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为何发展高端激光器核心技术成当务之急?

时间: 2019-06-08 作者:唐霞辉 来源:激光超市 阅读: 198 次

激光制造是中国制造2025发展战略的支撑技术。世界已迈入创新全球化时代,人才、技术、资本等创新要素在全球范围加速流动。新一轮科技革命和产业变革加速兴起,新产业、新业态、新技术、新模式层出不穷,发达国家出台了“工业4.0”、工业互联网等一系列国家战略,抢占新兴产业发展制高点。如今,激光制造广泛应用于机械、汽车、航空、钢铁、造船、电子制造、军工等多个行业应用领域。

◆◆高端激光器核心技术◆◆

发展高端激光器核心技术成为当务之急,高亮度高功率半导体激光器、光纤激光是目前世界最新一代工业和军用激光器之一,近几年来年平均增长率超过35%,潜力巨大。

高功率半导体激光器芯片是激光器名副其实的“心脏”。以976 nm高功率半导体激光器作为抽运,是万瓦级大功率激光器急需解决的重点问题,发展新一代高功率、高稳定性、窄线宽、波长稳定的半导体激光芯片以及万瓦级高亮度直接半导体激光器,能够打破国外关键技术封锁,提升我国激光产业整体水平及核心竞争力。

光纤激光器在民用和军事需求急迫。美国IPG光子通过同带抽运技术实现单纤单模输出一万瓦。美军正在紧锣密鼓地用光纤激光器替代传统的化学激光器用于机载、舰载和车载等激光武器系统。为了满足市场对万瓦级民用和军用光纤激光器的需求,亟需立项进行攻关。

超快激光器是决定未来精密微细制造的关键。超快激光是精密激光制造与精细增材制造的核心光源之一,广泛用于3C电子、显示面板、太阳能电池、集成电路制造等行业。高功率超快激光器因其兼具高平均功率、高峰值功率等性能特点,使其非常适合于高硬度、高强度、高脆性的材料精密加工。这对航空发动机、半导体芯片制造、工业精密加工、军事致盲白激光、科学研究等重要领域均有重大应用价值。研制工业级千瓦飞秒激光器产品,对于提升我国高端智能制造产业水平具有重要意义。

激光智能装备应用将覆盖航空航天、船舶制造、海洋工程设备、石油石化、国防等领域的大型装备制造,包括精密钻孔、刻线、表面改性、清洗、增材制造等工艺,航空发动机涡轮叶片激光打孔设备、航天航空钛合金大型舱段、高温钛合金轻量化结构承力耐高温长航时构件对激光加工装备需求很大。超快激光精密微细加工重点满足电子工业需求,中国LED行业规模达到2757亿元,同比增长31%。半导体芯片和LED市场的良好发展态势将刺激激光精密微细加工装备市场需求。集成电路准分子激光光刻机等高端装备已占据重要地位。

◆◆中国激光产业发展动态◆◆

全球智能制造产业迅猛增长,激光技术已经成为一种不可或缺的支撑技术,2018年全球激光产业1000亿美元,年增长约7.1%。光纤激光器已成为激光技术发展主流方向和激光产业应用主力军。

1、国内整体发展动态

目前中国激光器全产业链市场的规模大约为800亿元。规模企业200多家、科研单位50多家。其中华南、华中和华东三大地区制造业发达,自然成为了激光加工的重点地域市场。西北、西南两大区域,激光器产业发展迅速。光纤激光器已经是工业激光市场中绝对的主力。目前已有十多位国家千人计划专家从事这一领域的研发和产业化工作。

国内代表性企业如锐科激光、创鑫激光等成功研制出中高功率光纤激光器,2018年国产小功率光纤激光器出货量9万台,已经占据超85%的中国市场。国产2 kW的光纤激光器已有450台投入应用,其中近60台6 kW高功率光纤激光器已投入市场。国产的中功率光纤激光器年销售量逾9000台。

光纤激光器应用于激光切割系统在近两年出现爆发式增长,2018年飞涨20000多台。2018年大族激光高功率激光装备年装机超过1000台,切割机达到1.5万瓦,焊接机达到2万瓦。国产光源的6 kW激光切割机,已销售近400台,激光装备正在从数字自动化向智能化发展。

2018年国产紫外激光器销售量超过1万台,其中华日激光紫外激光器产量近4000台。随着中国大力推进集成电路产业发展,用于印刷电路板和消费电子产品的微加工系统销量大幅增长给紫外激光器带来更广阔的市场空间。

国内新能源电池焊接市场,2018年我国新能源汽车销售量达55万辆,联赢激光、大族激光、逸飞激光、光大激光、海目星等企业贡献了不错的业绩增长。据预测,2020年锂电设备的市场规模约为522-671亿元,动力电池焊接用激光器的市场规模预计可达70-90亿元。

2、国内主要激光企业

(1)深圳大族激光2018年实现营业收入110亿元,其中大功率激光业务实现收入23亿元,同比增长26.14%,基本符合当前激光切割装备市场的整体成长速度。主要产品在消费类电子、新能源、大功率以及PCB设备需求旺盛,公司产品订单较上年同期大幅增长。2017年1月10日,大族激光成功收购江苏金帆展宇新能源科技有限公司。金帆展宇是一家专业从事锂离子电池生产设备企业。

