1960年美国科学家Maiman发明了世界上第一台激光器，而我国第一台激光器是上海光机所王之江院士1961年发明的，比美国迟了仅8个月。自激光出现之后，1985年，Nature 杂志发表了一篇《The laser——hero or villain》的文章，发出了“激光到底是改变世界的英雄还是恶魔？”的疑问。60年后，这个问题显而易见，激光成为了改变和创造世界的一个重要手段，推动了整个世界的发展。

如今，激光已被广泛应用在通信、医疗、信息存储、商务应用、激光加工等领域，尤其是激光加工这是最主要的应用市场，包括激光切割、激光焊接、激光打孔等。

眼下，我国正处于制造业从中低端向高端制造转型升级的过程，智能制造是我国制造业转型升级的主要路线，是加快建设制造强国的主攻方向。而激光技术以其无法比拟的优势，成为推动制造业转型升级以及提升产品附加值的重要途径和技术而广受关注。

尤其在“碳中和”战略背景下，智能制造是实现双碳目标的关键之一，新材料的应用以及激光等新制造手段取代传统方法实现节能减排。依托于制造业的智能制造需求，激光制造近几年处于蓬勃发展时期。

激光智能制造近几年异常火热，世界各国也都在这方面进行了相关的布局，并将发展激光技术作为各国国策。德国的“工业4.0”、美国的“先进制造业国家战略计划”、日本的“科技工业联盟”、英国的“工业2050战略”、“中国制造2025”。

虽然提法不同，但内容相似，都是将智能装备通过通信技术有机连接起来，实现生产过程自动化；并通过各类感知技术收集生产过程中的各种数据，通过工业以太网等通信手段，以及各类系统优化软件提供生产方案，实现生产方案智能化。

什么是激光智能制造？这包括激光制造和智能制造的融合。

智能制造是基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，是先进制造过程、系统与模式的总称。从整个架构体系来看，它包括感知层、网络层、执行层和应用层，如图1。

图1 智能制造架构体系和产业链

智能制造体系特征：

• 具有自适应、自组织、自学习、自诊断和自修复的功能；

• 能够统筹分析和综合优化系统，从而实现预定的目标。

而激光技术作为一种先进加工技术形态能够很好地融入到智能制造整体解决方案之中。激光智能制造包括不同的激光器（如光纤激光器、碟片激光器、半导体激光器等）、不同波长（连续波和短波）；制造中最主要的是需要不同的加工手段，如激光焊接、激光3D打印、激光精密制造、激光抛磨等取代了传统的加工工艺。总体来说就是要有智能的元素，如传感的手段、控制的手段，然后进行互联。

智能制造技术的热点主要集中在传感器方面，包括射频技术、三维图像识别、通过三维图像及对物体缺陷的自动识别、实时定位系统（对材料、工具、设备等进行实时的跟踪），以及和感知算法、数据融合发展。其中一个很重要的就是智能制造机器人，是智能装备的基础元素。

另外一个热点就是智能制造系统方面，包括信息物理融合系统、智能制造协同系统、数字化等。其中数字化是当前比较火热的，比如数字化工厂、数据化双胞胎模型等，如图2。

图2 智能制造的技术热点

据统计，中国智能制造的百强企业主要分布在北上广和江苏地区，海尔、华为、福耀玻璃、富士康、阿里巴巴、百度、腾讯、京OB欧宝·体育、大疆等，传统企业如吉利、长虹、比亚迪、蔚来等汽车企业，中国中车、中国船舶、重工、中国商用飞机等国有企业。从这些企业的发展来看，体现出了互联网+先进制造的影子，以及标准体系的建立及示范和高端智能再制造行动计划。

尤其是2019年开始的中美贸易战和科技战，加快了对整个智能制造全球价值链的重构。国家产业升级、民营企业崛起，是我国激光智能制造一个很好的发展机会。

随着中国制造业的转型升级，先进制造、智能制造、智能装备等对激光的需求越来越大，我国政府也积极出台了各项措施推进激光产业的发展，使得我国激光产业历经了“黄金十年”的快速发展。“中国制造2025”中确立的五大重点工程十大领域中不少领域都活跃着激光制造的影子，包括汽车制造、新能源汽车、航空航天、海工装备、先进轨道等应用市场。

