作为欧洲最大的激光应用研究中心，德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）拥有OB欧宝·体育的人才和雄厚的技术，多年来一直引领着激光应用技术开发的前沿。本篇希望通过分享Laser Focus World（LFW）杂志特约编辑Andreas Thoss对Fraunhofer ILT主任Constantin Haefner的采访内容，为读者了解激光技术应用发展的前沿动态提供有价值的参考。

两年前，Constantin Haefner担任欧洲最大的应用激光技术研究中心——德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）的新主任。他在接受Andreas Thoss的采访时，谈到了激光技术的发展趋势以及Fraunhofer ILT的一些发展策略。

Andreas Thoss：从当前的趋势来看，数字化生产或生产联网（IoP）非常突出。您在Fraunhofer ILT的工作是如何应对这一趋势的？

ConstantinHaefner：激光是一个完美的工具；它的光束是无质量和无磨损的。而且，激光允许人们更加精确地观察生产过程。使用激光的生产过程会产生大量数据，而理解这个“数据池”是数字化光子生产所面临的一项挑战。

第二个挑战是将现实全面地映射到虚拟世界中，包括设计规范、材料特性和激光与材料相互作用的物理特性等。实际过程是第三个挑战。在过去，我们大多是通过基于人的知识和许多试验来开发工艺；而在一个日益复杂和加速的世界中，这个过程正变得越来越具有挑战性。然而幸运的是，今天我们有更多的计算能力、模拟工具和对基础物理的更深入的理解；但真正的加速器是对“全面的高质量数据”的获取和联网，同时结合现代机器学习和人工智能技术。人员得到了解放，生产可以变得更加高效、更加敏捷且更具有可持续性。

这就是数字化生产的优势之一：工艺设计得到机器智能的协助。数字化光子生产的目标是投入生产时的“一次成功”。

此外，生产机器的性能各不相同，即使在一个型号中也是如此，但更多的时候是由于操作者的经验。了解这些偏差、并通过将其纳入工艺模型来预测这些偏差，是我们感兴趣的主要内容之一。这关乎精度、可重复性和可操作性。换句话说，数字光子生产应该允许人们能以同样的方式使用机器，无论环境如何或是由谁来操作它。

我们通过分布式机器学习实现了这一点。来自所有机器的“数据池”提供了更多的分析和预测能力，以开发、改进或操纵一个过程。数值模拟建立在基础物理学之上，并提供了一个指导框架；然后人工智能环路使用这些模拟，并增加了对真实数据的学习，允许实时数据解释，并向机器控制环路提供关于如何优化过程的建议。然后，自动将成功的操作方法推广到云中的其他机器。此举将节省大量时间。

这就是为什么数字化生产是Fraunhofer ILT的一个非常重要的课题。在德国亚琛，我们拥有各个生产技术研究所之间的“数据池”。我们开发激光器和传感器，我们开发机器学习代码和算法，用它们反过来评估流程。最终，我们可以更快、更准确地优化价值链。

AT：下一个大趋势是增材制造（AM）。Fraunhofer ILT通过EHLA技术在这方面树立了一个真正的里程碑。接下来增材制造领域会发生什么？

CH：我们刚刚庆祝了Fraunhofer ILT获得“金属激光粉末床熔融工艺”专利25周年，该专利由ILT的三位科学家在1996年申请（见图1）。无论是过去还是现在，3D激光打印对我们来说都是一个大话题。它也是数字化光子生产的一个重要部分。

图1：1996年，Fraunhofer ILT为金属3D打印工艺申请了专利；图中所示为激光粉末床熔融（LPBF）工艺。（图片来源：Fraunhofer ILT）

3D打印的魅力当然在于其设计的灵活性、材料的多样性，以及与减材加工工艺相比较低的材料消耗。然而，当考虑可持续经济时，我们还需要考虑3D打印在整个周期内的资源效率，包括即从矿石到粉末、从粉末到产品，我们正在积极研究。

生产过程中的自适应技术，对于检测和纠正零件的缺陷和拓扑结构的变化，非常必要。这样，我们就能减少废品，实现更高的平均故障时间。这不仅对“一次成功”有好处，而且也有助于提升3D打印的生产力。

