“中国制造2025”将助力中国加强制造业创新，促进产业转型升级，成为“高科技天堂”——美国《福布斯》杂志、西班牙《世界报》等海外媒体日前这样评价中国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。

制造业是国民经济的主体，是科技创新的主战场，是立国之本、兴国之器、强国之基。2015年出台的“中国制造2025”持续引起海外制造业专家和舆论的普遍关注。专家认为，“中国制造2025”为中国制造业发展和产业升级指明了道路和方向。
 

创新促进产业升级
 

当前，中国正处于经济结构调整转型升级的关键期，而“中国制造2025”则是助力中国经济转型、迈向创新社会的重要举措。“中国制造2025”指出，要把结构调整作为建设制造强国的关键环节，大力发展先进制造业，改造提升传统产业。
 

《福布斯》杂志网站日前刊文说，“中国制造2025”表明中国正在推进创新，加快产业升级步伐。中国需要通过创新在全球发展中保持竞争优势，立于不败之地。

澳大利亚罗伊国际问题研究所研究员蔡源说，中国经济现在正处于转型阶段，传统制造业的优势正逐渐降低，水、电、土地等生产资料成本上升，人工成本也不断攀升，这促使中国制造业必须升级。
 

近年来，中国传统产业与互联网融合发展明显提速，促使智能制造水平持续提升，一批核心技术装备研发应用取得新突破，为传统产业转型升级提供了强大动力。

蔡源说，中国有一些产业，包括轨道交通装备、通信、电力装备等已经具有很强的国际竞争力。以通信产业为例，以华为、中兴为代表的中国企业具有很强的市场竞争力，已经进入发达国家市场。
 

英国诺森比亚大学纽卡斯尔商学院终身讲席教授熊榆说，中国引进或借鉴其他国家的一些技术或创新，在经过中国市场培育后，又催生了创新和变革，进而形成了世界性的影响力。
 

目标瞄准新兴产业
 

在信息化浪潮下，工业化发展面临诸多挑战。“中国制造2025”围绕实现制造强国的战略目标，明确了9项战略任务和重点，在推动传统产业转型升级的同时，瞄准全球新一轮产业发展方向，促进传统产业与3D打印、机器人、人工智能等新兴产业紧密结合。
 

英国《金融时报》刊文说，中国企业正开始主导过去30年来一直由韩国和日本制造商引领的锂离子电池行业。随着环保观念深入人心以及汽车制造商加大对电动车的投入，锂离子电池生产至少在未来10年内会是一项重要技术。
 

研究机构基准矿业情报总经理西蒙·穆尔斯在接受新华社记者专访时表示，在全球电动车市场中，从小型电动自行车到大型纯电动汽车都在快速发展，中国锂离子电池行业正在占据世界领先地位。
 

据基准矿业情报测算，2020年中国锂离子电池生产能力将占全球的62%，美国和韩国分别占22%和13%。
 

此外，作为“中国制造2025”重点发展领域之一，在新旧动能转换之际，机器人产业成为新亮点之一。工信部数据显示，2016年中国工业机器人产量已经达到7.24万台，同比增长34.3%。目前已建成和在建的机器人产业园区超过40个，机器人企业数量超过800家。
 

熊榆说，中国同时具备庞大内需和科技实力，推动结合人工智能、大数据、互联网的制造业革新是中国制造业发展的大方向。
 

国家推动长远发展
 

“中国制造2025”针对全球传统和新兴产业发展趋势，结合不同产业发展现状，合理制定了逐步提升制造业的方案，使中国在全球各产业的价值链地位全面提升。

专家认为，产业升级是中国经济发展的必要行动，要想确保持续竞争力，还需要国家财政支持和不断的科技研发。埃及埃中商业理事会副主席穆斯塔法·易卜拉欣表示，产业升级不能单纯依靠商业利益驱动，还需要国家从远期规划和财政两方面提供指导和支持。
 

