高功率光纤激光应用发展市场前景分析

  高功率光纤激光应用发展方向分析,工业激光在制造业的应用近年来迅速推进,在金属板材、管材、消费电子产品、玻璃工艺、纤维材料、半导体材料、汽车制造、海工装备等已经有大量应用。特别是自2016年后,工业级光纤激光突破了8kw的应用瓶颈,开启了国产超高功率切割装备的竞赛。自此之后10kw, 12kw, 15kw等陆续出现,你追我赶。至2019年9月上海工博会,创鑫激光率先推出了36kw的激光器。


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  激光器技术的发展是带动激光设备升级的最重要原因。国产光纤激光器的技术瓶颈被突破,功率的提升只是个时间问题,紧接着就是激光器的输出稳定性与品质改良。国产激光器的发展速度可以说超乎外国同行公司的预期,从脉冲光纤到连续光纤激光器均如此。原来主要被美国IPG、恩耐、英国SPI、德国相干罗芬等几个企业垄断。随着国内的锐科激光、创鑫激光、飞博激光、联品激光等十几家主要企业进入并拓展,一时间国内光纤激光器呈现遍地开花的局面。


  高功率光纤激光器最主要的应用是金属切割,大约占有出货量80%的份额。并且应用量的迅速增长原因之一是价格的快速下降,在不到三年的时间内降幅超过65%,让终端用户带来巨大的福利,同时在选择激光加工的性价比、回报率的考量上,优势显著了。随着近两年钣金加工市场需求放缓以及相关设备进入适度饱和,光纤激光器也在寻求新的应用增长。除了金属切割,金属焊接以及激光清洗应用,是比较有发展潜力的领域。


  金属切割应用现状:光纤激光器的发展给金属切割带来了革命性的变化,它的出现让原来的机械冲床、线切割、火焰切割、水刀切割市场份额受到了一些挤压,特别是速度和切口效果的优势明显,而等离子切割对厚板的独到工艺仍然保留一点竞争力,但是超过功率激光的出现也能取代等离子切割了。另外,光纤激光切割对原来普遍成熟的CO2激光切割也是一个冲击,严格来说是激光加工技术自身的一个更新换代。CO2金属切割是最早突破厚板加工的,其加工效果、切口也是很不错。然而至近年为止,从国外的通快、AMADA,田中、三菱,再到国内的大族、百盛、普睿玛等,仍然保留CO2切割设备的能力。所以不能一味否定CO2激光的作用,它仍然有一定的存在空间,特别是在非金属材料加工,效果显著;以及焊缝较宽的材料拼接也是优于光纤激光。


  二维板材的激光切割在我国已经发展了20年,从最初的两三家发展到2012年约40家,如今已经有大约六七百家企业在做。广东地区的激光切割发展较早,也基本上成熟,规模较大的主要是那六七家企业。近几年特别是在光纤激光切割带动下,江苏、安徽、山东、河北几个省份从事激光切割装备的厂家喷涌而出,较为明显的是北方激光切割装备迅速崛起,带动了激光应用的广泛性,也给国内激光器、光学镜片、激光冷却设备、加工头等带来了更多商机。金属切割已经进入了拼价格的存量需求竞争阶段,这么多的切割设备企业总不可能每一家都能活得下去,做激光切割仍然需要很好的工艺开发积累,同时也是要过硬的口碑。走在这个十字路口上,要求激光设备商有更多的细分差异化路径发展,才能有更多空间。


  近两年激光切管是一个亮点,利用夹具实现管材圆周切割也已经被普遍突破。三维五轴激光切割或许是下一个激光切割的重点,也是一个难点。目前有采用机械臂式以及龙门悬挂式两种设计,其切割方式可以打开了金属部件加工的范围,是未来关注的一个焦点。


  至于在用量方面,根据一般制造业的金属材料,激光切割要求功率普遍存在于2kw至10kw之前,也是目前出货量较大的范围,而且还会继续增长,未来很长一段时间都会持续这个状态。而且激光切割发展趋势应该是更加智能化、人性化,设备的应用更加省事,包括上料、下料、捡件、运输等设计。尽管展望将来很快国产的15kw以上的激光器也会成熟,但是应用场景究竟有没有那么多,有没有符合用户考虑?另外像光学器件、冷水机、切割头等装配能否达到要求,也是一个疑问。


  金属焊接发展潜力:激光焊接在过去三年连续增长超过20%,超过其他细分市场,以光纤激光、半导体激光为主的应用,在精密焊接、金属焊接应用已经推广开来了。以往纯粹的低功率激光焊接单机并没有太多技术含量,如今许多的焊接工序要求自动化程度高,产出量高,完全融入产线中。特别是近几年新能源汽车带动了动力电池需求量,使用激光焊接的产线需求增加,工程项目式的订单也给设备厂商带来更高的要求。


  另外,国产汽车、合资品牌的车身、车顶盖等焊接应用,也逐渐采用了更多的激光技术;还包括中车系统下唐山、青岛、株洲、南京等地子公司,在火车机车、车厢大部件等也采用了激光焊接技术。一些板焊应用较多的行业,比如定制化金属集装箱、电信机柜机箱、航天领域飞行器结构件等,均已经采用了激光焊接技术。激光焊接显示出牢固、密封性,已经焊缝美观的优点。光纤激光焊接适用于精密金属焊接,对于一些要求连接口宽的拼接,采用摆动头也能实现加工效果。


  2019年以来焊接的一个亮点是手持焊接设备意外大受欢迎,由于其操作简便,又省去了控制、夹具,相对氩弧焊在一些金属片、不锈钢件的焊接,还是有很大优势,所以一经推出就备受欢迎,如今每月全国都有数百台出货量。但需要强调的是,手持焊机不是一个附加值高、技术含量高的领域,目前处于一个推广应用、走量的状态。


  未来几年激光焊接有望继续保持强劲势头,继续带动高功率光纤激光器的需求。特别是在高端制造业领域,会有更多发展空间。4kw, 8kw, 10kw以上的功率段会有更多发挥空间,结合自动化控制、装配到产线,实现批量产出率。另外,高端激光焊接的应用拓展对相关的控制、集成、冷却设备都有了更高的要求。