预测性分析也是其中的一部分。你可以预测一个东西何时以及如何工作或失败，或者它有什么反应。换句话说，你可以将一些特征编程到零件中。这开启了全新的设计灵活性，但目前这种灵活性只能在非常有限的范围内使用。我们在针对航空航天平台的激光开发项目中利用了这一点。

特定的AM设计仍然是最大的问题之一。大多数工程师已经学会了基于烧蚀工艺进行思考。大学需要在设计工程师的课程中，尽早加入增材制造的设计方法，以让学生们能够充分挖掘和应用3D打印的能力。

现在，AM正处于一个非常有趣的阶段，我们在市场上有一系列机器。当然，我们必须要降低成本，提高效率。在AM领域还有很多研究和开发工作要做，而且不仅仅是在航空航天或医疗植入这样的高价值工程领域。

AT：每个人都在谈论气候和可持续性。激光技术能为此做出什么贡献？

CH：我之前谈到的很多激光技术都有助于可持续性，高效的3D打印和IoP也是如此。这实际上是关于利用效率的提高。与其说是全新的工艺，倒不如说是在工艺链中更有效地工作，从而节约资源。

德国政府目前正在推动应对气候变化或有助于可持续生产的技术。储能技术，如氢气或电池技术是ILT的主要议题。激光在所有这些生产过程中都发挥着重要作用。

例如，现在的问题是将这种氢气技术推向市场。我们的一个研究课题是用于电解装置或燃料电池的双极板。我们如何才能以高可靠性和极高的吞吐率来生产它们？氢气是非常小的原子，很容易扩散。因此，100%的紧密焊接至关重要。再次强调一下：高精度、一次成功和高质量等标准，是激光器真正显示实力的地方。

我们用于地球观测的激光器在气候保护方面也发挥着重要作用。例如，我们在卫星上建造激光器，从太空中非常精确地测量风力，并能进行更好的天气预报。影响气候的气体，如二氧化碳或甲烷，也可以用我们的激光器从太空探测到。这不仅仅是一个简单的激光源，当然也包括系统技术以及如何能实现它们的诀窍。

这些有意义的事情都在推动着我们不断努力，它们有助于实现我们未来迫切需要的可持续性。

AT：在未来三年，Fraunhofer ILT的工作重点是什么？

CH：FraunhoferILT的团队有大约600名员工，他们致力于我们的核心使命：合同研究和技术转让。我们将继续通过OB欧宝·体育人才、知识深度和趋势探寻来完成我们的使命。在技术方面，我们将系统地推动激光工艺和激光技术的发展，以实现可持续的数字化光子生产，特别是在机械和工厂工程、能源储存、航空航天、医疗技术或移动性方面的应用。

我们将进一步加强用于生产的高性能激光系统的开发，也将增加用于太空平台的激光系统开发。此外，我们正在为量子技术的光子解决方案建立新能力，并与我们的合作伙伴在亚琛为我们的工业客户建立一个“量子科学技术中心”。我们也与在荷兰代尔夫特的QuTech合作，希望在德国实现第一个量子互联网节点（见图2）。

图2：用于量子成像的光子对源。（图片来源：Fraunhofer ILT）

这也是为了开辟其他新领域，比如说二次源。这些是高能激光的应用，可以在全新的研究市场上获得回报。高亮度的X射线或粒子束可以由激光器产生，并能克服目前传统光源的限制。这就是激光器可以开辟新天地的地方。

最后，我们看到对综合解决方案的需求越来越大。这需要高度的系统工程。在我们的航空航天项目中，我们已经建立了严格的系统工程流程，现在我们可以将其映射到其他项目中。同样，这是关于效能和效率的问题：第一次就把它做对。

AT：最后，您认为激光的未来在哪里？

CH：21世纪的激光器是无数条价值链的一部分。而正是这些价值链上的专有技术，有针对性地利用激光，为制造商带来了成功，或是实现了原本无法想象的工艺。

当然，当下的工作关注点正在日益从光源的开发转向工艺或系统技术。FraunhoferILT正在利用丰富的经验，为工业中出现的一系列问题开发出量身定制的解决方案。激光的时代才刚刚开始，我相信它还会持续很长时间。