(2)武汉华工激光是激光设备及等离子切割设备制造商,也是华工科技产业股份有限公司旗下核心子公司。华工科技2018年营收52.33亿元,其中激光加工设备收入17.78亿元,精密激光系统事业群在3C消费电子、PCB/FPC、脆性材料、新能源等行业销售增长40%。近年来,公司积极布局汽车轻量化焊接系统、新能源汽车电子领域,形成了独特的优势。“汽车白车身焊接”项目获国家科技进步一等奖,顺利实施国内首条全铝车身激光自动化焊接生产线。汽车零部件激光加工设备中自动化及焊接产线增长最快,中标国际知名汽车公司的动力电池托盘项目,成为全球第一条高端铝合金电池托盘项目。目前,华工激光占国内汽车白车身在线焊接业务近90%的市场份额。

(3)武汉锐科激光成立于2007年,在国内首先实现了光纤激光器的国产化和产业化,拥有多项世界领先的专利技术,拥有三位“千人计划”国家特聘专家。产品从10 W到100 W脉冲,5 W到30000 W连续两大系列,先后研制了国内第一台1kW、第一台2 kW、第一台4 kW和第一台10 kw光纤激光器,打破了国外少数厂商在光纤激光器对我国的技术封锁和价格垄断,2018年锐科激光光纤激光器占有国内市场的17.3%。公司于2018年6月上市,2018年全年公司营业收入近15亿元,同比增长53.63%,成为国内激光上市公司里成长性最高的一家。其中,连续光纤激光器占营业收入比重为76%。在中低功率产品销量稳步增长的同时,高功率产品销量快速增长。在3300 W上实现客户和销售数量的大幅增长,单品销量为去年全年两倍;6 kW、10 kW产品实现批量销售。

(4)中意合资上海团结普瑞玛激光设备有限公司,由中意两国著名的激光设备制造商合资组建而成。合资后,在短短几年内,通过高密度的技术创新,经营业绩逐年攀升,连续四年在销售产值、全员劳动生产率、市场占有率等方面居国内领先地位。大功率激光切割机的国内市场占有率超过50%,成为中国大功率激光切割及焊接装备企业。

(5) 深圳光韵达作为国内激光加工应用领域的上市公司,在精密激光加工探索上有很多经验和成熟的工艺。2018年实现营业收入5.8亿元,同比增长13.04%,PCB业务增长不明显。按行业分,SMT类仍然占据公司业绩近一半,拓展了三维打印成型,与美国Photonics Industries公司合资在东莞成立了富通尼激光科技有限公司,供应纳秒紫外、绿光,以及皮秒级激光器产品。

(6)福晶科技是国内从事激光晶体研发生产规模较大的企业,2018年全年营收4.9亿元,同比增长8.29%,出口营业收入占比超过50%,而目前中美贸易战、以及前几个月人民币汇率贬值,都对福晶科技的经营环境带来负面影响。

(7)武汉楚天激光(集团)股份有限公司成立于1993年,公司已成为亚洲一大激光医疗美容仪器专业制造企业和整体解决方案提供商,包括大功率气体激光切割机、能量电池激光焊接机、专用激光焊接机系列;激光治疗系统(泌尿激光治疗系统、皮肤类产品激/强光治疗系统);激光创意文化产品。

(8) 联赢激光是国内专业从事激光焊接的龙头企业,该公司大部分业绩来源于新能源装备需求,也是目前国内做新能源激光加工设备规模最大的企业。联赢激光业绩从2015年的2.66亿元增长到2018年的9.81亿元。2018年增速下降,主要是来自动力电池行业洗牌的影响。

(9)武汉帝尔激光是国内从事激光精密加工的代表性企业之一,凭借在太阳能电池细分市场上不错的工艺和设备,近三年迅速发展,是国内太阳能电池激光设备的领导企业。2018年营业收入超3亿元,公司PERC高效太阳能电池订单持续增长,新研发成功SE设备,也表现出强劲的市场需求和增长趋势。2019年5月18日在深交所A股上市。

(10)山东济南邦德激光是近三年迅速崛起的切割装备企业,公司2018年实现营收7.89亿元,同比增长68.98%。

(11)武汉凌云光电科技有限责任公司成立于2001年,专业从事应用于先进3C电子产品制造的激光精细加工设备和医疗设备研发、生产激光剥线、激光软钎焊、激光微熔焊、激光固化、激光精细标记、精细切割、膜层去除等。

(12)华日激光专注中小功率固体激光器、绿光激光器、紫外激光器、皮秒激光、飞秒激光器。

(13)安扬激光主导产品超连续谱光源、超连续谱激光器、皮秒光纤激光器、超短脉冲光纤激光器、全固态激光器。

(14)新特光电专注激光配件(激光电源、打标头、打标软件、声光器件等)和激光器(紫外激光器、绿光激光器等),并打造激光行业公共服务平台(侨邑科技孵化器、激光超市等)。

作者简介:唐霞辉 教授 华中科技大学激光加工国家工程研究中心

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