固體激光器特點及其發(fā)展情況
固體激光器是目前主流的工業(yè)級激光器之一，擁有脈寬窄，多波長，輸出能量大，峰值功率高及材料吸收好等特點，并且能做到一般CO2激光器和光纖激光器無法做到的精細微加工和特殊材料加工，已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。
據(jù)Unlimited Strategy的報告，全球工業(yè)級激光器在2015年的銷售總額達到3,180百萬美元，比2014年增長了6.9%（表1）。在全球經(jīng)濟持續(xù)放緩，特別是主要新興市場表現(xiàn)疲軟，西方經(jīng)濟體情況不樂觀的情況下，全球工業(yè)激光能逆轉(zhuǎn)制造業(yè)的頹勢，實現(xiàn)正增長。其中，固體激光器在2015年的銷售額為463.3百萬美元，與2014年基本持平，預(yù)測未來固體激光器將穩(wěn)步持續(xù)提高。
表1：2015年全球及中國工業(yè)激光器與固體激光器銷售情況(百萬美元)
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2015年數(shù)據(jù) |
全球 |
中國 |
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工業(yè)激光器銷售額 |
3,180.0 |
530 |
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同比增長率 |
6.9% |
18.9% |
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固體激光器銷售額 |
463.3 |
130 |
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同比增長率 |
0% |
8% |
中國過去以低廉勞動力密集型產(chǎn)業(yè)而得名“世界工廠”，受到全球經(jīng)濟不景氣及東南亞新興制造工廠的沖擊下，中國制造業(yè)發(fā)展速度放緩，制造業(yè)GDP增長率從2014年的7.3%滑落至2015年的6.0%。然而，固體激光器在中國市場表現(xiàn)出穩(wěn)定地增長態(tài)勢，在2015年銷售約130百萬美元，增長率為8%，占全球28.3%，超過制造業(yè)整體水平。
2015年固體激光器在微加工領(lǐng)域表現(xiàn)
從表2中可知，在半導(dǎo)體/電路板/顯示器微加工和增材領(lǐng)域?qū)腆w激光器有著很強的依賴，2015年固體激光器在這兩項微加工領(lǐng)域占比都超過60%，表現(xiàn)最為突出。
另外，值得注意的是，在打標(biāo)一項中，雖然固體激光器目前占比僅為8.8%，但是數(shù)額較大，為50.2百萬美元。未來打標(biāo)將往更精細更高端的趨勢發(fā)展，固體激光器的優(yōu)勢將會越來越大，這個數(shù)值將會越來越大。
2016年固體激光器發(fā)展趨勢
表3：幾類典型激光應(yīng)用的激光器銷售收入產(chǎn)值（百萬美元）
表3是幾類固體激光器的典型應(yīng)用，據(jù)Unlimited Strategy預(yù)測在2016年均出現(xiàn)不同程度的增長。其中增材制造預(yù)測提高的幅度最大，達24百萬美元，增長率高達37%；激光打標(biāo)雖增長率僅為3.9%，但因其整體基數(shù)大， 2016年估計將增長了22.2百萬美元；而半導(dǎo)體/電路板/顯示屏預(yù)計增長5.5百萬美元，同比增長5%。
2016年初固體激光器銷售量漲勢迅猛，其中固體激光器主要提供商英諾激光在1至5月間的出貨量出現(xiàn)了強勁的增長，表現(xiàn)突出。由于固體激光器在微加工方面固有的技術(shù)優(yōu)勢，使得工業(yè)級固體激光器相較其他激光器而言在以下幾個方面更為出色：
1. 智能手機蓬勃帶動激光行業(yè)發(fā)展
近兩年智能手機推出的功能越來越多，指紋解鎖就是其中之一。由于指紋模組芯片切割要求精度細，截面光滑，崩邊少，目前只有使用紫外激光進行精細切割才能達到要求?！妒謾C報》稱，僅在中國2015年就銷售了含指紋模組的手機共1.25億臺；而CCID則報道，2014年全球指紋芯片出貨量為2.1億顆，2015年增長至3.6億顆，增長率高達73.02%，預(yù)計2016年將達到5.5億顆。
在指紋手機滲透率越來越高的今天，指紋模組在未來定然會是手機的標(biāo)配，這將會極大刺激指紋模組激光切割設(shè)備銷量，預(yù)計將會是2015年的數(shù)倍。
2. 3D打印迎來發(fā)展甜蜜歲月
