自從1960年人類首次成功研制出激光器以來,經(jīng)過60年的發(fā)展,激光器已經(jīng)跨入了第三代的行列。第三代激光器以光纖激光器為代表,因光電轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單、光束質(zhì)量好等優(yōu)勢,目前已成為激光技術(shù)發(fā)展的主流方向和激光產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的主力軍。
另外,超快激光器提供了前所未有的極端制造與精密制造潛力,在攻克常規(guī)工藝難以實現(xiàn)的高、精、尖、硬、難等加工瓶頸方面獨樹一幟。在更快、更精、更小、更智能、非標制造等精細加工的需求推進下,以超快激光引領(lǐng)的精密加工技術(shù)在5G等生態(tài)下展現(xiàn)出巨大的發(fā)展空間。
據(jù)統(tǒng)計,2020年中國國內(nèi)激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值680億元人民幣,較上年增幅18%。當前,中國激光產(chǎn)業(yè)盡管受到國內(nèi)外經(jīng)濟大環(huán)境調(diào)整帶來的波動,激光行業(yè)的利潤有所影響,但仍以較高增長速度繼續(xù)發(fā)展。預(yù)計2021年中國國內(nèi)激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值有望達到850億元人民幣。
■中國激光產(chǎn)業(yè)盡管受到國內(nèi)外經(jīng)濟大環(huán)境調(diào)整帶來的波動,激光行業(yè)的利潤有所影響,仍以較高增長速度繼續(xù)發(fā)展
2020年國產(chǎn)光纖激光器的小功率脈沖產(chǎn)品出貨超過15萬臺、中大功率連續(xù)含脈沖5.5萬臺、超大功率(萬瓦)以上1500臺。2020年,國產(chǎn)超快激光器的銷售為1200臺左右,主要的應(yīng)用場景包括3C行業(yè)硬、脆材料加工;OLED加工、5G天線、柔性線路板、手機玻璃、攝像頭玻璃、半導(dǎo)體晶體、汽車行業(yè)玻璃厚板切割等。
2020年,從激光切割市場看,產(chǎn)值較2019年增長了15%,設(shè)備裝機量增長了40%。2020年,中國激光焊接設(shè)備行業(yè)的市場規(guī)模達到130億元,增勢迅猛。產(chǎn)值較2019年增長了20%,設(shè)備裝機量增長了15%。
隨著“智能制造2025”戰(zhàn)略的推進,激光技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越發(fā)關(guān)鍵的作用。近年來國內(nèi)激光行業(yè)取得飛速發(fā)展,市場可應(yīng)用范圍呈爆發(fā)式增長。以深圳為代表的粵港澳大灣區(qū)在消費電子、PCB、新能源、動力電池、電動電驅(qū)等重點領(lǐng)域,形成了規(guī)?;?、具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)集群。
作為高功率半導(dǎo)體激光器的一種,垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)近幾年來以其獨特的結(jié)構(gòu)特點在功耗、制造成本、集成、散熱等方面的優(yōu)勢不斷彰顯,被廣應(yīng)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域和消費電子領(lǐng)域。與邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器相比,VCSEL具有諸多工業(yè)生產(chǎn)優(yōu)勢,譬如便于制備高達上萬芯片的2D陣列,不僅可以提高輸出功率,更為設(shè)計復(fù)雜陣列排布提供可能。
多年來,外資激光器品牌得益于起步早而積累了深厚的技術(shù)基礎(chǔ),特別是在高功率激光器的穩(wěn)定性以及核心元器件的自主研發(fā)等方面具有強大優(yōu)勢。而我國激光產(chǎn)業(yè)在制造業(yè)繁榮崛起和制造強國戰(zhàn)略的大背景下,也得到了難得的發(fā)展機遇。
如今,國內(nèi)激光公司深刻改變了全球激光產(chǎn)業(yè)的競爭格局,一舉打破了國外企業(yè)在光纖激光器領(lǐng)域的壟斷,逐步實現(xiàn)了核心元器件和材料的國產(chǎn)化,使得中國也一舉成為全球較早掌握萬瓦級光纖激光器核心技術(shù)的國家。中國激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)迅速達到規(guī)模化量產(chǎn)的水平,并不斷向高功率化邁進。
激光器在實現(xiàn)中低功率國產(chǎn)化后,高功率進口替代已是必然趨勢,并顯示了較大的成長空間。光纖激光器以高效率、多用途、低維護成本的優(yōu)勢受到下游客戶的青睞,在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域逐步擠占固體激光器和氣體激光器市場。2020年,千瓦以下產(chǎn)品,國產(chǎn)占比達到95%,1kW-10kW占比70%,超大功率(10kW以上)占比超過60%,成為市場占有率高的激光器品種。
■中國激光產(chǎn)業(yè)整體市場規(guī)模(億元)
特別是光纖激光器已經(jīng)在鈑金切割應(yīng)用中成為重要工具,市場保持了穩(wěn)定增長態(tài)勢,年均復(fù)合增長率達到30%。據(jù)預(yù)測,2020年我國激光產(chǎn)業(yè)整體市場規(guī)模(含上中下游)已高達2000億元。到2024年將再次翻番,年均增長20%以上,行業(yè)紅利不斷釋放。
隨著激光加工設(shè)備中成本占比高的激光器的經(jīng)濟性不斷改善、國產(chǎn)化率逐步提升,激光產(chǎn)業(yè)的下游應(yīng)用進入壁壘將顯著下降,加之上游材料與元器件企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈延伸,下游加工設(shè)備行業(yè)競爭逐步加劇,激光器產(chǎn)業(yè)鏈還需要向高功率和超快領(lǐng)域延展,以爭取更多的細分市場賽道。不過,隨著國內(nèi)企業(yè)對于高功率激光器的持續(xù)研發(fā)投產(chǎn)以及新晉競爭者的加入,中游激光器行業(yè)競爭態(tài)勢也將加劇。
未來,激光器廠商應(yīng)當攜手在關(guān)鍵工藝和材料、元器件及系統(tǒng)集成等環(huán)節(jié)齊發(fā)力,以更好地打通產(chǎn)業(yè)鏈。重點的攻關(guān)領(lǐng)域包括大功率激光芯片、泵浦源、特種光源/光纖設(shè)計;光學(xué)器件制造和工藝、光纖種子源、激光二極管、激光晶體、脈沖調(diào)制器件、放大技術(shù),以及及電學(xué)材料和機械材料成本等方面的技術(shù)瓶頸。
激光器作為激光產(chǎn)業(yè)鏈中游環(huán)節(jié)和激光設(shè)備核心部件,意義重大。無論是激光器的技術(shù)進步與新應(yīng)用的突破,還是激光器成本的下降并提升下游激光設(shè)備的經(jīng)濟性,都將推動激光在更多新場景下的應(yīng)用。
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