大族超能激光切割機(jī)
三維五軸激光切割機(jī)、一體化集成復(fù)合型激光焊接設(shè)備、手持激光焊接、機(jī)器視覺(jué)+激光加工設(shè)備……
雖然與外國(guó)相比，中國(guó)的激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)起步較慢，但近十年來(lái)邁入了快速增長(zhǎng)期，激光裝備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)度全面加速。與此同時(shí)，針對(duì)新時(shí)期發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)不斷挖掘著全新的發(fā)展方向，一個(gè)全新的時(shí)代正在開(kāi)啟。
激光作為新型光源，具有方向性好、亮度高、單色性好及高能量密度等特點(diǎn)，被譽(yù)為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”。“激光技術(shù)”是現(xiàn)代高科技領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)性技術(shù)，也是繼核能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后20世紀(jì)人類四項(xiàng)重大發(fā)明之一。
過(guò)去幾十年，以激光器為基礎(chǔ)的激光工業(yè)在全球發(fā)展發(fā)展迅猛，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育以及科研等方面。
2016年2月科技部發(fā)布的《國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃》明確將“激光器的研制”列入國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃。
激光產(chǎn)業(yè)鏈
就現(xiàn)階段整體激光產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，上游主要包括激光材料和配套元器件，如激光晶體、激光燈、特種光纖、光學(xué)鏡片、振鏡等;中游主要是各種激光器及其配套加工設(shè)備，例如CO2激光器、光纖激光器、各種數(shù)控設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、激光模塊等等。
從整體系統(tǒng)應(yīng)用的成本來(lái)看，激光器作為光源，占激光裝備總成本的30%-60%，美國(guó)相干、IPG、德國(guó)通快等巨頭廠商處于行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的位置;國(guó)內(nèi)新冒升的銳科2019年已占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)24%的份額，顯示出國(guó)產(chǎn)替代速度正在加快，并且在特種光纖、高功率光柵等關(guān)鍵光學(xué)器件上不斷實(shí)現(xiàn)研發(fā)突破。
激光產(chǎn)業(yè)下游市場(chǎng)主要指的是各種應(yīng)用細(xì)分行業(yè)，其中，材料加工及光刻、光通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、測(cè)量及傳感器、醫(yī)療美容等都是重要開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，為各類終端客戶包括汽車制造業(yè)、3C電子、專業(yè)鈑金加工、航空航天、光伏、船舶重工、工程機(jī)械及軍工等提供先進(jìn)的技術(shù)解決方案。
激光加工設(shè)備分類
作為激光產(chǎn)業(yè)的中游市場(chǎng)，激光加工設(shè)備可分為三大類：激光打標(biāo)機(jī)、激光焊接機(jī)、激光切割機(jī)。而激光打標(biāo)機(jī)目前有半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)、CO2激光打標(biāo)機(jī)、光纖激光打標(biāo)機(jī)、紫外激光打標(biāo)機(jī)等;激光焊接機(jī)目前有YAG激光自動(dòng)焊接機(jī)以及光纖傳輸自動(dòng)激光焊接機(jī)等;激光切割機(jī)有YAG激光切割機(jī)和光纖激光切割機(jī)等。
YAG激光機(jī)
YAG激光器是紅外光頻段波長(zhǎng)為1.064um的固體激光器，采用氪燈作為能量源(激勵(lì)源)，ND：YAG(Nd:YAG激光器。Nd(釹)是一種稀土族元素，YAG代表釔鋁石榴石，晶體結(jié)構(gòu)與紅寶石相似)作為產(chǎn)生激光的介質(zhì)，激勵(lì)源發(fā)出特定波長(zhǎng)的入射光，促使工作物質(zhì)發(fā)生居量反轉(zhuǎn)，通過(guò)能級(jí)躍遷釋放出激光，將激光能量放大并整形聚焦后形成可使用的激光束。
半導(dǎo)體激光機(jī)
半導(dǎo)體泵浦激光打標(biāo)機(jī)是使用波長(zhǎng)為0.808um半導(dǎo)體激光二極管(測(cè)面或端面)泵浦Nd：YAG介質(zhì)，使介質(zhì)產(chǎn)生大量的反轉(zhuǎn)粒子在Q開(kāi)關(guān)的作用下形成波長(zhǎng)1.064um的巨脈沖激光輸出，電光轉(zhuǎn)換效率高。半導(dǎo)體泵浦激光打標(biāo)機(jī)與燈泵浦YAG就剛打標(biāo)機(jī)相比有較好的穩(wěn)定性、省電、不用換燈、等優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格相對(duì)較高。
