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激光设备最核心的零部件:激光器

作者:汉格斯特激光器维修 发布时间:2020/11/12点击:

激光被誉为“最快的刀、最亮的光、最准的尺”。各类激光设备被广泛应用于材料加工、电子信息、航空航天、医疗、军事武器、通讯等众多下游行业。激光加工技术的出现和推广,改变了汽车、机械、消费电子等传统行业的生产加工模式,为光伏电池、锂电池等新能源技术的实现提供了支撑。

工业是激光的第一大应用,其中激光切割占比最高。从全球角度看,全球约42%的激光器用于材料加工(包括光刻)。其次为通讯,材料加工中切割占比最高为35%,焊接为16%。从中国角度看,激光设备应用中工业占比为63%,工业激光设备中激光切割占比为31%。

激光器是用来产生激光的部件,是激光设备中最核心的零部件。激光器的价值在成套激光加工装备总价值的20%-40%,甚至更高。

国家出台的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》、《十三五国家科技创新规划》等政策指导性文件对公司所属行业的发展提供了强有力的支持,并指明了未来发展的方向。激光切割机

全球激光器市场规模较大,且呈现稳步上升趋势。StrategiesUnlimited发布的数据显示,2018年全球激光器市场规模约达137.5亿美元,同比增长5.8%,近十年复合增速达11.1%。

根据前瞻产业研究院的数据,2018年我国激光产业市场规模达1440亿元,同比增长22.14%。其中,激光元器件市场规模为288亿元,同比增长22.03%,激光应用市场规模为547亿元,同比增长22.1%,激光设备市场规模为605亿元,同比增长22.22%。预计2021年总体市场规模将达到2489亿元,未来三年复合增速达20%。

随着大功率激光器的技术突破和增材制造技术的成熟,预计未来激光器行业将持续快速增长。

典型的激光器,由激光工作物质(发出能量)、泵浦源(提升能量)、光学谐振腔(传播能量)等部分组成。泵浦源为激光器的光源,谐振腔为泵浦光源与增益介质之间的回路,增益介质指可将光放大的工作物质。

激光器有多种分类方法,其中最常用的分类方法有四种:工作物质:可分为气体、固体、液体(染料)、半导体、准分子等;能量输出波形(工作方式):可分为连续激光器、脉冲激光器、和准连续激光器,脉冲激光器可进一步分为毫秒激光器、微秒激光器、纳秒机关器、皮秒激光器、飞秒激光器、阿秒激光器等;输出波长(颜色):可分为X光激光器、紫外激光器、红外激光器、可见光激光器等;功率大小:可分为低功率激光器(<100w)、中功率激光器(100w-1500w)、高功率激光器(>1500w)。

激光设备


按工作介质区分,激光器分为:气体激光器、液体激光器、固体激光器、半导体激光器、光纤激光器等。

光纤激光器占工业激光器的份额比例从2009年的13.7%增长至2018年的51.5%,相较于固体激光器、气体激光器、半导体激光器等具备明显的领先地位。

光纤激光器具有输出激光光束质量好、能量密度高、电光效率高、使用方便、可加工材料范围广、综合运行成本低等诸多优势。因此广泛应用于雕刻、打标、切割、钻孔、熔覆、焊接、表面处理、快速成形等材料加工领域,被誉为“第三代激光器”。

2018年光纤激光器国内市场占有率:美国IPG占比第一,为50.1%;第二名是国内光纤激光器的龙头企业锐科激光,占比17.8%。

根据OptechConsulting的咨询数据来看,高功率激光材料加工市场规模整体保持稳步增长,预计增速维持在7%左右。

激光器

激光器作为产业链中游环节,主要上游原材料为光学材料、光学器件等。光学材料中芯片、有源光纤等在原材料成本构成中占比较高,对激光器的生产成本有较大影响。中游为各种激光器及配套设备。下游激光加工设备的应用市场十分广泛,目前已渗透到消费电子、高端材料、半导体加工、汽车、船舶、通讯、医疗美容、军事等众多领域。

上游环节的芯片、光纤、高功率光纤光栅、热沉等光学器件是生产激光器产品的重要原材料。国内相关产业起步较晚,质量及稳定性难以满足市场需求,目前仍然主要以进口产品为主(含向国内代理商采购)。国内三大激光器生产商的供应商中,除了有凯普林、长光华芯等少数国产企业外,其他基本都是境外公司或其代理商。

2019年上半年,创鑫激光脉冲、连续激光器的无源光纤国产化率分别为89.91%、52.54%,杰普特无源光纤国产化率也达到90%。有源光纤作为增益介质,其难度与作用大于无源光纤,国产化率也在同比提高。芯片(泵浦源)方面,国产芯片已达到可正常使用的水平,但在技术上仍与进口芯片存在一定差距,目前国内领先的激光器厂商均主要采购Lumentum和贰陆激光的芯片及组件,芯片环节仍有待突破。

随着飞机、汽车工业向复合材料的转变,高功率激光器渗透率的持续提升。

激光应用场景较多,市场应用渗透率高,形成完备产业链。目前,与激光相关的产品和服务已经遍布全球,形成了丰富和庞大的激光产业。

除了一系列工业制程的激光器应用外,新的技术应用场景逐步被开发。激光设备由于其高功率、高聚能、高精度的特征,在通信、医疗、仪器测量等领域同样展示了自身的适配性。

激光由于其优良的特性,以及中国高端制造业转型的需求,正被越来越被下游客户使用,在加工制造中替代传统的加工方式,包括:在切割中替代传统的线切割、等离子切割,在焊接中替代传统的氩弧焊。

从产业分布来看,在高功率市场国际厂商仍占据绝对优势,全球知名厂商有相干、阿帕奇、三菱重工、川崎重工等。

国内的激光企业主要集中在下游的应用,整体格局较为分散。经过近几年的快速发展,我国激光产业取得长足进步。下游应用环节,除大族激光、华工科技两大龙头,细分领域的企业重多,市场格局分散;中游激光器目前以锐科激光、创鑫激光、杰普特三家光纤激光器的国产厂商为主,具备核心原件的自产能力,未来将受益于市场规模增加以及进口替代。

激光器设备

中国激光产业正处于高速发展阶段。目前,国内的厂商在中低功率激光器领域已占据主导地位,高功率激光器也实现产品突破,核心零部件进口替代仍有较大空间。作为高新技术产品的代表,激光器自身的零部件也存在较高的壁垒,随着产业竞争加剧,国产化率有望进一步提升。

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