北京工业大学成果推介（第三期）

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全光纤飞秒激光产生与放大技术

成果单位：北京工业大学

项目简介：

团队面向国家高端工业制造等需求，开展先进激光技术及应用方面的研究工作。近年来，研究团队成员多次承担863计划课题、科技部重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然基金重点项目等，研究团队研制的飞秒激光器，其输出功率≥100W，脉冲宽度在百飞秒到百皮秒之间灵活可调，已提供给国内的相关单位使用(8358所、航天一院、北京盛镭科技等)。

市场分析：

激光器应用范围非常广泛，包括汽车制造、激光雕刻激光打标、激光切割、医疗器械仪器设备等方面。中国激光器行业发展迅速，竞争优势明显。在全球激光器市场中所占的比重也持续提升，2022年我国激光加工设备行业市场规模达到930亿元，同比增长13.3%。其中，激光切割设备行业市场规模达到311.3亿元，同比增长16.7%。预计2023年全年国内激光加工设备行业市场规模将达到1050亿元，同比增长12.9%。激光切割设备行业市场规模预计将达到360亿元，同比增长15.6%。从激光器市场竞争格局来看，目前来自美国的光纤激光器制造商IPG仍然占据了中国光纤激光器市场的最大份额，占比达到28.1%。其次是来自中国的锐科激光、创鑫激光和杰普特等企业，2022年其市场份额有所提升，分别占比27.3%、18.3%和5.6%。预计未来国内企业的竞争力将进一步提高，市场份额将增加。从激光加工设备市场竞争格局来看，由于区域性和下游离散型制造企业的特点，制造业领域的激光加工市场难以形成较为集中的竞争格局，市场竞争格局较为分散。2021年，大族激光的激光加工设备实现收入111.78亿元，市占率约14%，其他大部分企业市占率均不足5%。预计2023年全年，我国激光加工设备行业的市场规模将达到950亿元。

应用方向

主要开展晶圆划片、电池极耳切割、探测器辐照效应等方向。

知识产权和产业化分析

拥有国家发明专利12项，实用新型专利25项，软件著:作权3项，发表SCI论文100余篇。

成果相关图片

图例说明:

1、全光纤飞秒激光振荡器实物

2、电池极耳切割应用现场

3、晶圆划片应用现场

4、半导体制造应用现场

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水导激光加工技术

成果单位：北京工业大学

项目简介：

水导激光加工技术是一种可以用于航空发动机气膜冷却孔加工的技术，激光进入水射流形成导光水射流，使得激光加工无需对焦，加大了工作距离，具有极高的加工效率，且稳定均匀的耦合能束水柱在加工过程中能够平均分布能量，能够很好的保持加工的精度和一致性，同时水射流在每个激光脉冲结束时冷却材料，能够有效避免热影响区和重铸层的产生，不会出现切口边缘不平整、毛刺等现象，解决了如航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔的钻孔加工、微型半导体材料加工、高精度医疗器械支架打孔加工等需求。

市场分析

我们的产品主要是对接精密加工行业，针对镍基高温合金等难加工材料进行加工，市场上已经有相关的竞品，如南京中科煜宸激光技术有限公司的RC-J305型水导激光加工设备、中科院沈阳自动化研究所研制的水导激光切割设备。

应用方向

精密加工

知识产权和产业化分析

本课题组与苏州天沐兴智能科技有限公司开展了深入的产学研合作，已经就激光加工切割、水射流制备系统、混合射流除锈技术、机电液控制系统、水液压传动技术等方面的进行了大量的基础研究工作，致力于水射流与激光相结合的新型激光加工方式。为了系统地研究水导激光耦合装置及导光水射流稳定性存在的技术问题，已合作搭建了模块化高精密激光切割加工试验台，同时，面向哈尔滨焊接研究所对航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔的加工需求，课题组联合苏州天沐兴智能科技公司共同研发模块化高精密水导激光激光切割头。

本课题组已搭建水导激光水射流稳定状态测试台架，作为水导激光耦合装置实验室水射流测试平台，并借助已搭建的自主化精密加工平台，具有高精度天然花岗岩平台基座，独创一体式机构设计，克服温度和湿度波动对加工精度的影响，实现高速和高精的稳定运行，可作为水导激光加工设备的试验室基础加工平台。

成果相关图片

图例说明:

1、水射流测试台架

2、稳定水射流

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新一代航天服3D打印关键技术及应用

成果单位：北京工业大学

项目简介：

团队针对航天服中复杂曲面薄壁壳体构件的多品种、小批量、短周期的制造模式和高精度、高效率制造需求，开展了典型航天复杂构件弹性体材料SLS成形技术研究，攻克了 复杂构件SLS成形尺寸精度与性能调控等关键技术，揭示弹性体材料高精度激光选区烧结成形过程中强化机制、显微组织、力学性能和尺寸精度等的调控规律，完成了基于SLS工艺的航天服复杂曲面薄壁壳体“材料-结构-性能”一体化制造。3D打印的三套航天服高质量通过中国航天员中心验收，为新式航天服的创新设计和发展提供了强有力的理论和技术支撑。