光纖激光打標(biāo)機(jī)
主要由激光器、振鏡頭、打標(biāo)卡三部分組成，采用光纖激光器生產(chǎn)激光的打標(biāo)機(jī)，光束質(zhì)量好，其輸出中心為1064nm，整機(jī)壽命在10萬(wàn)小時(shí)左右，相對(duì)于其他類型激光打標(biāo)器壽命更長(zhǎng)，電光轉(zhuǎn)換效率為28%以上，相對(duì)于其他類型激光打標(biāo)機(jī)2%-10%的轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢(shì)很大，在節(jié)能環(huán)保等方面性能卓著。
CO2激光打標(biāo)機(jī)
CO2激光器是遠(yuǎn)紅外光頻段波長(zhǎng)為10.64um的氣體激光器，采用CO2氣體充入放電管作為產(chǎn)生激光的介質(zhì)，當(dāng)在電極上加高電壓，放電管中產(chǎn)生輝光放電，就可使氣體分子釋放出激光，將激光能量放大后就形成對(duì)材料加工的激光束。
綠光激光打標(biāo)機(jī)
綠光激光打標(biāo)機(jī)采用側(cè)面泵浦，區(qū)別于半導(dǎo)體端泵激光打標(biāo)機(jī)，有明顯的優(yōu)勢(shì)：波長(zhǎng)為532nm綠激光輸出，聚焦后光斑直徑更小，能量更集中，電光轉(zhuǎn)換效率高，光束質(zhì)量好。整機(jī)防護(hù)好，打標(biāo)控制方便，采用PLC程序控制，實(shí)現(xiàn)一鍵式開(kāi)機(jī)。
設(shè)備更適用于玻璃制品的表面雕刻，如手機(jī)屏、LCD屏、光學(xué)器件(如光學(xué)鏡片等)、汽車玻璃等。同時(shí)可適用于絕大多數(shù)金屬和非金屬材料的表面加工或鍍層薄膜的加工，如五金、陶瓷、眼鏡鐘表、PC、電子器件、各類儀表、PCB板和控制面板、銘牌展板、塑料等。與同類產(chǎn)品相比具有相當(dāng)高的性價(jià)比。它的價(jià)格更為高昂。
激光切割機(jī)
激光切割是由激光器所發(fā)出的水平激光束經(jīng)45°全反射鏡變?yōu)榇怪毕蛳碌募す馐?，后?jīng)透鏡聚焦，在焦點(diǎn)處聚成一極小的光斑，在光斑處會(huì)焦的激光功率密度高達(dá)10^6~10^9W/cm^2。
處于其焦點(diǎn)處的工件受到高功率密度的激光光斑照射，會(huì)產(chǎn)生10000°C以上的局部高溫，使工件瞬間汽化，再配合輔助切割氣體將汽化的金屬吹走，從而將工件切穿成一個(gè)很小的孔，隨著數(shù)控機(jī)床的移動(dòng)，無(wú)數(shù)個(gè)小孔連接起來(lái)就成了要切的外形。
由于激光切割的頻率非常高，所以每個(gè)小孔連接處非常光滑，切割出來(lái)的產(chǎn)品光潔度很高。
激光焊接機(jī)
激光焊接是利用高能量的激光脈沖對(duì)材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過(guò)熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料熔化后形成特定熔池。
它是一種新型的焊接方式，主要針對(duì)薄壁材料、精密零件的焊接，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊、對(duì)接焊、疊焊、密封焊等，深寬比高，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小、變形小，焊接速度快，焊縫平整、美觀，焊后無(wú)需處理或只需簡(jiǎn)單處理，焊縫質(zhì)量高，無(wú)氣孔，可精確控制，聚焦光點(diǎn)小，定位精度高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)
根據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)Laser Manufacture News的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2018年中國(guó)工業(yè)激光與相關(guān)產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模約為855億元，同比增長(zhǎng)18.6%，與前幾年相比，增長(zhǎng)有所放緩;而在2019年復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，市場(chǎng)增速保持在10%左右，市場(chǎng)規(guī)模約940億元。面對(duì)2020年新冠疫情的爆發(fā)，在當(dāng)前智能手機(jī)、汽車電子等重點(diǎn)終端下游市場(chǎng)受到嚴(yán)重影響的前提下，整體激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同樣挑戰(zhàn)激增，市場(chǎng)走向變得撲朔迷離。
2010年以來(lái)，得益于激光加工應(yīng)用市場(chǎng)的不斷拓展，我國(guó)激光設(shè)備產(chǎn)業(yè)也逐漸駛?cè)敫咚侔l(fā)展期。2018年中國(guó)激光設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到605億元，同比增長(zhǎng)22.22%，2011年至2018年復(fù)合增速達(dá)26.45%。
