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未來的30年將是激光技術的黃金時代

時間:2020/07/10 14:50:45

相比于電子、半導體等行業,激光器行業的規模較小,2018年全球激光器的市場規模為 200億美元,預計 2020年將增長到300億美元 ,目前中國激光器市場的規模大約為 600 億元人民幣。

很顯然,單從市場規模來看,激光行業似乎有些微不足道,但是激光技術的應用卻幾乎能覆蓋生產生活的各個領域,從汽車制造、動力電池、到手機制造、航空航天、醫療器械乃至國防軍事等幾乎我們能想到的所有領域,都活躍著激光器的身影,而且對很多行業而言,激光技術已經成為一種不可或缺的支撐技術。眾所周知,中國制造 2025 的核心是智能制造,智能制造的核心之一是光電技術,而光電技術的核心之一正是激光器。因此,激光行業本身的市場規模雖小,但它卻是驅動制造業發展的一大核心力量,其重要性不言而喻。

細分市場

從市場增長來看,按照激光器種類劃分,未來五年內,市場增長最快的是直接半導體激光器,主要是千瓦級的高功率半導體激光器,增長第二快的是量子級聯激光器,這種激光優勢明顯,用途廣泛,特別是在反恐、安保等應用中發揮重要作用,今后全球對量子級聯激光器將有巨大需求。光纖激光器將一直保持著穩健的增長速度。

從激光器的應用市場來看,除去大約占據半壁江山的光通訊市場外,目前宏觀材料加工是最大的市場,其次是微觀加工,未來隨著制造業不斷向高端發展,微觀加工市場將擁有很大的成長空間。

在激光微加工市場,2018 年的全球激光微加工市場的總規模大約為20 億美元,預計 2020年將增長到30億美元。目前最大的應用市場是半導體 /PC / 顯示加工市場,服務該領域的主力公司的是相干公司,另外還有兩家是美國的 Cymer 和日本的Giga PhotoNIcs。接下來分別是精密金屬加工市場、非金屬加工市場以及增材制造市場。

激光微加工應用所使用的激光器,主要是準分子激光器、光纖激光器 CO2 激光器和固體激光器,其中光纖激光器和準分子激光器的應用最多。值得一提的是,CO2 激光器并沒有從市場中消亡,實際上最近在非金屬加工方面還迎來了很多新機會。

激光加工的另一個市場是千瓦級大功率激光加工市場,2018年該部分市場的規模約為 20億美元,未來五年將呈比較平穩的增長態勢。在千瓦級應用中,目前金屬切割應用仍然是大部頭,大約占據了 70% 的份額,另外兩類應用是金屬焊接和增材制造。雖然有業內人士預測金屬焊接市場未來將有望超過切割市場,但是未來五年內,從銷售額上看,增長最快的還是金屬切割應用,預計到 2022年,千瓦級光纖激光器在金屬切割應用中將收獲 14 億美元的收入。目前,隨著光纖激光器的發展,激光切割機已經做成了一種標配產品。

再來看一下全球激光打標市場。

這是一個相對比較成熟和穩定的市場,總收入大約在 6 億美元左右,未來市場增長也比較緩慢。目前用于打標的激光器主要是光纖激光器(大約占據一半的市場) CO2 激光器(大約占據 1/3 的市場),半導體激光器的應用也在逐漸增多。

中國激光市場

中國的激光加工市場主要分布在華南(30%)、華中(24%)、華東(20%)、華北及東北(13%)地區,其中華南、華中和華東三大地區制造業發達,自然成為了激光加工的重點地域市場。2018年,中國工業激光與系統的銷售額達600億元,預計 2020年將增長至1000億元,增長率高達 18%。光纖激光器已經是工業激光市場中絕對的主力。2013-2016 年間,低功率光纖激光器(<100W)在中國市場的銷售穩步快速增長,特別是 2016年比 2015 年的銷量增長了高達 75%,另外還有一個特別明顯的現象,就是國產光纖激光器已經占據了國內近九成的國內市場份額。

中功率光纖激光器(<=1.5kW)在中國市場的銷量,從2013年的1200臺飆升到了 2016 年的 13000 臺,其中 2016 年的銷量是 2015 年 的 3! 2016 年的一個更明顯的趨勢是,國產中功率光纖激光器的銷量,已經以壓倒性的優勢超越了進口產品。

2013-2016 年間,高功率光纖激光器(>1.5kW)在中國市場的銷量,從 600 多臺飆升到了 3000 多臺。與低功率和中功率光纖激光器截然不同的是,高功率光纖激光器市場主要由進口產品主導,國產產品數量稀少。但是,這種局面恐怕馬上要改變。國產高功率光纖激光器應該首先在 4 kW或以下有所突破。估計23年左右,4 kW 或以下功率,國產高功率光纖器會達到 50%以上。

最近兩年,激光切割成套設備在中國市場的銷量成倍增長。光纖激光器在激光切割系統中的應用,近兩年開始跨越式增長,尤其是在中功率切割系統中。在焊接系統中,60% 的激光焊接設備已經使用光纖激光器,65% 的設備用于汽車制造。功率超過3kW 的高功率系統數量也在穩步增長,激光切割焊接系統也在向著高功率發展。

