自從1960年人類首次成功研制出激光器以來,經過60年的發展,激光器已經跨入了第三代的行列。第三代激光器以光纖激光器為代表,因光電轉換效率高、結構簡單、光束質量好等優勢,目前已成為激光技術發展的主流方向和激光產業應用的主力軍。
另外,超快激光器提供了前所未有的極端制造與精密制造潛力,在攻克常規工藝難以實現的高、精、尖、硬、難等加工瓶頸方面獨樹一幟。在更快、更精、更小、更智能、非標制造等精細加工的需求推進下,以超快激光引領的精密加工技術在5G等生態下展現出巨大的發展空間。
據統計,2020年中國國內激光加工設備產業產值680億元人民幣,較上年增幅18%。當前,中國激光產業盡管受到國內外經濟大環境調整帶來的波動,激光行業的利潤有所影響,但仍以較高增長速度繼續發展。預計2021年中國國內激光加工設備產業產值有望達到850億元人民幣。
■中國激光產業盡管受到國內外經濟大環境調整帶來的波動,激光行業的利潤有所影響,仍以較高增長速度繼續發展
2020年國產光纖激光器的小功率脈沖產品出貨超過15萬臺、中大功率連續含脈沖5.5萬臺、超大功率(萬瓦)以上1500臺。2020年,國產超快激光器的銷售為1200臺左右,主要的應用場景包括3C行業硬、脆材料加工;OLED加工、5G天線、柔性線路板、手機玻璃、攝像頭玻璃、半導體晶體、汽車行業玻璃厚板切割等。
2020年,從激光切割市場看,產值較2019年增長了15%,設備裝機量增長了40%。2020年,中國激光焊接設備行業的市場規模達到130億元,增勢迅猛。產值較2019年增長了20%,設備裝機量增長了15%。
隨著“智能制造2025”戰略的推進,激光技術在工業生產中發揮著越發關鍵的作用。近年來國內激光行業取得飛速發展,市場可應用范圍呈爆發式增長。以深圳為代表的粵港澳大灣區在消費電子、PCB、新能源、動力電池、電動電驅等重點領域,形成了規模化、具有國際競爭力的產業集群。
作為高功率半導體激光器的一種,垂直腔面發射激光器(VCSEL)近幾年來以其獨特的結構特點在功耗、制造成本、集成、散熱等方面的優勢不斷彰顯,被廣應應用于工業領域和消費電子領域。與邊發射半導體激光器相比,VCSEL具有諸多工業生產優勢,譬如便于制備高達上萬芯片的2D陣列,不僅可以提高輸出功率,更為設計復雜陣列排布提供可能。
多年來,外資激光器品牌得益于起步早而積累了深厚的技術基礎,特別是在高功率激光器的穩定性以及核心元器件的自主研發等方面具有強大優勢。而我國激光產業在制造業繁榮崛起和制造強國戰略的大背景下,也得到了難得的發展機遇。
如今,國內激光公司深刻改變了全球激光產業的競爭格局,一舉打破了國外企業在光纖激光器領域的壟斷,逐步實現了核心元器件和材料的國產化,使得中國也一舉成為全球較早掌握萬瓦級光纖激光器核心技術的國家。中國激光加工設備產業迅速達到規模化量產的水平,并不斷向高功率化邁進。
激光器在實現中低功率國產化后,高功率進口替代已是必然趨勢,并顯示了較大的成長空間。光纖激光器以高效率、多用途、低維護成本的優勢受到下游客戶的青睞,在工業應用領域逐步擠占固體激光器和氣體激光器市場。2020年,千瓦以下產品,國產占比達到95%,1kW-10kW占比70%,超大功率(10kW以上)占比超過60%,成為市場占有率高的激光器品種。
■中國激光產業整體市場規模(億元)
特別是光纖激光器已經在鈑金切割應用中成為重要工具,市場保持了穩定增長態勢,年均復合增長率達到30%。據預測,2020年我國激光產業整體市場規模(含上中下游)已高達2000億元。到2024年將再次翻番,年均增長20%以上,行業紅利不斷釋放。
隨著激光加工設備中成本占比高的激光器的經濟性不斷改善、國產化率逐步提升,激光產業的下游應用進入壁壘將顯著下降,加之上游材料與元器件企業產業鏈延伸,下游加工設備行業競爭逐步加劇,激光器產業鏈還需要向高功率和超快領域延展,以爭取更多的細分市場賽道。不過,隨著國內企業對于高功率激光器的持續研發投產以及新晉競爭者的加入,中游激光器行業競爭態勢也將加劇。
未來,激光器廠商應當攜手在關鍵工藝和材料、元器件及系統集成等環節齊發力,以更好地打通產業鏈。重點的攻關領域包括大功率激光芯片、泵浦源、特種光源/光纖設計;光學器件制造和工藝、光纖種子源、激光二極管、激光晶體、脈沖調制器件、放大技術,以及及電學材料和機械材料成本等方面的技術瓶頸。
激光器作為激光產業鏈中游環節和激光設備核心部件,意義重大。無論是激光器的技術進步與新應用的突破,還是激光器成本的下降并提升下游激光設備的經濟性,都將推動激光在更多新場景下的應用。
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