为完成目标任务，“中国制造2025”提出了完善金融扶持政策、加大财税政策支持力度等8个方面的战略支撑和保障。
 

中国人民银行等五部门日前公布《关于金融支持制造强国建设的指导意见》，旨在围绕“中国制造2025”重点领域和关键任务，着力加强对制造业科技创新、转型升级的金融支持。
 

西班牙《世界报》报道，中国希望到2025年成为知识密集型产业中最具活力的“高科技天堂”，雄厚的资金投入无疑将使很多中国企业在世界经济秩序中占据优势。

中德“工业4.0”联盟执委会副主席罗家福说，德国“工业4.0”与“中国制造2025”有类似之处，政府都在其中发挥引导和扶持作用。中国企业只要有创新能力和高质量的产品，就会提升自身在全球经济中的地位。

尽管切割速度更快，生产率更高的应用于金属2D切割的高功率固态激光器让大多数金属制造商感到振奋，但要控制和操纵好这类激光器的功率依然颇费周章。机床生产商不断推出更高功率的激光器。但为了充分发挥这一优势，他们需要设计出能满足激光器苛刻要求的系统。机器本身必须能够控制用这种高功率切割时所存在的变化，以确保加工不仅速度快，而且可靠，以便制造商可以充分发挥这种激光器的性能。

固态激光器的基本原理

为了理解固态激光器——有时在机床车间也被称作为“光纤”激光器，让我们先从最基础的知识开始：这其中包括其与二氧化碳激光器技术相比所呈现的差异，以及如何正确描述各种不同形态的固态激光器等等。对机床应用来说，波长为10.6μm的颇具可靠性的二氧化碳激光器是过去几十年间的首选方案。二氧化碳是用于形成激光束的两种常用气体之一，另外的气体是氦气与氮气。这些气体在振荡器内保持活跃并起到作用，直到最终被消耗掉。与此相对，固态激光器技术则使用固体元件（通常是YAG或掺杂了稀土的玻璃晶体），以同样的方式产生激光束。不同的固态激光器光源（如碟片型、光纤型、或棒型）是根据作为掺杂剂载体的晶体形状来定义的。机床生产商可购得的两种被讨论最多的固态激光器技术，即碟片激光器和光纤激光器，产生的光束均为1μm。从最基本的意义上看，两者的区别在于，其中一个光源的活跃部件像一只小碟片，而另一种是用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。

固态激光技术在（2D、3D和圆形）钣金切割中得到了广泛的应用，因为1μm激光束潜在的能量密度要远高于二氧化碳激光器。这是由最小的焦斑直径以及材料对光束波长吸收性更好所产生的结果。用户从这类激光器得到的好处通常是能够以非常快的速度切割门类广泛的金属，包括黄铜、青铜和更容易形成等离子体的特殊材料。

攻克挑战

尽管固态激光器速度更快，使用更简单，但这种技术也面临着自身的难题和挑战。由于2D激光器的平均切口宽度非常窄，通过切口的辅助气体流量非常小，从而使得材料从切口中射出比较困难。因此这种技术通常用于加工薄型材料。这与钣金加工行业对功率越来越大的激光器的需求相反。因为高产量可以直接转化为更高速的切割、更厚的材料加工能力以及更好的边缘质量。德国通快（TRUMPF）集团通过研发BrightLine光纤技术打破了这个局限。该技术可以提供一种非常小、另一种非常大的两种极为不同的光束直径控制范围。通过瞄准来简单控制激光束直径不是一个充分的解决方案，因此这种光纤技术对任何寻求在全天的加工任务中能灵活加工全系列材料类型和厚度的工厂来说，特别受青睐。

图1： 在采用配置了BrightLine 光纤技术的TruLaser 5030 光纤激光机上， 使用8kW的TruDisk激光器切割1 英寸碳钢。

随着市场对钣金加工用固态激光器需求的增加，以及BrightLine Fiber专利技术极大扩展了材料加工的效率，人们将目光转向了功率更高、特别是6-8kW范围的激光器（图1）。这种高功率在CO2激光平台并不常见。功率的提高对薄质材料的实际影响很小，因为很少有部件会采用非常长的线性切割。因此，每分钟达上千英寸的潜在切割速度是不太可能实现的。

