2017年6月27日，德國機械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(VDMA)下屬的“用于材料加工的激光與激光系統(tǒng)”工作委員會在德國慕尼黑召開了年度新聞發(fā)布會。會議主要對包括德國、美國以及亞洲等國家和地區(qū)在內(nèi)的全球激光行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢做了回顧和展望，闡述了各激光產(chǎn)品和技術(shù)在不同戰(zhàn)略市場的應(yīng)用潛力和前景。本期，您將先看到第一部分的內(nèi)容。
全球激光技術(shù)和應(yīng)用趨勢摘要
● 超短脈沖（USP)激光器
在越來越多的應(yīng)用中—包括對用于顯示器的聚酰亞胺薄膜的結(jié)構(gòu)化處理和精密切割，超短脈沖的優(yōu)勢正與短波長有機結(jié)合。值得關(guān)注的參數(shù)范圍包括紫外光譜范圍內(nèi)30W的平均功率和綠色光譜范圍50W的功率，脈沖寬度小于1ps。在綠色光譜范圍內(nèi)幾百μJ的脈沖能量可被用于相應(yīng)的應(yīng)用。該激光束更好的聚焦能力和改進的消融處理能實現(xiàn)更大的微加工精度，同時提高工藝穩(wěn)定性。這可以通過增加在可見光譜和紫外光譜范圍內(nèi)操作的超短脈沖激光器的功率得以實現(xiàn)。USP激光源在工業(yè)應(yīng)用中越來越高的接受度以及從研發(fā)向商業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變是顯而易見的。
● 激光光源的組合—二極管激光器，光纖激光器，碟片激光器
用于工業(yè)應(yīng)用的高性能、連續(xù)發(fā)射的激光光源主要包括二極管泵浦多模固態(tài)激光器，如碟片激光器和光纖激光器。鑒于其工藝穩(wěn)定性、抗反射性、智能能源管理和冷卻概念以及智能工廠集成的可能性，碟片激光器已經(jīng)實現(xiàn)了高度的技術(shù)改進。德國通快（Trumpf）已經(jīng)交付了超過10,000臺具有千瓦輸出能力的碟片激光器。
通快的短/ 超短脈沖激光器是為微細加工開發(fā)的理想工具（圖源：Trumpf)
技術(shù)進步也使高亮度的二極管激光器和基本模式的光纖激光器對于工業(yè)應(yīng)用而言變得越來越重要。從長遠看，高亮度直接二極管激光器有可能解決輸出功率在幾千瓦范圍內(nèi)的應(yīng)用問題。通過簡單的技術(shù)手段在光纖激光器中生產(chǎn)，這種橫向基本模式可通過與工件的相互作用實現(xiàn)高質(zhì)量的加工。這為許多精密應(yīng)用提供好處?；A(chǔ)模式的光纖激光器應(yīng)用在經(jīng)濟和技術(shù)方面的另一個例子是通過擺動技術(shù)焊接鋁和銅。銅的加工操作也非常有效地利用了使用頻率轉(zhuǎn)換的綠色碟片激光器這個創(chuàng)新概念。
總之，所有固態(tài)激光器的配置正處于不斷發(fā)展中—包括半導體激光器。鈑金切割使用固態(tài)激光器替代 CO2激光器的趨勢已趨于穩(wěn)定，并保持在約1/3 CO2激光器以及2/3固態(tài)激光器的穩(wěn)定比例。CO2激光工藝能夠提供具有最小拖痕的切割圖案，并且在諸如管道切割的應(yīng)用中提供更廣泛的加工窗口以及可靠的工藝。此外，激光活性介質(zhì)的高頻激發(fā)不會導致其磨損。出于這些原因，CO2激光器不會完全從工業(yè)環(huán)境中消失。
● 3D激光加工—兩個不同的趨勢
3D激光加工市場涵蓋兩個完全不同的部分：一方面是高生產(chǎn)率、專業(yè)系統(tǒng)概念；另一方面是柔性的機器。
