激光是20世紀一項重要的科技發明,與原子能、半導體、計算機齊名。具有亮度高、指向性強、單色性好、相干性好的特點,被稱為最快的刀、最準的尺、最亮的光。60年來,激光相關研究獲得了多項諾貝爾獎,充分證明了激光技術在推動前沿科學研究和科技進步方面的顯著作用。激光與相關技術的結合形成了激光制造,為人類改變世界提供了一種全新的工具。
激光制造技術具有操作簡單、非接觸、高柔性、高效率、高質量、節能環保等突出優勢。它是切割、焊接、表面處理、制造高性能復雜部件和精密制造的主流手段。它被譽為“通用加工工具”和“未來制造系統的通用加工手段”,帶動了先進制造業的發展,對工業智能化的進程產生了深遠的影響。
激光技術是一種滲透性和加工性很強的使能技術。激光技術支撐的經濟規模遠大于自身。2010年美國研究報告顯示,2009年至2010年,美國電信、電子商務和信息技術的總價值為4萬億美元,其中激光本身僅為32億美元。因此,激光技術產品在經濟體系中的重要性遠遠超過產品本身的價值尺度。
近年來,我國激光加工業發展迅速,國際競爭力快速提升。眾多激光企業已遍布華東、華南、華北、東北、華中、華西。據《2019中國激光產業發展報告》統計,我國在26個城市擁有37個激光產業基地(園區)。2011年至2018年,激光設備銷售收入增長5倍以上,涌現出一批具有世界競爭力的激光企業。
經過多年努力,中國激光企業已在低端激光產業站穩腳跟,但高端技術產業與高端核心元器件世界先進水平仍有較大差距。產品方面,跟風產品多,原創或原創高端產品相對較少。我國激光技術研究的主要力量集中在科研院所和高校,企業相對薄弱。目前,我國與激光相關的30個國家級研究平臺中,只有精密和超精密加工國家工程研究中心和國家半導體泵浦激光工程技術研究中心存在,其他28個都是由科研院所和高校建設的。高校和科研院所承擔了國家計劃的大部分激光科研項目,企業承擔的比例很小。近10年來,我國激光制造已成為先進制造業中發展最快的領域之一,形成了一定的特色,部分技術達到國際領先水平。
激光加工設備在推動傳統產業升級中發揮著關鍵作用。一批
激光加工設備企業依靠創新的加工技術和過硬的設備質量,在新舊動能轉換市場找到足夠的訂單,迅速成長。此外,一些制造企業嘗到了升級發展的甜頭,不滿足于國內的垂直整合,而是積極探索跨國并購國外優質激光企業資源,計劃進入精密加工領域。近10年來,激光加工站一直是裝備企業提供延伸服務的重要天線。通過提供位置服務,及時滿足各類加工需求,增強客戶粘度。如今,越來越多的多功能大型設備被開發并應用于軌道交通、航空航天、造船等行業。預計到2020年,基于工業互聯網的各類云制造平臺將逐步釋放價值,激光加工站將在云制造平臺的支持下發揮更大作用,進入東南亞、中東、南美等一帶一路沿線地區。
在經歷了2017-2018年的高速增長后,2019年中國激光市場進入相對穩定期。2019年,中國工業激光市場的發展開始影響全球工業激光營業收入。一方面,日益激烈的價格競爭導致光纖激光器和超快激光器價格大幅下降,但國產設備的質量、技術和服務在競爭中逐步提升,國產激光產品的崛起正在逐步取代進口激光產品;另一方面,激光技術的應用比很多傳統制造技術更具性價比,導致激光應用迅速普及。
2019年,激光設備(含進口)銷售總收入658億元,比2018年增長8.8%。受全球經濟走勢不明朗的影響,預計2020年中國激光設備市場整體銷售收入將受到較大影響(見圖1)。2019年,全國規模以上激光企業超過150家,超過一半集中在激光加工和激光相關領域。
新的激光光源(如藍色半導體激光器、高功率超快激光器)和新的激光加工技術(如金屬泡沫的激光成形、非常規激光微加工)的出現,給激光加工行業帶來了極好的發展前景。下面簡要介紹新型激光器和激光加工技術。
纖維激光器
2019年的
光纖激光器市場是競爭激烈、持續發展的一年。2019年,中國光纖激光市場總銷售額超過82.6億元。從中國光纖激光器市場來看,國產光纖激光器正逐步由依賴進口向自主研發轉變,由進口替代出口。隨著國內光纖激光器企業綜合實力的增強,國產光纖激光器的功率和性能也在逐步提高。中國光纖激光器市場從2015年的40.7億元增長到2019年的82.6億元,預計2020年將小幅增長到85.6億元(見圖2)。隨著光纖激光器市場規模的不斷擴大,光纖激光器核心器件的國產化替代方案基本形成,激光產業鏈日益成熟,激光器核心器件的國產化率也在提高,從而激光器的成本逐漸下降。激光的價格戰也發生了階段性變化,價格競爭的主戰場從1~3kW產品段轉移到6~40kW產品段。