切割中等厚度的材料（如11或7Ga的碳钢）时，产量的提升最显著。在这个厚度范围内，固态激光器的切割速度要比CO2激光器快好多倍，但依然不足以达到潜在最高的切割速度。对于那些购买新的高功率激光器的企业而言，最大的希望和突破可能是使用氮气切割0.25 英寸的碳钢（图2）。尽管CO2激光器能够提供良好的切割质量，但如果要用到大量的氮气，其速度就不够快到足以盈利的水平。

图2：激光2D 切割的最大突破是用氮气通过通快的8kW TruDisk 激光器和BrightLine 光纤技术切割0.25 英寸厚的碳钢。

同时，功率水平这么高的固态激光器足以为客户带来无毛刺的边缘质量，但更重要的是，还可以提高速度。特别是当功率达到8kW 时，从生产能力与氮气耗用量之比来看，熔融切割的优势明显，切割0.25英寸的碳钢时，可以获得光洁平滑的边缘，涂布前不需要清洁，因此有望实现盈利。

但功率的增长需要额外的成本。为了说明这些限制因素，可举几个例子。试考虑设备本身的动态状况以及传输部件所需的巨大的能量密度。如上所述，每分钟切割数千英寸是一件令人赞叹的事，但如果给切割头定位的运动单元太重，不能准确而稳定地将机器加速至最高速度，那么它就没有价值。人们可能会期望机床制造商安装更大、更强的驱动元件，但事情并非如此简单。如果不显著降低运动单元的重量，被切割部件的几何形状的精度就会受到影响，并且施加到运动单元和机架上的大量的惯性会在加速时造成部件扭曲，从而使驱动元件受到磨损。

有了光束传输部件， 一旦达到高的功率（如6kW或8kW），切割头中对焦镜头的能量密度足够高，以至于实际对焦点开始在那些足够长的切口上移动，从而确保激光束呈满功率激活状态。这造成了一个很大的挑战，因为切割过程可能会不稳定，除非有现成的元件可以积极地监测这些可变因素。

高功率激光器的集成

因而需要探索能够将高功率激光器成功集成于平台式机床上的方法。为此，我们将以配有8kW TruDisk光纤激光器（图3）的通快TruLaser 5030光纤激光机为例。在开发这个平台时，利用了可用于激光焊接的先进连接技术，以增加部件强度、刚度，并实现大幅减重的设计。通过减轻质量，并提供动态性能更高的架构，激光焊接工艺在TruLaser 5030光纤激光机上实现了更快、更强的驱动。驱动装置现在可以通过切割工艺，以极高的速率加速，这个被称为“急速拉伸”的加速速率是当今市场上任何其它解决方案所不能匹敌的。这也是影响钣金2D切割等常见轮廓密集型部件切割应用的最大因素。

图3：通快TruDisk 碟片激光器的腔体

现在，机床制造商以及终端产品制造商有能力掌控6kW或8kW激光器的性能，不会在运动单元与框架之间造成冲突，从而避免引发后续的各种不稳定因素。

尽管仅通过创新的焊接工艺和聪明的工程制造可以打破驱动部件的局限，但对切割单元焦点偏移的控制则更具挑战。像通快这样的垂直整合企业的优势在于有能力控制整个工艺环节，包括激光光束的形成、与激光器及光学器件的连接到光学器件本身。例如，TruLaser 5030 fiber光纤型激光切割机的光学器件内就包含光传感器。这个光传感器系特别为机器的一系列平台打造，以主动监测焦斑直径以及激光束模式。这将确保6kW或8kW激光器的焦点漂移因素得到考虑，并能在切割过程中主动调节焦点的位置。如果没有这项技术，制造商几乎不可能切割各种不同几何形状和厚度的部件，特别在自动化环境中更是如此。

