二極管激光技術在美國的應用情況
◆二極管激光光源的發(fā)展趨勢
● 二極管激光光源是于20年前首次在德國慕尼黑舉行的“慕尼黑國際應用激光、光電技術貿(mào)易博覽會(LASER-World of Photonics) ”上作為最大功率為2kW的非光纖耦合系統(tǒng)展出的。當時很少有激光專家能夠預見到，二極管激光技術的發(fā)展會如此迅速并且發(fā)展得如此之好。
● 當前，二極管激光光源的全球市場份額約為1.7億歐元，已占據(jù)全球激光市場總額的兩位數(shù)份額。
● 2016年，二極管激光光源設法呈現(xiàn)出不同于CO2和固體激光器的發(fā)展趨勢，并且以接近光纖激光器的速度增長著。
● 目前市場上可提供高達60kW功率輸出范圍的二極管激光器。功率的增加也伴隨著光束質(zhì)量的改善。這里主要觀察到兩個趨勢：
-光束質(zhì)量為 4-8mm mrad ，以及功率范圍介于3-4kW 的直接二極管激光器重點關注“切割”功能。
-光束質(zhì)量得到改進（30-100mm mrad），以及功率范圍介于4-20kW的直接二極管激光器重點關注以下應用：金屬3D打?。ㄔ霾闹圃欤?、涂層、硬焊和熱處理。
● 在許多地區(qū)，焊接產(chǎn)業(yè)部門如今由光纖激光器引領。然而，用戶愈發(fā)意識到，與這種已經(jīng)得到認可的激光器相比，二極管激光器也非常有吸引力，并且是焊接應用的理想激光光源。在焊接領域，二極管激光器正呈現(xiàn)大幅的增長勢頭。
● 盡管直接二極管激光器趨向于為一種利基產(chǎn)品，但由于市場上的激光企業(yè)在其加工流程中越來越多地嘗試使用二極管激光器，產(chǎn)品日益增長的吸引力是顯而易見的。
● 此外，集成商和系統(tǒng)安裝及設備供應商正在為二極管激光器提供越來越多的解決方案。除了技術應用方面的優(yōu)勢，這類激光光源易于集成、低成本和高可靠性等特點也成為其認可度不斷增長的重要因素。
● 多年來，二極管激光器始終無法實現(xiàn)CO2和固態(tài)激光器的光束質(zhì)量。因此，二極管激光器的應用開發(fā)主要跳出了這兩種激光光源以外的領域。這也解釋了為什么二極管激光器在早年就已經(jīng)引入了經(jīng)過改良的光束整形概念，如均質(zhì)化的矩形、方形、線性和其他幾何形狀。在這方面，二極管激光器處于領先地位。許多新的多光斑解決方案都是基于二極管激光器，例如用于汽車行業(yè)的熱鍍鋅鋼板的三光斑激光釬焊技術。
◆激光器及激光技術在美國的整體應用和市場趨勢
2016年，美國的激光市場保持穩(wěn)定的個位數(shù)增長。其原因是高功率光纖激光器強勁的銷量、準分子激光器持續(xù)增長的銷量、用于飛機發(fā)動機部件的增材制造應用的激光器銷量的增長，以及超短脈沖(USP)激光器在微加工應用領域的銷量大幅增加。此外，工業(yè)激光器是自動化材料處理系統(tǒng)的重要組成部分，并且也是符合工業(yè)4.0理念的激光光源。
北美激光市場正受到來自能源、航空航天和醫(yī)療工業(yè)部門強勁需求的推動。在美國市場上，以下行業(yè)在2016年經(jīng)歷了變化：
● 汽車行業(yè)
車身制造中的鋁焊接、遠程焊接、釬焊和切割應用持續(xù)增長。越來越多的激光手段和新型材料正被廣泛應用于美國的汽車行業(yè)：例如，高強度不銹鋼（HSSS）、新材料和碳纖維增強塑料（CFRP）的硬化/軟化工藝。由于油價下跌，許多美國汽車制造商正在停止生產(chǎn)小型汽車，而將重點轉移到多用途車輛（卡車，皮卡等）上。