随着激光技术的快速发展，激光打标风靡加工市场，一度占据了一半以上的激光加工市场份额。但从2016年开始，激光切割市场爆发，切割应用开始普及，乃至今时OB欧宝·体育依然是加工界的“扛把子”。

除了发展稳定的激光切割、激光打标外，激光技术的应用热点也开始在激光焊接遍地开花，在激光清洗、激光3D打印、精密制造等领域的应用也纷纷展开。

• 激光焊接

汽车制造领域是目前激光焊接最大的应用市场，传统车主要集中在对车门、车顶盖、后盖箱等的加工，新能源汽车主要集中在电池制造方面。从科创板上市的激光企业来看，海目星、联赢激光，基本都与新能源电池领域的应用相关。

那么激光焊接下一个蓝海在哪里？

中国汽车工业协会常务副会长兼秘书长付炳锋在2021中国汽车工业论坛上表示，2025年我国新能源汽车销量占比将达20%-30%，处于快速发展的时期。所以，新能源汽车行业的发展是激光焊接的最大推动力。另外，船舶业、集装箱行业、航空航天等高端制造领域，将成为激光焊接的下一个突破口。

• 激光3D打印

激光3D打印技术是新兴的技术之一，为目前世界上效率领先、打印零件尺寸最大的高精度金属零件激光3D打印装备。激光3D打印的材料种类较多，包括聚合物、金属、软件模拟、陶瓷等。其中SLM金属粉末选择性激光熔化，因为材料来源广泛，打印产品能够直接应用而成为市场热点。

• 激光精密制造

随着电子制造的快速发展，激光精密制造成为了最具潜力的行业之一。比如手机、摄像头的激光切割，杨上陆课题组在航空航天发动机叶片的激光打孔，以及赵全忠老师在碳纤维材料方面的研究，都属于激光精密制造服务领域。激光精密应用正不断地替代和突破传统的加工和制造工艺，激光精密加工已经超越普通激光加工行业，成为未来激光发展最广阔前景。

虽然这些年我国激光技术得到了快速发展，但真正要在激光焊接、激光3D打印、激光精密制造、激光清洗等热点领域大规模应用起来，还面临着很多挑战。

1）激光制造工艺水平不足

激光制造本身是一个集光学、热感、流体力学、凝固、相变、机械、传感、控制等多学科的交叉融合，又是一个涉及许多科学和技术问题的系统工程。

如科学问题方面，包括材料的多样化、材料本征问题、以及激光与材料相互作用的效果，制造工艺也各不相同；此外还要考虑多级微观组织、缺陷生成、定量金相等问题。

从技术角度来看，首先是参数优化方面的难题，如何优化参数，以及如何找到新材料和敏感材料的最优参数。其次是目前我们在线传感和控制手段不够，以及应力控制、生产的一致性和非破坏性检测等能力都还需加强。

2）智能元素不足

要真正实现激光制造，有效传感和控制很重要，但我国在该领域依然有很多工作需要做。

3）激光制造在高端装备应用领域发展不足

首先是核心工艺积累不足，一个工艺的积累往往需要5~10年时间，然后一个工艺从开发到真正应用落地还需3~5年，所以我们还需加强工艺水平的提高。二是关键核心元器件、核心技术缺乏，严重影响了高端装备的发展。因此，要实现多学科的融合，尊重原始创新，坚持长期主义，找到合适的合作方法，实行行业共赢。

随着新材料、新激光、新应用融合传感、控制、人工智能等技术，激光智能制造的未来十年将是一片广阔的天地，大有可为。关于激光智能制造的发展趋势，杨上陆研究员有以下几个观点：

“目前在某一些领域，比如激光切割领域竞争非常残酷，发展激光智能制造的关键，这就需要协同创新、学科融合及打通技术转让的渠道，才能实现技术的快速迭代。”而上海光机所正在建设先进激光智能制造技术应用高地，围绕汽车、航空航天、船舶、先进轨道交通等“高、精、尖”领域，针对新材料、难加工材料开发先进制造关键技术及高端装备展开工作，加快突破核心技术，实现工业应用。