即便现在可以向制造商提供多种激光功率，市场的趋势依然是希望激光加工中有更多选择。为满足这些要求，那些能迅速对更高的功率需求做出适当反应的制造商将会向市场引入新的创新技术。

概要：报告认为，2017年预计我国机器人市场规模将达到62.8亿美元。当前，机器人领域的龙头企业都将目光聚焦到市场增长迅速的中国。

《2017中国机器人产业发展报告》是中国电子学会机器人产业研究的最新成果，报告深度解析我国各区域机器人产业发展水平，对国内外机器人技术与产业发展态势进行比较分析，以工业机器人、服务机器人和特种机器三大领域作为主要对象分别进行分析。

报告认为，2017年预计我国机器人市场规模将达到62.8亿美元。当前，机器人领域的龙头企业都将目光聚焦到市场增长迅速的中国。具体来说，长三角地区在我国机器人产业发展中基础最雄厚，较其他区域领先优势显著，珠三角地区、京津冀地区产业逐步发展壮大，东北地区虽具有机器人产业先发优势。

2016年全球光纤激光器市场突破百亿，中国市场占47亿元。
    2016年全球及国内激光产业销售都呈现了良好的增长，金属加工与非金属材料加工都全面开花了，切割、焊接、清洗、钻孔等应用已经越来越得到人们认可。目前，光纤激光器已普遍为人们所认识，随着光纤激光器技术的不断突破以及采购成本的下降，特别是在国产光纤激光器和国内加工机器集成商的推动下，批量使用已经明显上来了，各种应用开发也是层出不穷，市场空间逐渐被挖掘出来。光纤激光器的出现，可算是过去10年里激光加工技术的最大的革命，若干年后回看2007-2016这十年，就会发现这是激光产业发展的一个里程碑阶段。在2014年，光纤激光器超越了CO2激光器成为最大份额的激光源，而到2016年光纤激光器所占全球激光器份额近50%。

全球光纤激光器产业发展
    IPG一直是全球光纤激光器的领头羊，长期占据了约70%的份额。IPG公司创始人来自俄罗斯，目前总部设在美国，在高科技制造业领域，像IPG那样持续多年得到高速成长的公司，是非常少见的，这主要是得益于光纤激光加工的高速增长，以及该公司在这个领域的技术垄断与市场影响力。过去三年IPG公司基本上以每年增加1亿美元销售额发展，2016年IPG的年度业绩达10.062亿美元，同比增长25%，核算人民币约69.33亿元，与国内激光领头羊大族激光全年业绩69亿元相当。IPG公司的业绩里，亚洲市场的贡献是最大的，从IPG(北京)公布的一些地区发展看，有近50%(即5亿美元)的销售额是来自亚洲市场，其中中国市场占据了3.5亿美元(人民币约24亿元)。这是由于亚洲承载了全球大部分的加工制造业，材料加工的市场空间是不言而喻的。有一点必须提的是，IPG公司在2016年毛利率达54.9%，是全球最赚钱的激光公司，这样是利润率是国内公司远远无法企及的。
    几年前国内外各个光纤激光器厂家雨后春笋地出现，竞争日益加剧，特别是在门槛较低的脉冲级激光器，而过去三年这个领域的发展有了新的变化：激光器巨头Rofin依靠光纤激光器带动，刚看到一年的发展起色就被Coherent收购了；英国的光纤激光器厂家JK Lasers被同是英国的SPI并购；以色列另一公司V-GEN被Newport收购，然而令人意外的是Newport也被MKS收购了；依靠南安普顿大学起家的超快光纤激光器公司Fianium被NKT并购。原来欧美主要的10多家光纤激光器公司经过行业整合后，主要活跃者包括：IPG光子，Coherent, SPI, NKT, nLight,其他公司如Jenoptik, JDSU,以及韩国EO公司，虽然有在中国发展光纤激光器业务，然后目前所占份额仍然不算大。
    几年前，笔者写过一篇《国内光纤激光器发展将迎来“黄金十年”》，当年(2013)全球光纤激光器市场规模为8亿美元。预测到2016年，这一数据将增加到15亿美元。目前回看预测基本准确，去年(2016)全球的光纤激光器市场格局基本没有太多变化，IPG公司行业地位仍然无法撼动。全年光纤激光器销售额达15亿美元，核算人民币突破100亿元。2017年这样的发展步伐似乎没有放缓的迹象，深圳加快发展了，笔者预测今年结束后，全球光纤激光器的销售额超过120亿元，其中有至少7亿元的增加值是来自中国本土公司的贡献。