就美國的小型汽車生產(chǎn)而言，這意味著一些生產(chǎn)線已遷至墨西哥，或甚至已經(jīng)停產(chǎn)。就輸出功率超過1kW的高功率二極管激光器而言，它已經(jīng)為車身制造中的某些釬焊和焊接應用創(chuàng)造了利基市場。這與高功率二極管激光器較高的電效率、緊湊性以及其與生產(chǎn)中使用的加工材料所形成的兼容性息息相關。
● 工具和模具制造業(yè)
多千瓦功率范圍的激光系統(tǒng)的另一個重要應用領域是工具和模具制造。各種大面積的表面處理應用需要越來越高的激光輸出。高性能的激光器被廣泛用于涂層、修補焊接或用于除漆等用途。
● 增材制造或3D打印
2016年，美國成為迄今為止全球最大的3D打印市場。美國在全球增材制造工藝領域占據(jù)的市場份額約為70％左右。作為航空航天行業(yè)許多公司生產(chǎn)過程中的重要組成部分，增材制造技術已經(jīng)成為不可或缺的元素。這一點對于汽車行業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)版塊也同樣如此。
此外，很多初創(chuàng)企業(yè)、大學和科研機構目前也正在積極地研究增材制造和3D打印技術的深入應用。這些研究項目正受到國家資助。越來越多的公司正在采用增材制造機器和設備。在美國，增材制造的發(fā)展趨勢是持續(xù)使用各種新型材料，如鋁、鈦、鎂和其他新合金材料。
該市場的另一個推動因素是新型粉床法的應用以及著眼于更大零部件的自由形態(tài)的幾何結構。同時，增材制造中使用金屬絲材而非粉末的趨勢也使該市場變得更為多元化。
● 固體激光器的切割應用
在美國，光纖激光器和碟片激光器在很多工業(yè)應用領域持續(xù)取代了CO2激光器。目前，大多數(shù)的新型激光系統(tǒng)都配置了固體激光器。然而，CO2激光系統(tǒng)的某些利基應用依然存在。
2016年德國激光材料加工版塊業(yè)績概述：替代型工藝下滑跡象明顯
2016年，德國地區(qū)與VDMA激光工作委員會相關的公司共生產(chǎn)的各類激光輔助制造系統(tǒng)（配置CO2、固態(tài)和二極管激光器）總額達8.78億歐元，與上一年相比下降近9％（上一年有12％的增長）。所有設備中，CO2激光系統(tǒng)版塊大幅下滑。同時，切割應用中使用的固態(tài)激光器正在抑制這種替代工藝：產(chǎn)品的前景必須基于特定的應用基礎來判斷。
2016年，德國地區(qū)激光相關產(chǎn)品的產(chǎn)值為4.68億歐元，比上年下降7％（2015年漲幅為1％），訂單總額為4.81億歐元，比2015年下降2％。這其中包括用于直接應用領域的CO2激光器、固體激光器和半導體激光器等。隨著激光加工系統(tǒng)的不斷演變，不難看出，CO2激光產(chǎn)品的產(chǎn)量有所下滑，并且持續(xù)被其它類型的激光光源所替代。
這個產(chǎn)量也包括由VDMA激光加工委員會下屬的會員企業(yè)所貢獻的各種激光二極管材料以及準分子激光器等產(chǎn)品的產(chǎn)值，2016年共計達到了2.72億歐元（同比增長5％，而上一年的增幅為11％）。當前，準分子激光器是打造微觀結構，以及實驗室和醫(yī)療工程項目的首選激光器。
國內(nèi)外訂單對總訂單量的貢獻使總銷售額呈現(xiàn)出略微受限的發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)在國內(nèi)訂單業(yè)務下滑了6%。而訂單價值幾乎翻了一番的國外訂單量占訂單總額的66%，且國外需求的漲幅為1%。
