，还促进了国产替代的进程。
与此同时，技术领域中的单兵作战思维也已被系统模式替代。
激光切割机的产业链合理布局，协同发展，国内300余家上下游企业形成创新网络。比如，武汉光谷产业集群就聚集了73家激光装备企业，实现了研发、制造的产业分工不分区的新格局，这让区域内的成品国产化率超90%，大大降低了整机成本。
现在，中国成功跻身至德国、意大利、日本之后，成为全球第四个完全自主掌握三维五轴激光加工技术的国家。
中国企业，也加入到高端激光设备的国际市场竞争中。
以设备产地来看，欧洲凭借德意两家企业的雄厚积累，以42%的份额占据最大生产输出地；其次则是凭借全球第一的工业制造体系打破垄断迎头赶上的中国，占38%；第三名是以高精尖产业著称的日本，占15%左右的生产份额。
国内的领军企业华工科技，在2023年7月，已累计交付近280台三维五轴激光切割设备，占据国内70%的市场份额。
国内第一，全球第三，直接迫使进口设备降价超过20%以上。
讲完切割，再讲讲文章开头提到的焊接。
由于工作台上加工构件是非接触式作业，高功率激光器本身就能快速加热材料实现熔合，所以只需把激光头更换成焊接头，切割机就能秒变焊接机，可以完成如汽车车身、航天器材的高精度焊接，实现了一机多用的高效普适性生产。
激光焊接效果
在新能源汽车生产中，虽然压铸技术将很多零件化整为零，一体成型，但一次性把大大小小的全部零部件都生产出来，还远不现实，在制造中仍然离不开焊接。
特别是电机定子需要高精度焊接，激光焊接就有用武之地了。
特斯拉使用了超大型冲压机生产一体式车身，但电池包、车顶等关键部位仍依赖激光焊接来确保密封和强度。
新能源汽车电机定子激光焊接自动化生产线
激光切割成功突破封锁，我国的激光焊接技术也达到了国际先进水平。
尤其是在中厚板、手持激光焊接及超快激光焊接等领域成果显著，如今已具备使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。
激光具有很高的能量，在与固相物质相互作用时有显著的热效应。
利用这个原理，材料表面能够快速熔化、凝固，形成新的合金物质，其物理、化学性能会有所改变。这个工艺的突出优点是在瞬态过程即可实现，并且有很精准的区域可扫描选择性。
这个技术，更进一步的应用是激光表面熔覆工艺。
在某种金属基体上，先覆盖一层专门配置的合金粉末，用激光使其熔化，成为熔覆层的主体合金，同时基体金属也有一薄层熔化，与之结合。
激光熔覆层的合金体系，具备基体所没有的高性能，扩展了传统的电镀等金属表面强化技术。比如采用激光熔覆技术修复航空发动机叶片或轴承，让表面合金更耐磨，可显著延长使用寿命。
爱美人士应该知道一种激光脱毛的技术，原理就是把毛烧掉，同样的，激光也可以用来清洗。
加工件表面有时会粘有亚微米级的污染颗粒，粘得很紧，常规清洗办法很难去除，激光清洗就很有效。
高能激光束产生热效应和物理冲击效应，将污染物瞬间高温气化后去除，同时保持基底材料完好无损。
激光清洗具有效率高，清洁度高，覆盖面大，且能远距离操作、安全可靠的优点。
华工科技全球首创的轮胎模具激光清洗智能装备，效率提升4倍，把传统的干冰清洗彻底淘汰，用激光开启轮胎模具清洗的新时代。
经过多年的研发探索，中国实现了三维五轴激光切割技术从“受制于人”到“自主可控”的跨越。
这背后，不仅是我国高新企业的技术突破，更受益于工业体系的强大需求。
一方面，我国是全球最大的制造业国家，高端化、智能化转型的迫切需求构成了最强劲的市场拉力。
航空航天领域对复杂曲面零件加工的严苛要求，新能源汽车产业对轻量化电池托盘的大规模量产需求，船舶制造中对异形曲面切割的效率升级期待，共同构成了技术迭代的“刚需场景”。
另一方面，以华工科技、大族激光为代表的中国激光装备企业，以“十年磨一剑”的韧性攻克了核心技术。
这种“市场出题、企业接单”的良性互动，让技术创新真正扎根于产业土壤。
未来，大国重器，还将持续上新！
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