市场分析

随着科技的不断发展，选择性激光烧结快速成型(Selective Laser Sintering Rapid Prototyping)技术(简称SLS技术)在全球范围内的市场规模也在不断扩大。根据市场研究机构的数据显示，预计到2025年，全球SLS打印技术市场规模将达到数十亿美元。

应用方向

选择性激光烧结快速成型(Selective Laser SinteringRapid Prototyping)技术(简称SLS技术)由于具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，得到了迅速的发展，正受到越来越多的重视。它的应用已从单一的模型制作向快速模具制造及快速铸造等多用途方向发展。其应用领域涉及航空、航天、机械、汽车、电子、建筑、医疗及美术等行业。

知识产权和产业化分析

SLS增材制造的产业化成本主要包括材料成本和设备成本。材料成本包括基材和材料浪费，设备成本包括运营成本、定期维修、后处理、维护和机器停机时间，综合成本在500万元左右。目前已构建两项行业标准，并拥有中国发明专利10余项，发表学术论文20余篇，制定国家标准1项、团体标准1项。近三年，新增销售5亿元，新增利润0.5亿元。

成果相关图片

图例说明:

1、航天员费俊龙少将接见陈继民教授

2、曾勇副研究员与航天服合影

3、SLS技术成形航天服零部件

4、3D打印航天产品零部件

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硬脆材料的表面精密磨削加工技术

成果单位：北京工业大学

项目简介

针对硬脆难加工材料，如硅晶圆、碳化硅、蓝宝石等，搭建磨削加工平台，通过实时检测磨削力、表面粗糙度等参数，依据磨削工艺参数与磨削质量相关的理论模型，动态调整磨削参数，已达到磨削质量和磨削效率的平衡优化。

市场分析

因具备磨削参数对磨削质量和效率的预测分析能力，能够在磨削质量和磨削效率中找到最优的加工参数。该技术主要用于磨削设备的协同开发，能够缩短工艺参数的开发周期，和磨削质量、效率的提升。

应用方向

材料加工

知识产权和产业化分析

研发成果支撑国内首台具有自主知识产权的300mm晶圆减薄抛光一体机的研发，打破了国外对高端IC减薄抛光设备的垄断，填补了国内空白。

成果相关图片

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智能化视觉检测与视觉传感

成果单位：北京工业大学

项目简介:

团队多年来一直从事机器视觉与人工智能方向的研究与应用工作，研制成功多种视觉检测与传感系统，同时开发了系统的数字图像处理、机器学习与深度学习算法，实现了复杂环境下的目标识别与精确定位。其中，在智能化视觉检测方向，成果包括工业底片专用扫描仪及焊缝射线底片智能化评定系统，焊缝外观成形与缺陷检测系统，航空发动机叶片CT图像全自动分析系统，船舶表面喷丸、喷砂质量自动检测系统。在智能化视觉传感方向，成果包括焊接过程视觉传感系统;关节机器人视觉引导系统，移动机器人视觉引导系统。

市场分析

视觉传感与检测是目前工业自动化领域最常用的检测与传感方式，目前，随着工业自动化水平的不断提高，需求越来越大。同时，目前的人工智能技术，尤其是深度学习技术有了快速的发展，将人工智能技术与机器视觉技术结合起来，可以形成应用广泛且性能优越的智能化传感与检测手段。

应用方向

以上成果均在工业企业得到了应用，应用领域包括航空、航天、船舶、高铁、石化等。

以上视觉检测与视觉传感技术均可与企业具体需求相结合，形成新的应用场景或新的产品，服务于制造业等领域。

知识产权和产业化分析

本项目的产业化需要和具体的应用场景相结合，一方面构建相应的视觉系统，另一方面将已有的软件向新的应用场景进行迁移，但整体来说，这一迁移过程周期较短，产业化成本较低。当形成产品后，可以在行业内进行复制推广，可以大幅降低各行业的产品质量控制成本，具有较好的经济效益。同时该方向符合国家的发展“数字经济“与“人工智能+”的产业布局，具有较高的社会效益。

成果相关图片

图例说明:

1、基于深度学习的焊缝射线底片自动评定系统

2、汽车搬运机器人智能化视觉定位系统

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2、线缆线束定制AGV/汽车/机器人等应用领域线束

三、嵌入式电子产品方案定制开发

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2、原理图设计、PCB Layout服务3、工业设计和结构设计

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