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激光設備最核心的零部件:激光器

作者:漢格斯特激光器維修 發布時間:2020/11/12點擊:

激光被譽為“最快的刀、最亮的光、最準的尺”。各類激光設備被廣泛應用于材料加工、電子信息、航空航天、醫療、軍事武器、通訊等眾多下游行業。激光加工技術的出現和推廣,改變了汽車、機械、消費電子等傳統行業的生產加工模式,為光伏電池、鋰電池等新能源技術的實現提供了支撐。

工業是激光的第一大應用,其中激光切割占比最高。從全球角度看,全球約42%的激光器用于材料加工(包括光刻)。其次為通訊,材料加工中切割占比最高為35%,焊接為16%。從中國角度看,激光設備應用中工業占比為63%,工業激光設備中激光切割占比為31%。

激光器是用來產生激光的部件,是激光設備中最核心的零部件。激光器的價值在成套激光加工裝備總價值的20%-40%,甚至更高。

國家出臺的《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》、《十三五國家科技創新規劃》等政策指導性文件對公司所屬行業的發展提供了強有力的支持,并指明了未來發展的方向。激光切割機

全球激光器市場規模較大,且呈現穩步上升趨勢。StrategiesUnlimited發布的數據顯示,2018年全球激光器市場規模約達137.5億美元,同比增長5.8%,近十年復合增速達11.1%。

根據前瞻產業研究院的數據,2018年我國激光產業市場規模達1440億元,同比增長22.14%。其中,激光元器件市場規模為288億元,同比增長22.03%,激光應用市場規模為547億元,同比增長22.1%,激光設備市場規模為605億元,同比增長22.22%。預計2021年總體市場規模將達到2489億元,未來三年復合增速達20%。

隨著大功率激光器的技術突破和增材制造技術的成熟,預計未來激光器行業將持續快速增長。

典型的激光器,由激光工作物質(發出能量)、泵浦源(提升能量)、光學諧振腔(傳播能量)等部分組成。泵浦源為激光器的光源,諧振腔為泵浦光源與增益介質之間的回路,增益介質指可將光放大的工作物質。

激光器有多種分類方法,其中最常用的分類方法有四種:工作物質:可分為氣體、固體、液體(染料)、半導體、準分子等;能量輸出波形(工作方式):可分為連續激光器、脈沖激光器、和準連續激光器,脈沖激光器可進一步分為毫秒激光器、微秒激光器、納秒機關器、皮秒激光器、飛秒激光器、阿秒激光器等;輸出波長(顏色):可分為X光激光器、紫外激光器、紅外激光器、可見光激光器等;功率大。嚎煞譃榈凸β始す馄鳎ǎ100w)、中功率激光器(100w-1500w)、高功率激光器(>1500w)。

激光設備


按工作介質區分,激光器分為:氣體激光器、液體激光器、固體激光器、半導體激光器、光纖激光器等。

光纖激光器占工業激光器的份額比例從2009年的13.7%增長至2018年的51.5%,相較于固體激光器、氣體激光器、半導體激光器等具備明顯的領先地位。

光纖激光器具有輸出激光光束質量好、能量密度高、電光效率高、使用方便、可加工材料范圍廣、綜合運行成本低等諸多優勢。因此廣泛應用于雕刻、打標、切割、鉆孔、熔覆、焊接、表面處理、快速成形等材料加工領域,被譽為“第三代激光器”。

2018年光纖激光器國內市場占有率:美國IPG占比第一,為50.1%;第二名是國內光纖激光器的龍頭企業銳科激光,占比17.8%。

根據OptechConsulting的咨詢數據來看,高功率激光材料加工市場規模整體保持穩步增長,預計增速維持在7%左右。

激光器

激光器作為產業鏈中游環節,主要上游原材料為光學材料、光學器件等。光學材料中芯片、有源光纖等在原材料成本構成中占比較高,對激光器的生產成本有較大影響。中游為各種激光器及配套設備。下游激光加工設備的應用市場十分廣泛,目前已滲透到消費電子、高端材料、半導體加工、汽車、船舶、通訊、醫療美容、軍事等眾多領域。

上游環節的芯片、光纖、高功率光纖光柵、熱沉等光學器件是生產激光器產品的重要原材料。國內相關產業起步較晚,質量及穩定性難以滿足市場需求,目前仍然主要以進口產品為主(含向國內代理商采購)。國內三大激光器生產商的供應商中,除了有凱普林、長光華芯等少數國產企業外,其他基本都是境外公司或其代理商。

2019年上半年,創鑫激光脈沖、連續激光器的無源光纖國產化率分別為89.91%、52.54%,杰普特無源光纖國產化率也達到90%。有源光纖作為增益介質,其難度與作用大于無源光纖,國產化率也在同比提高。芯片(泵浦源)方面,國產芯片已達到可正常使用的水平,但在技術上仍與進口芯片存在一定差距,目前國內領先的激光器廠商均主要采購Lumentum和貳陸激光的芯片及組件,芯片環節仍有待突破。

隨著飛機、汽車工業向復合材料的轉變,高功率激光器滲透率的持續提升。

激光應用場景較多,市場應用滲透率高,形成完備產業鏈。目前,與激光相關的產品和服務已經遍布全球,形成了豐富和龐大的激光產業。

除了一系列工業制程的激光器應用外,新的技術應用場景逐步被開發。激光設備由于其高功率、高聚能、高精度的特征,在通信、醫療、儀器測量等領域同樣展示了自身的適配性。

激光由于其優良的特性,以及中國高端制造業轉型的需求,正被越來越被下游客戶使用,在加工制造中替代傳統的加工方式,包括:在切割中替代傳統的線切割、等離子切割,在焊接中替代傳統的氬弧焊。

從產業分布來看,在高功率市場國際廠商仍占據絕對優勢,全球知名廠商有相干、阿帕奇、三菱重工、川崎重工等。

國內的激光企業主要集中在下游的應用,整體格局較為分散。經過近幾年的快速發展,我國激光產業取得長足進步。下游應用環節,除大族激光、華工科技兩大龍頭,細分領域的企業重多,市場格局分散;中游激光器目前以銳科激光、創鑫激光、杰普特三家光纖激光器的國產廠商為主,具備核心原件的自產能力,未來將受益于市場規模增加以及進口替代。

激光器設備

中國激光產業正處于高速發展階段。目前,國內的廠商在中低功率激光器領域已占據主導地位,高功率激光器也實現產品突破,核心零部件進口替代仍有較大空間。作為高新技術產品的代表,激光器自身的零部件也存在較高的壁壘,隨著產業競爭加劇,國產化率有望進一步提升。

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