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激光加工技术及产业的现状与应用发展趋势

来源: | 发布日期:2022-06-22

激光是20世纪一项重要的科技发明,与原子能、半导体、计算机齐名。具有亮度高、指向性强、单色性好、相干性好的特点,被称为最快的刀、最准的尺、最亮的光。60年来,激光相关研究获得了多项诺贝尔奖,充分证明了激光技术在推动前沿科学研究和科技进步方面的显著作用。激光与相关技术的结合形成了激光制造,为人类改变世界提供了一种全新的工具。

激光制造技术具有操作简单、非接触、高柔性、高效率、高质量、节能环保等突出优势。它是切割、焊接、表面处理、制造高性能复杂部件和精密制造的主流手段。它被誉为“通用加工工具”和“未来制造系统的通用加工手段”,带动了先进制造业的发展,对工业智能化的进程产生了深远的影响。
激光技术是一种渗透性和加工性很强的使能技术。激光技术支撑的经济规模远大于自身。2010年美国研究报告显示,2009年至2010年,美国电信、电子商务和信息技术的总价值为4万亿美元,其中激光本身仅为32亿美元。因此,激光技术产品在经济体系中的重要性远远超过产品本身的价值尺度。
近年来,我国激光加工业发展迅速,国际竞争力快速提升。众多激光企业已遍布华东、华南、华北、东北、华中、华西。据《2019中国激光产业发展报告》统计,我国在26个城市拥有37个激光产业基地(园区)。2011年至2018年,激光设备销售收入增长5倍以上,涌现出一批具有世界竞争力的激光企业。
经过多年努力,中国激光企业已在低端激光产业站稳脚跟,但高端技术产业与高端核心元器件世界先进水平仍有较大差距。产品方面,跟风产品多,原创或原创高端产品相对较少。我国激光技术研究的主要力量集中在科研院所和高校,企业相对薄弱。目前,我国与激光相关的30个国家级研究平台中,只有精密和超精密加工国家工程研究中心和国家半导体泵浦激光工程技术研究中心存在,其他28个都是由科研院所和高校建设的。高校和科研院所承担了国家计划的大部分激光科研项目,企业承担的比例很小。近10年来,我国激光制造已成为先进制造业中发展最快的领域之一,形成了一定的特色,部分技术达到国际领先水平。
激光加工设备在推动传统产业升级中发挥着关键作用。一批激光加工设备企业依靠创新的加工技术和过硬的设备质量,在新旧动能转换市场找到足够的订单,迅速成长。此外,一些制造企业尝到了升级发展的甜头,不满足于国内的垂直整合,而是积极探索跨国并购国外优质激光企业资源,计划进入精密加工领域。近10年来,激光加工站一直是装备企业提供延伸服务的重要天线。通过提供位置服务,及时满足各类加工需求,增强客户粘度。如今,越来越多的多功能大型设备被开发并应用于轨道交通、航空航天、造船等行业。预计到2020年,基于工业互联网的各类云制造平台将逐步释放价值,激光加工站将在云制造平台的支持下发挥更大作用,进入东南亚、中东、南美等一带一路沿线地区。
在经历了2017-2018年的高速增长后,2019年中国激光市场进入相对稳定期。2019年,中国工业激光市场的发展开始影响全球工业激光营业收入。一方面,日益激烈的价格竞争导致光纤激光器和超快激光器价格大幅下降,但国产设备的质量、技术和服务在竞争中逐步提升,国产激光产品的崛起正在逐步取代进口激光产品;另一方面,激光技术的应用比很多传统制造技术更具性价比,导致激光应用迅速普及。

2019年,激光设备(含进口)销售总收入658亿元,比2018年增长8.8%。受全球经济走势不明朗的影响,预计2020年中国激光设备市场整体销售收入将受到较大影响(见图1)。2019年,全国规模以上激光企业超过150家,超过一半集中在激光加工和激光相关领域。



数据图1

新的激光光源(如蓝色半导体激光器、高功率超快激光器)和新的激光加工技术(如金属泡沫的激光成形、非常规激光微加工)的出现,给激光加工行业带来了极好的发展前景。下面简要介绍新型激光器和激光加工技术。
纤维激光器
2019年的 光纤激光器市场是竞争激烈、持续发展的一年。2019年,中国光纤激光市场总销售额超过82.6亿元。从中国光纤激光器市场来看,国产光纤激光器正逐步由依赖进口向自主研发转变,由进口替代出口。随着国内光纤激光器企业综合实力的增强,国产光纤激光器的功率和性能也在逐步提高。中国光纤激光器市场从2015年的40.7亿元增长到2019年的82.6亿元,预计2020年将小幅增长到85.6亿元(见图2)。随着光纤激光器市场规模的不断扩大,光纤激光器核心器件的国产化替代方案基本形成,激光产业链日益成熟,激光器核心器件的国产化率也在提高,从而激光器的成本逐渐下降。激光的价格战也发生了阶段性变化,价格竞争的主战场从1~3kW产品段转移到6~40kW产品段。


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