很顯然,單從市場規(guī)模來看,激光行業(yè)似乎有些微不足道 ;但是激光技術的應用卻幾乎能覆蓋生產(chǎn)生活的各個領域,從汽車制造、動力電池、到手機制造、航空航天、醫(yī)療器械乃至國防軍事等幾乎我們能想到的所有領域,都活躍著激光器的身影 ;而且對很多行業(yè)而言,激光技術已經(jīng)成為一種不可或缺的支撐技術。眾所周知,中國制造 2025 的核心是智能制造,智能制造的核心之一是光電技術,而光電技術的核心之一正是激光器。因此,激光行業(yè)本身的市場規(guī)模雖小,但它卻是驅動制造業(yè)發(fā)展的一大核心力量,其重要性不言而喻。
細分市場
從市場增長來看,按照激光器種類劃分,未來五年內(nèi),市場增長最快的是直接半導體激光器,主要是千瓦級的高功率半導體激光器 ;增長第二快的是量子級聯(lián)激光器,這種激光優(yōu)勢明顯,用途廣泛,特別是在反恐、安保等應用中發(fā)揮重要作用,今后全球對量子級聯(lián)激光器將有巨大需求。光纖激光器將一直保持著穩(wěn)健的增長速度。
從激光器的應用市場來看,除去大約占據(jù)半壁江山的光通訊市場外,目前宏觀材料加工是最大的市場,其次是微觀加工,未來隨著制造業(yè)不斷向高端發(fā)展,微觀加工市場將擁有很大的成長空間。
在激光微加工市場,2016 年的全球激光微加工市場的總規(guī)模大約為 11 億美元,預計 2017 年將增長到13 億美元。目前最大的應用市場是半導體 /PC 板 / 顯示加工市場,服務該領域的主力公司的是相干公司,另外還有兩家是美國的 Cymer 和日本的Giga PhotoNIcs。接下來分別是精密金屬加工市場、非金屬加工市場以及增材制造市場。
激光微加工應用所使用的激光器,主要是準分子激光器、光纖激光器 CO2 激光器和固體激光器,其中光纖激光器和準分子激光器的應用最多。值得一提的是,CO2 激光器并沒有從市場中消亡,實際上最近在非金屬加工方面還迎來了很多新機會。
激光加工的另一個市場是千瓦級大功率激光加工市場,2016 年該部分市場的規(guī)模約為 15 億美元,未來五年將呈比較平穩(wěn)的增長態(tài)勢。在千瓦級應用中,目前金屬切割應用仍然是大部頭,大約占據(jù)了 70% 的份額,另外兩類應用是金屬焊接和增材制造。雖然有業(yè)內(nèi)人士預測金屬焊接市場未來將有望超過切割市場,但是未來五年內(nèi),從銷售額上看,增長最快的還是金屬切割應用,預計到 2022年,千瓦級光纖激光器在金屬切割應用中將收獲 14 億美元的收入。目前,隨著光纖激光器的發(fā)展,激光切割機已經(jīng)做成了一種標配產(chǎn)品。
再來看一下全球激光打標市場。這是一個相對比較成熟和穩(wěn)定的市場,總收入大約在 6 億美元左右,未來市場增長也比較緩慢。目前用于打標的激光器主要是光纖激光器(大約占據(jù)一半的市場)和 CO2 激光器(大約占據(jù) 1/3 的市場),半導體激光器的應用也在逐漸增多。
中國激光市場
中國的激光加工市場主要分布在華南(30%)、華中(24%)、華東(20%)、華北及東北(13%)地區(qū),其中華南、華中和華東三大地區(qū)制造業(yè)發(fā)達,自然成為了激光加工的重點地域市場。2016 年,中國工業(yè)激光與系統(tǒng)的銷售額達 385 億元,預計 2017 年將增長至 455 億元,增長率高達 18%。光纖激光器已經(jīng)是工業(yè)激光市場中絕對的主力。2013-2016 年間,低功率光纖激光器(<100W)在中國市場的銷售穩(wěn)步快速增長,特別是 2016年比 2015 年的銷量增長了高達 75%,另外還有一個特別明顯的現(xiàn)象,就是國產(chǎn)光纖激光器已經(jīng)占據(jù)了國內(nèi)近九成的國內(nèi)市場份額。
中功率光纖激光器(<=1.5kW)在中國市場的銷量,從2013年的1200臺飆升到了 2016 年的 13000 臺,其中 2016 年的銷量是 2015 年 的 3倍! 2016 年的一個更明顯的趨勢是,國產(chǎn)中功率光纖激光器的銷量,已經(jīng)以壓倒性的優(yōu)勢超越了進口產(chǎn)品。
2013-2016 年間,高功率光纖激光器(>1.5kW)在中國市場的銷量,從 600 多臺飆升到了 3000 多臺。與低功率和中功率光纖激光器截然不同的是,高功率光纖激光器市場主要由進口產(chǎn)品主導,國產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量稀少。但是,這種局面恐怕馬上要改變。國產(chǎn)高功率光纖激光器應該首先在 4 kW或以下有所突破。估計 2 到 3 年左右,4 kW 或以下功率,國產(chǎn)高功率光纖器會達到 50%以上。
最近兩年,激光切割成套設備在中國市場的銷量成倍增長。光纖激光器在激光切割系統(tǒng)中的應用,近兩年開始跨越式增長,尤其是在中功率切割系統(tǒng)中。在焊接系統(tǒng)中,60% 的激光焊接設備已經(jīng)使用光纖激光器,65% 的設備用于汽車制造。功率超過3kW 的高功率系統(tǒng)數(shù)量也在穩(wěn)步增長,激光切割焊接系統(tǒng)也在向著高功率發(fā)展。
