激光行业持续增长 新应用持续发展

作者:金属成形商务咨询(北京)有限公司 文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2017-08-08
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激光技术、计算机技术、原子能技术、生物技术,并列为二十世纪最重要的四大发现。早在1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念,激光的原理就被发现。直到1960年美国科学家发明了红宝石激光器,从此人类拥有了激光这一利器。

激光技术、计算机技术、原子能技术、生物技术,并列为二十世纪最重要的四大发现。早在1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念,激光的原理就被发现。直到1960年美国科学家发明了红宝石激光器,从此人类拥有了激光这一利器。

由于激光单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等优异特性,使其在工业生产、科技探测、军事等方面得到了广泛应用。激光器的应用市场可以分成五大部分:材料加工与光刻、通信与光存储、医疗与美容、科研与军事、仪器与传感器。激光产业链可以分为上、中、下游三个部分:上游主要为光学元器件、光学材料及配套电源、机械、数控等;中游主要为各种激光器及其配套设备;下游主要为汽车、钢铁、消费电子、轻工五金行业等。

全球和中国的激光市场规模

目前,从高端的光纤到常见的条形码扫描仪,每年和激光相关产品和服务的市场价值已高达上万亿美元。2016年全球工业激光器(不含光刻)的销售收入相比2015年实现了4.2%的增长,主要是得益于光纤激光器强劲的销售增长。

2016年3D打印行业增长17.4%,目前整个3D打印行业市值为60.63亿美元。预测到2018年全球3D打印机市场将加速增长,平均增速超过60%。而激光器是多种技术路线3D打印机的主要部件,未来将受益于3D打印市场的快速增长。3D打印作为先进制造的一种技术,未来想象空间巨大。

LiDAR——Light Detection And Ranging,即激光雷达,是利用激光、全球定位系统GPS和惯性测量装置(Inertial Measurement Unit,IMU)三者合一,获得数据并生成精确的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)。简而言之,就是激光束探测目标的位置、速度等特征量的高精度雷达系统。原用于军事领域,目前已延伸至汽车无人驾驶领域。正在不断扩展到机器人、自动化生产、地形勘探、安防、采矿等领域。根据市场调查公司Marketsand Markets的预测,2020年将达到6.25亿美元的市场空间。其中,激光器的销售量预计达1.85亿美元。

新材料和新工艺推动激光加工行业发展

金属加工是激光材料加工的重要部分,非金属材料如蓝宝石、陶瓷、玻璃等的加工将会是激光应用更广阔的舞台。

蓝宝石在珠宝首饰、半导体衬底材料、光学窗口器件、消费电子领域应用广泛。蓝宝石传统加工方式一般采用金刚石加工。而激光加工具有快速、高精度的特征,在蓝宝石的后端切割中的地位逐步明确。尤其超短脉冲激光较早期的纳秒或微秒激光器具有更大的优势,切割后的蓝宝石边缘整齐、无热效应、无刮渣。

皮秒和飞秒级别的脉冲宽度使得材料能够不经过液化直接气化。通过冷消融可以实现对玻璃、金属、陶瓷和聚合物的逐层去除。

新型陶瓷材料则通过高纯、超细人工合成无机物为原料,采用精密控制工艺烧结而制成,因而具有比由通过粘土烧制的传统陶瓷材料更优异的性能。由于陶瓷较硬且脆,使用传统刀具加工难度很大,激光加工技术能够实现快速的划片、精准的深度控制,从而提供较好的断面质量。玻璃材料传统上都使用物理刀具加工,因为红外光谱的激光会穿透玻璃,因此只能使用紫外波长的激光器进行玻璃加工。

激光在半导体与PCB行业中的应用也在逐渐增加,半导体行业中,激光应用能够涵盖黄光光刻、激光划片、芯片打标等多个步骤,全面渗透到芯片的制造与封装环节。

激光器技术和设备发展带动下游应用空间

从2012年到2016年,伴随着光纤激光器的快速发展,光纤激光器件一直保持较高的增长速度。2016 年光纤激光器市场增长较大。根据产能统计,国内中小功率光纤激光器的产能已从2013年的1.9万台,增长至2016年的7.4万台,增长翻了近四番。预计2017 年年底可超过 9 万台。

新兴激光应用的未来前景看好

除激光加工、3D打印和激光雷达外,激光在医学美容、激光显示上也有新兴应用的呈现。

1.激光医疗美容行业预计未来增长迅速。统计数据表明,近5年来,我国医疗美容业一直以每年20%以上的速度增长,高于同期全国GDP增长速度。美容整形的发展,也飞速促进了在医疗器械中的美容医疗器械的重要发展,全国各大激光医疗美容公司发展极快,产值迅速提高。预计在2018年,其全球市场将完成的年增长,达到20亿美元。

2.激光显示技术将引发显示行业革命。激光显示使用具有较高功率的红、绿、蓝(三基色)单色激光器为光源,混合成全彩色,利用多种方法实现行和场的扫描,当扫描速度高于所成像的临界闪烁频率,就可以满足人眼“视觉残留”的要求,人眼就可清晰观察。激光显示将在超大屏幕/大屏幕、家庭影院/电视、微型投影/手机投影、计算机屏幕/游戏机等四个市场形成千亿美元的规模。

3.其他的激光应用新兴方向还有激光推进技术,我国已建设相应的国家重点实验室。此外激光器的创新研究也在不断发展,如日本研究机构开发了目前世界上波长最短的激光器,比现有最短波长激光器的波长小一个数量级;瑞士科学家成功获得2μm波长的掺铥光纤激光器;美国哈佛医学院设计的细胞激光器;俄罗斯科学家研发的一种独一无二的多功能金属蒸气激光器;美国科研团队研制出的世界上首台白光激光器等等。

2017-2018年技术和产业发展预测

目前我国激光加工已经开始由“自动化”向“智能化”转变,推动了高端制造业的转型。我们需要进一步提高激光加工自动化水平、提高激光技术的储备能力,以及自主创新+国际收购兼并等方式,来增强自主核心竞争力,才能在这种进程中抓住机遇。

同时,我们预计未来三类工业激光器将主导市场领域:半导体激光器、光纤和碟片激光器、超快激光器。

未来预测:

1.国产中功率光纤激光器有望在两年内占据中国市场 80% 以上的市场份额;

2.解决国产千瓦级核心技术后,大功率光纤激光器进入工业市场,占领国内30% 以上的市场份额;

3.超快脉冲皮秒和飞秒光纤激光器在微加工领域的应用,即将成为另一个新亮点,将进一步拓展激光精密微细加工市场;

4.新一代的半导体激光器将会挑战光纤激光器:光纤耦合的高亮度、高功率的半导体激光器,将会引领新的激光应用市场;

5.新的光源技术(阿秒激光)的发展将会引领一批新的应用领域;

6.激光新的应用领域将持续快速增长。

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