3D打印技術(shù)近年來在中國也獲得了迅猛發(fā)展，預(yù)計在2016年激光增材制造增長率超過37%，達88.8百萬美元的規(guī)模。在激光增材制造技術(shù)中，SLM燒結(jié)和SLA光固化是其中最為典型的技術(shù)。
SLM全稱是激光選區(qū)融化金屬打印技術(shù)，是使用激光對金屬粉末進行燒結(jié)的增材制造。該技術(shù)繼承了3D打印技術(shù)的優(yōu)勢，可以定制化生產(chǎn)所需的零件。但是其缺點也非常突出，由于受掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度的限制，加工的零件尺寸范圍有限，產(chǎn)品相對單一；粉末燒結(jié)成型件的表面質(zhì)量差，需要二次加工后方能使用，同時加工過程中容易出現(xiàn)球化和翹曲問題；高功率的激光設(shè)備和精準(zhǔn)的光學(xué)設(shè)備使得打印機的價格居高不下，提高了行業(yè)進入門檻，不利于行業(yè)的整體發(fā)展。
SLA光固化采用的是選擇性光固化光敏樹脂材料的技術(shù)，是目前最成熟，應(yīng)用最廣泛的3D打印技術(shù)。由于其加工速度快，精度可達10微米，無需二次加工，已被廣泛應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品、模型模具等領(lǐng)域。聯(lián)泰三維等3D打印企業(yè)，積極推動中國3D打印技術(shù)的市場化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，把SLA技術(shù)廣泛應(yīng)用到各級行業(yè)及領(lǐng)域中。目前SLA技術(shù)正往著提高加工精度發(fā)展，未來在生物、醫(yī)藥和微電子等領(lǐng)域有更大的突破。
3. 食品，飲品和藥品等標(biāo)識產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型UV激光標(biāo)識
近年來，人們對食品等安全意識提高，我國已開始著手實施一系列的安全標(biāo)識法則與追溯系統(tǒng)。這些法律法規(guī)明確規(guī)定了監(jiān)管碼的標(biāo)識要求，而傳統(tǒng)油墨噴碼的圖像模糊，易被擦改，易于仿造等問題將無法通過標(biāo)準(zhǔn)。激光打標(biāo)的標(biāo)識擁有高解析度，無法磨滅等優(yōu)勢將是標(biāo)識行業(yè)未來的發(fā)展方向，相信在不久的將來，激光打標(biāo)將會逐步取代傳統(tǒng)標(biāo)識工藝。
相比較一般的CO2和光纖激光器，固體激光器除了擁有更優(yōu)質(zhì)的聚焦光斑，還能提供355nm波長的紫外激光，能被眾多食品等包裝使用的聚合物材料吸收，如HDPE,PP,LDPE和PET等，留下清晰的標(biāo)碼，這是其他激光器做不到的。預(yù)計2016年全球激光打標(biāo)市場達590.8百萬美元，而因為UV固體激光的特性，其將在食品、飲品和藥品類等標(biāo)識市場的占有率將呈幾何倍數(shù)增長。
固體激光器和超快激光器未來在中國市場的發(fā)展
“中國制造2025”計劃，中國的制造業(yè)會往信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，并有效地做到節(jié)能減排的綠色工程。激光制造將會對這一計劃有重大的推動作用，其中，針對微加工領(lǐng)域的固體激光擁有天然的優(yōu)勢。
消費電子類產(chǎn)品的強勢和新技術(shù)研發(fā)定會向激光加工提出更高的要求，而固體激光器的特性使得其在與光纖激光器、二氧化碳激光器等的競爭中保持領(lǐng)先地位。在各類激光微加工應(yīng)用中，微電子品打標(biāo)和芯片微加工仍占有主要地位；國內(nèi)3D打印技術(shù)發(fā)展態(tài)勢較好，仍有巨大的升值空間；與此同時，UV激光打標(biāo)將會成為標(biāo)識行業(yè)的新增長點。
另外，超快激光作為目前最尖端的激光技術(shù)，在透明材料加工、生物醫(yī)療及金屬材料加工方面有著重大的突破。根據(jù)Strategies Unlimited發(fā)布關(guān)于超快激光市場調(diào)查，與激光器整體市場相比，目前超快激光器份額相對較小，但是增長速度卻達到整體的兩倍，在2019年有望突破14億美元。
我國超快激光器發(fā)展較晚，現(xiàn)階段主要依賴進口，其中德國通快，美國相干和美國光波（英諾激光）在超快激光市場上扮演著重要的角色。未來，隨著研發(fā)技術(shù)提高，生產(chǎn)成本降低，超快激光器有望進入更多的微加工領(lǐng)域，開拓更加廣闊的市場。
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