2016年，德國出口的各類激光光源產(chǎn)品的總額為3.2億歐元，降幅為7%（2015年的增幅達到11%）。產(chǎn)值的比重上升到目前69％的水平。非常引人注目的一點是亞洲市場的極大滲透力，其份額占據(jù)總出口額的54％（2015年為49%）。相比之下，歐洲和美國地區(qū)所占據(jù)的出口份額分別為33%和10%。
歐洲各國市場走勢概述
◆德國
就激光技術而言，德國是所有相關技術領域滲透率最高的市場。其需求水平仍然處于高位，但由于競爭激烈，各種激光光源（光纖激光器、碟片激光器和二極管激光器）的價格壓力繼續(xù)增加。因此，預期將會有適度增長，尤其是增材制造、微加工領域的短脈沖和超短脈沖激光器，以及新產(chǎn)品和光學解決方案的引入。
◆英國
英國退歐（BREXIT）對該國業(yè)務產(chǎn)生的主要影響是英鎊對歐元匯率下降了15％。雖然產(chǎn)品價格有所上漲，但出于此原因，一些客戶比原定計劃更早就做出了投資決策。這繼而又導致了訂單的意外增加。英國臨時性的低價出口對于某些公司來說是有益的，例如捷豹路虎。航空航天、汽車和醫(yī)療工程是目前規(guī)模最大以及相對穩(wěn)定的激光技術投資行業(yè)。
在愛爾蘭，醫(yī)療工程行業(yè)持續(xù)呈現(xiàn)增長潛力。目前，愛爾蘭約有200家醫(yī)療工程公司（包括從事藥品制造和包裝業(yè)務）。這些公司的雇員總數(shù)為2.5萬人，年出口貨物總值為72億歐元。
◆意大利
機械制造和自動化技術是該國激光光源的關鍵市場。當前激光系統(tǒng)的投資環(huán)境非常好，特別在資金激勵的支持下。預計銷售額在當前和未來的一年內(nèi)將持續(xù)保持在穩(wěn)定的高水平。
◆法國
在法國，延期至2017年3月實施的“工業(yè)激勵計劃”將幫助打造穩(wěn)定的投資環(huán)境。然而，激光材料加工領域的投資主要流向研發(fā)設施，而非生產(chǎn)作業(yè)。此外，法國激光制造業(yè)的一個重要且穩(wěn)定的增長市場仍然是航空航天產(chǎn)業(yè)。
◆斯堪的納維亞
石油的低價格對挪威的經(jīng)濟形勢產(chǎn)生重大影響。就汽車行業(yè)看，乘用車領域呈現(xiàn)上升趨勢。丹麥是全球高薪國之一，這主要歸因于該國對自動化生產(chǎn)解決方案的高需求。
◆東歐
今年，東歐市場將依舊保持積極的走勢。東歐激光技術的主要增長動力來自汽車產(chǎn)業(yè)。此外，預計增材制造領域也會呈現(xiàn)新的發(fā)展勢頭。
前景，機遇和負面影響
總體來看，未來激光產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)如下幾大核心發(fā)展趨勢：
◆趨勢1：激光技術領域受到了一股“技術熱”的推動。特別是在超短脈沖(USP)激光器和柔性系統(tǒng)領域。USP激光光源在工業(yè)應用中越來越高的接受度以及其從研發(fā)向商業(yè)應用的轉變是顯而易見的。
◆趨勢2：從CO2激光器延伸到變頻USP激光器等在內(nèi)的各種激光光源仍然維持原樣，且規(guī)模趨向于不斷擴大。
◆趨勢3：增材制造正在向批量生產(chǎn)持續(xù)演變。
◆趨勢4：商品投資的訂單量穩(wěn)定。除了幾個例外（英國，比利時等），經(jīng)濟形勢正在復蘇或顯著擴張。在東歐，來自土耳其和俄羅斯的訂單量（由于持續(xù)制裁）已經(jīng)有所減少。
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