隨著中國集成電路的大力發展,用于印刷電路板和消費電子產品微加工系統的紫外激光器數量大幅增長。與此同時,生物技術和醫療設備領域的應用也給紫外激光器提供了廣闊的發展空間。2016 年,紫外激光器在中國市場實現了爆發式增長,銷量較上一年翻了一番,達到 7800 臺。

2019年,CO2 激光器在中國市場的銷量增長不大,中小功率總量維持在 1 萬臺左右,主要用于賦碼、打標、切割等非金屬行業。2kW 以上的高功率 CO2 激光器的銷售,較 2018300臺的總銷量,有較大降低。隨著汽車行業輕量化的推進以及復合材料市場的應用,未來 CO2 激光器還會有新的發展前景。

激光器的發展趨勢

激光技術作為工業制造領域的一股核心驅動力量,本身也在不斷向前發展??偨Y來說,激光器正在向著“更快、更高、更好、更短”這四大方向發展。

更高 :激光器的功率越來越高,平均功率已經超過 10 萬瓦。2013 年,第一臺商用的 10 萬瓦級光纖激光器在日本名古屋 NADEX 中心安裝,用于焊接 300mm 厚的鋼板。激光切割應用也向著更高的功率發展,激光切割機的功率持續走高,已經達到 812kW。

更好 :激光器輸出的光束質量越來越好,光纖激光器的光束質量已經達到10萬瓦級單模。在過去的一年中,光纖激光器、碟片激光器、直接半導體激光器的亮度都有大幅度提升。

更短 :激光器的輸出波長覆蓋更短的波段,短波長激光器已經廣泛應用。很多先進的制造工藝都需要冷加工,例如在智能手機制造中,很多時候需要用短波長、短脈沖的紫外激光來處理。短波長激光已經在表面標記、半導體晶圓加工、鉆孔、切割等領域獲得了大量應用。

更快 :激光器的脈沖速度越來越快,超快激光器取得了快速發展,已經憑借著更簡單的結構、更方便的操作、更低廉的成本和更穩定的性能,走出實驗室進入工業應用中。

未來的潛力市場

關于未來市場中有哪些新的應用增長點,一直都是大家關注的話題。

激光清洗:隨著環保意識的增強,各種環保清洗技術應運而生,激光清洗技術就是其中之一。激光清洗利用高能激光束與工件表面要去除的物質相互作用,發生瞬間蒸發或剝離,無需各種化學清洗劑,綠色無污染??捎糜谇宄推?、油污、氧化層、清洗螺桿、除銹、清洗焊縫等。激光清洗在微電子、建筑、核電站、汽車制造,醫療、文物保護、鋼鐵除銹和模具去污、汽車制造、建筑等領域擁有巨大市場空間。

金屬 3D 打印市場:金屬 3D 打印也即增材制造,通常使用的是選擇性激光器熔覆(SLM)技術,利用激光能量將金屬粉末一層層熔化,最終制成想要的形狀。2019年,SLM 系統的銷量超過 1500 臺,其中使用的激光源主要是光纖激光器、碟片激光器 /CO2 激光器和飛秒光纖激光器,功率范圍 30W 1kW 以上。3D 打印的精細度也越來越高,打印出的精細結構的分辨率已經達到微米量級。

激光雷達 :未來五年激光雷達市場將穩步增長,市場增長的主要驅動力來自于無人機、自動駕駛的汽車、機器人、軍事及安全等領域。

激光照明 :激光照明的一部分市場是汽車激光照明,主要是汽車頭燈。寶馬、奧迪等知名汽車制造商都采用了激光照明系統。另一部分市場是安全激光照明,如為夜晚環境中騎行的人們提供警示性標識。

激光焊接 :激光焊接將首先在汽車制造、高速火車和飛機制造、農業機械和造船等領域鋪開,這將是一個未來的增長點。

激光精密加工和微細加工 :將是另一個未來的增長點。

趨勢總結

激光器的研發正朝著高智能化、高功率、高光束質量、高可靠性、低成本和全固態等方向發展。

激光精密加工和微細加工技術將是發展重點,其在電子、半導體、通訊、光存儲、微機械制造、生物、環境等行業進一步推廣和使用,將為傳統加工方式創造前所未有的可能性。在這里,超快激光器將隨著精密加工和微細加工市場的擴大而迅速增長。

激光加工的自動化、集成化和智能化水平持續提高,在與工業機器人結合的基礎上,實現三維的焊接、打標、切割等多維加工,激光技術的適用性和應用領域不斷拓展。

激光技術在工業中的應用已經無處不在,新型激光技術不斷涌現 ;超快激光器正在成為工業激光器,市場將要井噴 ;直接半導體激光器正進入固體激光器的應用市場 ;激光 3D 打印發展迅速,許多關鍵問題有待突破;激光焊接將迎來快速增長期 ;光子和半導體結合,將產生下一代光電技術;光電子技術已經成為下一個 30 年經濟發展的支撐體 ;智能化和中國制造2025 將帶來激光界的紅利。

未來的30 年將是激光技術的黃金時代!

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