然而，近兩年來(lái)，受到國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的影響，激光加工裝備市場(chǎng)(包括打標(biāo)、焊接、切割，光刻等等)的增速進(jìn)一步放緩，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，多數(shù)企業(yè)遭遇營(yíng)收規(guī)模和盈利能力水平的下滑。
2019年可以說(shuō)是激光設(shè)備行業(yè)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折的一年，經(jīng)過(guò)前幾年的高速成長(zhǎng)后，國(guó)內(nèi)激光加工裝備市場(chǎng)增速開(kāi)始減慢，實(shí)現(xiàn)銷售收入658億元，同比增長(zhǎng)8.8%;2020年初，在新冠疫情影響下，行業(yè)開(kāi)工不足、發(fā)貨延期，以及全球經(jīng)濟(jì)走勢(shì)不確定因素增加，使得今年國(guó)內(nèi)激光加工設(shè)備市場(chǎng)的發(fā)展同樣令人堪憂。
為此，各大廠商正通過(guò)橫向拓展激光加工裝備業(yè)務(wù)產(chǎn)品線，來(lái)推動(dòng)整體業(yè)務(wù)規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng);同時(shí)，隨著精密激光加工設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的落地，一方面廠商鞏固顯示面板、3C電子等傳統(tǒng)行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，另一方面也積極開(kāi)拓太陽(yáng)能、半導(dǎo)體等高端行業(yè)市場(chǎng)，促進(jìn)激光加工裝備業(yè)務(wù)規(guī)模實(shí)現(xiàn)新的跨越，推動(dòng)行業(yè)從“量變”邁向“質(zhì)變”的階段。
在技術(shù)層面，主要出現(xiàn)以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：
1、高功率激光加工設(shè)備在鋼材、幕墻、汽車等行業(yè)市場(chǎng)的應(yīng)用量穩(wěn)步提升;
2、激光切割自動(dòng)化加工單元增長(zhǎng)迅猛，特別是三維五軸激光切割機(jī)解決了三維曲面、異性曲面等工件成型的“痛點(diǎn)”，其高精度、高速度、高柔性特性為行業(yè)應(yīng)用注入了強(qiáng)大的活力;
3、超大幅面的激光加工設(shè)備也是熱點(diǎn)之一;
4、金屬材料高功率激光加工設(shè)備開(kāi)始拓展至超快、超精密微納米級(jí)水平。
5、新興材料和新型結(jié)構(gòu)的興起，激光焊接技術(shù)向高效新工藝轉(zhuǎn)變，以實(shí)現(xiàn)輕量化、整體化結(jié)構(gòu)件制造、精密制造、低成本高效新工藝的需求方向轉(zhuǎn)變，尤其是一體化集成復(fù)合型激光焊接設(shè)備將是未來(lái)的主流趨勢(shì)。
激光切割方面，最近幾年，隨著上游激光切割頭、激光器和激光切割控制系統(tǒng)等核心部件的價(jià)格不斷下降，國(guó)產(chǎn)激光切割設(shè)備取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，市占率迅速提高，逐步替代金屬成形機(jī)床中的沖床、剪板機(jī)、剪切機(jī)床等傳統(tǒng)產(chǎn)品，并且一大批從事激光切割裝備制造的企業(yè)紛紛加入光纖切割陣營(yíng)。
激光焊接是發(fā)展較早的一個(gè)領(lǐng)域，在目前手機(jī)零部件加工、新能源汽車動(dòng)力電池等生產(chǎn)總發(fā)揮著重要的作用。此外，2019年興起的手持激光焊接適合各種規(guī)格金屬焊接，相比傳統(tǒng)氬弧焊，效率提升50%以上，光滑均勻，焊接后易打磨或無(wú)需打磨;靈活方便，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需專業(yè)焊工就能操作，可以實(shí)現(xiàn)戶外焊接作業(yè)。
值得關(guān)注的是，機(jī)器視覺(jué)+激光加工設(shè)備也是近年來(lái)創(chuàng)新的一個(gè)重點(diǎn)，其有助于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)化和智能化的提升。例如：針對(duì)傳統(tǒng)激光行業(yè)中存在的問(wèn)題，如夾具制作復(fù)雜、對(duì)小尺寸產(chǎn)品的打標(biāo)和焊接精度無(wú)法把控、工作效率低下等缺點(diǎn)，獨(dú)立研發(fā)并且推出了視覺(jué)自動(dòng)定位打標(biāo)系統(tǒng)、視覺(jué)自動(dòng)定位焊接系統(tǒng)，讓傳統(tǒng)的激光加工設(shè)備可以“看得見(jiàn)”，甚至可以無(wú)縫對(duì)接到工廠原有的流水線，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)打標(biāo)等激光加工作業(yè)。
隨著激光加工技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)制造工藝發(fā)生了翻天覆地的大革新，全球正闊步邁入“光”加工時(shí)代。作為激光產(chǎn)業(yè)的中游市場(chǎng)，激光加工設(shè)備猶如大時(shí)代的一抹驚鴻，為傳統(tǒng)制造業(yè)向高端精密化方向裂變提供了實(shí)現(xiàn)的無(wú)限可能。