隨著中國集成電路的大力發(fā)展,用于印刷電路板和消費電子產(chǎn)品微加工系統(tǒng)的紫外激光器數(shù)量大幅增長。與此同時,生物技術和醫(yī)療設備領域的應用也給紫外激光器提供了廣闊的發(fā)展空間。2016 年,紫外激光器在中國市場實現(xiàn)了爆發(fā)式增長,銷量較上一年翻了一番,達到 7800 臺。
2016 年,CO2 激光器在中國市場的銷量增長不大,中小功率總量維持在 1 萬臺左右,主要用于賦碼、打標、切割等非金屬行業(yè)。2kW 以上的高功率 CO2 激光器的銷售,較 2015年 200 臺的總銷量,有較大降低。隨著汽車行業(yè)輕量化的推進以及復合材料市場的應用,未來 CO2 激光器還會有新的發(fā)展前景。
激光器的發(fā)展趨勢
激光技術作為工業(yè)制造領域的一股核心驅動力量,本身也在不斷向前發(fā)展??偨Y來說,激光器正在向著“更快、更高、更好、更短”這四大方向發(fā)展。
更高 :激光器的功率越來越高,平均功率已經(jīng)超過 10 萬瓦。2013 年,第一臺商用的 10 萬瓦級光纖激光器在日本名古屋 NADEX 中心安裝,用于焊接 300mm 厚的鋼板。激光切割應用也向著更高的功率發(fā)展,激光切割機的功率持續(xù)走高,已經(jīng)達到 8~12kW。
更好 :激光器輸出的光束質量越來越好,光纖激光器的光束質量已經(jīng)達到10萬瓦級單模。在過去的一年中,光纖激光器、碟片激光器、直接半導體激光器的亮度都有大幅度提升。
更短 :激光器的輸出波長覆蓋更短的波段,短波長激光器已經(jīng)廣泛應用。很多先進的制造工藝都需要冷加工,例如在智能手機制造中,很多時候需要用短波長、短脈沖的紫外激光來處理。短波長激光已經(jīng)在表面標記、半導體晶圓加工、鉆孔、切割等領域獲得了大量應用。
更快 :激光器的脈沖速度越來越快,超快激光器取得了快速發(fā)展,已經(jīng)憑借著更簡單的結構、更方便的操作、更低廉的成本和更穩(wěn)定的性能,走出實驗室進入工業(yè)應用中。
未來的潛力市場
關于未來市場中有哪些新的應用增長點,一直都是大家關注的話題。
激光清洗:隨著環(huán)保意識的增強,各種環(huán)保清洗技術應運而生,激光清洗技術就是其中之一。激光清洗利用高能激光束與工件表面要去除的物質相互作用,發(fā)生瞬間蒸發(fā)或剝離,無需各種化學清洗劑,綠色無污染??捎糜谇宄推?、油污、氧化層、清洗螺桿、除銹、清洗焊縫等。激光清洗在微電子、建筑、核電站、汽車制造,醫(yī)療、文物保護、鋼鐵除銹和模具去污、汽車制造、建筑等領域擁有巨大市場空間。
金屬 3D 打印市場:金屬 3D 打印也即增材制造,通常使用的是選擇性激光器熔覆(SLM)技術,利用激光能量將金屬粉末一層層熔化,最終制成想要的形狀。2016 年,SLM 系統(tǒng)的銷量超過 1000 臺,其中使用的激光源主要是光纖激光器、碟片激光器 /CO2 激光器和飛秒光纖激光器,功率范圍 30W 到 1kW 以上。3D 打印的精細度也越來越高,打印出的精細結構的分辨率已經(jīng)達到微米量級。
激光雷達 :未來五年激光雷達市場將穩(wěn)步增長,市場增長的主要驅動力來自于無人機、自動駕駛的汽車、機器人、軍事及安全等領域。
激光照明 :激光照明的一部分市場是汽車激光照明,主要是汽車頭燈。寶馬、奧迪等知名汽車制造商都采用了激光照明系統(tǒng)。另一部分市場是安全激光照明,如為夜晚環(huán)境中騎行的人們提供警示性標識。
激光焊接 :激光焊接將首先在汽車制造、高速火車和飛機制造、農(nóng)業(yè)機械和造船等領域鋪開,這將是一個未來的增長點。
激光精密加工和微細加工 :將是另一個未來的增長點。
趨勢總結
激光器的研發(fā)正朝著高智能化、高功率、高光束質量、高可靠性、低成本和全固態(tài)等方向發(fā)展。
激光精密加工和微細加工技術將是發(fā)展重點,其在電子、半導體、通訊、光存儲、微機械制造、生物、環(huán)境等行業(yè)進一步推廣和使用,將為傳統(tǒng)加工方式創(chuàng)造前所未有的可能性。在這里,超快激光器將隨著精密加工和微細加工市場的擴大而迅速增長。
激光加工的自動化、集成化和智能化水平持續(xù)提高,在與工業(yè)機器人結合的基礎上,實現(xiàn)三維的焊接、打標、切割等多維加工,激光技術的適用性和應用領域不斷拓展。
激光技術在工業(yè)中的應用已經(jīng)無處不在,新型激光技術不斷涌現(xiàn) ;超快激光器正在成為工業(yè)激光器,市場將要井噴 ;直接半導體激光器正進入固體激光器的應用市場 ;激光 3D 打印發(fā)展迅速,許多關鍵問題有待突破;激光焊接將迎來快速增長期 ;光子和半導體結合,將產(chǎn)生下一代光電技術;光電子技術已經(jīng)成為下一個 30 年經(jīng)濟發(fā)展的支撐體 ;智能化和中國制造2025 將帶來激光界的紅利。未來的30 年將是激光技術的黃金時代!
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