從高效的系統(tǒng)概念這層來看，值得注意的是熱成型部件的切割。由于汽車行業(yè)的碰撞強度要求越來越高，并且需要降低燃料消耗和污染物排放，這一工藝的使用不斷擴大。笛卡爾激光系統(tǒng)具有極高的動態(tài)精度，在這些應(yīng)用中已被證明是有效的。
在3D生產(chǎn)系統(tǒng)領(lǐng)域，機器人解決方案正在擴大與實時同步的機器人，掃描振鏡和激光器之間的技術(shù)選擇，并通過智能網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)更高精度的“飛行”焊接。
從柔性機器的層面看，主要的要求是初始組件的快速實現(xiàn)。編程、設(shè)置技術(shù)和工藝知識起到?jīng)Q定性的作用。在其他領(lǐng)域，單機必須覆蓋盡可能多的工藝流程。典型的目標客戶包括靈活的合同制造商和研究機構(gòu)。結(jié)合笛卡爾系統(tǒng)的使用，無論在有無填充材料的情況下，機器人焊接解決方案對合同制造業(yè)務(wù)也是極具吸引力的。
● 增材制造
隨著2D和3D部件的切割和焊接需求上升，LMD（激光金屬沉積）工藝的集成趨勢在此也非常明顯。這使得具有非常高的沉積速率的增材制造工藝能夠彌合焊接過程中形成的間隔，或選擇性地沉積由高強度鋼制成的耐磨層。
過去幾年內(nèi)，金屬增材制造（AM）市場每年的增長率約為40％。增材制造產(chǎn)業(yè)正全方位地展示出積極的發(fā)展勢頭，而這種活力不斷促進專業(yè)知識的增進、勞動力的擴張以及國際兼并活動的激增。
AM Factory of Tomorrow（ 明日增材制造工廠） 是由德國3D 打印技術(shù)巨頭Concept Laser 推出的革命性增材制造工廠解決方案。
不斷增長的機器生產(chǎn)力成為促使原型設(shè)計發(fā)生轉(zhuǎn)變以及幫助小批量生產(chǎn)邁向多產(chǎn)的批量制造的推動力。除此外，這使得可以實施更創(chuàng)新的多光束激光系統(tǒng)技術(shù)以及具有智能部件和粉末管理概念的完整解決方案，從而實現(xiàn)更大的機器利用率。具有多激光解決方案的新一代機器也不斷應(yīng)運而生，例如，能夠以經(jīng)濟方式批量生產(chǎn)部件。工業(yè)解決方案涵蓋整個流程鏈，其特點包括三個成功因素：智能數(shù)字化、強大的機械和服務(wù)。因此，制造商也將注意力轉(zhuǎn)向工業(yè)軟件、監(jiān)控解決方案以及一致的服務(wù)。此外，新的機械解決方案和自動化概念正在解決特殊的行業(yè)要求。
當前有一個重要課題，同時也是VDMA下屬增材制造協(xié)會討論的核心便是探索增材制造和工業(yè)4.0之間的聯(lián)系。目的是在整個流程步驟中實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的業(yè)務(wù)，并在增材制造領(lǐng)域建立標準流程。
亞洲激光市場的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢
亞洲激光市場與中國的高生產(chǎn)能力緊密相連。盡管去年經(jīng)濟增長放緩，但中國仍然是亞洲激光產(chǎn)品增長的主導市場。在未來5到10年中，預計中國的激光和光電產(chǎn)業(yè)的年增長率將在10-15％之間。這一時期中國激光行業(yè)也將取得更大的進步。中國激光企業(yè)正越來越多地與西方生產(chǎn)商競爭。外國制造商必須對這一趨勢做出反應(yīng)，并適應(yīng)中國經(jīng)濟的步伐。
實質(zhì)上，亞洲幾乎所有的激光應(yīng)用市場都在增長。今天，一些微電子產(chǎn)業(yè)幾乎將目光完全鎖定亞洲。
隨著機器和激光技術(shù)的進步，制造商在2D 激光切割領(lǐng)域不斷向更好的激光功率挺進。（圖源：Trumpf）
基于新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，核心市場的增長遠遠沒有結(jié)束。然而，在某些地區(qū)，個別工業(yè)部門的專業(yè)化水平越來越高。例如：越南的電子制造業(yè)、泰國和馬來西亞的代工生產(chǎn)、孟加拉國和巴基斯坦的紡織業(yè)，以及新加坡的醫(yī)療工程行業(yè)。
● 機械制造業(yè)
在機械行業(yè)，激光制造產(chǎn)品的國內(nèi)需求上升是中國首要增長動力。目前，人力密集型制造業(yè)向更高程度的自動化方向發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)變，這提高了對高品質(zhì)機械和易于自動化流程工藝的需求。
過去的一年間，1-2kW的光纖激光器在中國的需求仍然居高不下。但是，目前來看，對切割應(yīng)用更高的功率趨勢也在提升。在較低和中等功率范圍，如今越來越多的激光光源可從當?shù)氐募す庵圃焐烫帿@得，其中不少公司還推出了功率高達1kW的機架式激光器。今年，切割型激光器的需求已經(jīng)轉(zhuǎn)向3-4kW，而趨勢正朝著6-8kW持續(xù)挺進。
然而，第一臺10-12kW功率的激光系統(tǒng)也已經(jīng)交付。日本切割機制造商向國內(nèi)市場主要提供2-4kW輸出范圍的機器，而超過6kW的大幅面激光切割系統(tǒng)則出口歐洲和美國。
● 汽車行業(yè)
汽車行業(yè)的增長是由亞洲驅(qū)動的，而這種力量主要來自中國和印度巨大的銷售市場。2016年，僅中國就生產(chǎn)了2,810萬輛汽車（來源：中國汽車工業(yè)協(xié)會）。在此過程中，中東國家進一步擴大了其作為全球最大汽車市場的地位。在這一市場中，乘用車部門的同比增幅最大，達16％。由于印度的整體購買力較低，市場增速并不如中國那么快。印度的汽車產(chǎn)量為450萬輛，世界排名第五。另外，韓國制造商向中國貢獻大量的市場份額，其產(chǎn)量在2016年出現(xiàn)了7％的下滑。盡管如此，韓國一線汽車制造商依舊擴大了其在亞洲的市場份額，單這部分就占據(jù)了韓國汽車出口總量的62％。而日本不得不面對另一輪輕微的生產(chǎn)低迷。
激光器在中國的應(yīng)用如今也已很成熟，特別是在“白身車”部分。與國內(nèi)汽車制造商合作的海外合資企業(yè)也幫助加快激光工藝的引進。在“白身車”這塊，日本越來越多的傳統(tǒng)工藝也被激光加工所取代。觀察者預計在鋁焊接應(yīng)用中使用激光加工的增長尤其明顯。
同時，當?shù)氐馁Y金和激勵計劃正在推動這一增長，旨在減輕輕量化和電動出行方式背景下汽車的重量。隨著汽車車身制造中典型的切割、焊接和打標應(yīng)用，電動化趨勢越來越多地主宰著激光應(yīng)用在汽車行業(yè)的發(fā)展速度。電池制造商尤其成為激光光源的重要消費者，去年的投資也大幅增加。這些激光器涵蓋廣泛的應(yīng)用，包括電池、其外殼、模塊化設(shè)計及其包裝。1μm激光器成為加工鋁和銅等材料的理想工具。此外，高度動態(tài)的振鏡掃描解決方案可以提高電池行業(yè)幾乎所有應(yīng)用的生產(chǎn)。
通過激光輔助加工實現(xiàn)汽車制造中的材料輕量化目標。（圖源：Fraunhofer ILT）
對于一級制造商來說，噴射噴嘴的焊接和氣囊材料的切割等應(yīng)用越來越重要。亞洲的汽車制造商也對玻璃切割等最新應(yīng)用愈發(fā)感興趣。
● 醫(yī)療工程行業(yè)
在亞洲許多地區(qū)，對醫(yī)療設(shè)備和植入物的強烈需求，再加上政府的支持，為激光應(yīng)用創(chuàng)造了很大的空間。
在醫(yī)療器械工程中，使用從紫外到中紅外范圍的不同激光技術(shù)。對于給定的材料使用正確的波長確保了有效的操作和良好的產(chǎn)能特性。根據(jù)精度要求，可以使用短脈沖納秒激光器或（超短脈沖）皮秒激光器。超短脈沖減小加熱區(qū)域的尺寸，而結(jié)合冷加工工藝，繼而成為精度最高的技術(shù)。該方法用于高要求的應(yīng)用領(lǐng)域，如支架生產(chǎn)。
在支架領(lǐng)域，還不斷面臨著國家價格法規(guī)的制約，就如同近來在印度發(fā)生的那樣。在那里，政府設(shè)定支架價格，以規(guī)范醫(yī)療工程產(chǎn)品的成本。因此，美國和其他地方的供應(yīng)商已經(jīng)從印度市場撤出支架。對于激光制造商來說，這既帶來了機遇，也伴有些不確定因素。
隨著使用激光器來制造醫(yī)療設(shè)備，激光打標或刻字功能也正進一步增長。通過改變材料的顏色 ，并結(jié)合金屬退火、碳化或用塑料發(fā)泡等手段，可以產(chǎn)生無腐蝕的標記，而不需使用毛刺來對表面做改性處理，并且不需要引入額外的材料。激光打標的形式和內(nèi)容幾乎沒有技術(shù)上的限制，無論涉及植入物，或是醫(yī)療設(shè)備的打標。即使僅具有數(shù)μm高度的字符的微細打標也是可能的。
● 顯示器
亞洲無疑是使用激光器生產(chǎn)顯示器的熱點地區(qū)。高分辨率的趨勢持續(xù)保持，不僅包括移動設(shè)備（如智能手機和平板電腦），同時還涉及大型電視屏。顯示技術(shù)快速發(fā)展，AMOLED（有源矩陣有機發(fā)光二極管）顯示器具有極高的分辨率和非常寬的色譜特征，正逐漸攻占市場，特別是在移動領(lǐng)域。 OLED屏幕的物理尺寸和形狀及其使用柔性基板的能力正在擴大應(yīng)用領(lǐng)域。這反過來又對新的加工方法和基于激光的相應(yīng)機械設(shè)備產(chǎn)生了強烈需求。隨著移動顯示器中的LCD向柔性O(shè)LED技術(shù)轉(zhuǎn)換，大型顯示器產(chǎn)業(yè)也正在進行大量的新投資。
非常高分辨率的系統(tǒng)，如超高清UHD（3840 x 2160像素）正在主導市場并提高精度要求。更大的屏幕對角線的趨勢需要較大的基板。未來將標志著移動顯示器的技術(shù)變革以及電視屏幕采用極高分辨率的趨勢。 2017和2018年期間，預計新生產(chǎn)機械的投資額將高達170億歐元，比2016年增長約30％。此外，OLED技術(shù)的投資在2017年繼續(xù)擴大，預計會增長50％。連同OLED電視屏幕，移動顯示器在其中將占據(jù)最大的份額。預期激光光源和設(shè)備的相應(yīng)需求也會保持堅挺。
在顯示器的生產(chǎn)中，大多數(shù)激光工藝已得到采用：制造特征體現(xiàn)在處理具有薄層（50-500nm）的大面積區(qū)域，同時提高精度要求。在這種情況下，激光在許多處理步驟中是必不可少的。其中，某些工藝允許激光在最大程度上顯示其在精度和選擇性方面的優(yōu)勢。這種“啟動器”包括具有高功率UV激光輸出的準分子激光退火工藝，玻璃和塑料基板的極高精度切割以及激光剝離工藝。
● 其它不同的行業(yè)
如一開始就已提到的，亞洲其他的核心市場在紡織和包裝行業(yè)，半導體和微電子行業(yè)或太陽能技術(shù)等市場持續(xù)呈現(xiàn)積極的增長勢頭。激光加工的重要性與制造商希望生產(chǎn)出體積越來越小，功能更強大，更可靠的設(shè)備的愿景不謀而合?；谄洳ㄩL越來越短，功率和可靠性越來越高，激光器的可行性也在不斷擴大。
最后同樣重要的是，亞太地區(qū)的增材制造（SLM / SLS）業(yè)務(wù)也在大幅增長—特別是日本、韓國和中國的制造商。
轉(zhuǎn)載請注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導讀
關(guān)注我們