(来源：Laser Manufacture News)

这样的高速成长还能维持多久？对未来的预测总是很有难度的。目前看，各个激光器件商、机器集成商都在竞争，这是各个行业内都存在的现象，大方向看，全球工业激光加工的市场潜力还未被完全发现，这个产业就能够继续成长，笔者认为，全球光纤激光器产业格局处于一个相对稳定发展状态，至2020年以前每年可以维持20%-25%的速度增长，届时全球光纤激光器产值超过24亿美元。
中国光纤激光器市场格局
    目前国内的光纤激光器市场的竞争已经白热化，IPG, 罗芬、恩耐、业纳、SPI等外国品牌仍然占据了国内大部分市场份额，粗略估算约有30亿人民币的销售额，占据国内光纤激光器市场的三分之二，其中IPG一家就超过24亿元。
    本土的大小品牌有二十多家，在与外国品牌的激烈竞争中，不断创新突破，寻找合适的细分市场，谋求继续发展。国内光纤激光器主要供应商包括锐科激光、创鑫激光，业绩均在4亿元以上，形成行业发展双龙头；杰普特凭借MOPA激光器巩固了自己的行业地位，联品激光与中科光汇发展迅速，其中中科光汇在连续激光器方面已有6KW的产品。其它品牌包括上海飞博、武汉安扬、国神光电、46所、东方锐镭、欧泰激光等都发展不错。
    据统计，2016年中外激光公司在国内光纤激光器总销售额约47亿元，其中IPG 24亿元，锐科与创鑫均大于4亿元，杰普特约3亿元。

(来源：Laser Manufacture News)

光纤激光器的快速发展，吸引了更多的参与者，包括上市公司昂纳光通信、光库科技跨界进来，另外行内本来做CO2激光器的科威晶、做激光焊接机的联赢也相继开发了光纤激光器产品。一些依靠国家科研机构孵化的新公司也陆续出现，包括上海飞博激光(上海光机所)，北京东方锐镭(电科53所)，天津瑞晟先发激光(南京理工大学)等。
光纤激光器发展趋势预测
    纳秒脉冲光纤激光器技术已经非常成熟，市场也是发展最充分的，2016年国内出货量在8万台以上，主要是用于光纤激光打标应用。这部分竞争也是最激烈的，拼价格尤其厉害，单台激光器价格从原来七八万，直降至五万，如今有的低至2万左右。出货量的增加，同时价格大幅下降，导致整体销售额增长并不算很大，而且厂商的利润空间被大大压缩了。随着未来技术发展，市场的出路很大可能是皮秒光纤激光器。目前已有一些厂商抢先去做这方面的工作，包括武汉安扬激光、上海国神光电等。皮秒级的激光器在加工速度、质量与热影响等都优于纳秒激光器，目前还未出现一个大批量应用，然而一旦遇到一个应用的突破点，其市场需求将会进一步体现出来。
    中等功率光纤激光器(500-1500瓦)是过去两年里发展的一个主力。在一些金属薄板切割、厨具、五金器件等行业应用量较大，另外，一些非金属材料的加工也带动了中功率光纤激光器的需求。国内的一些集成商设备出货量也迅速增加，宏山激光、大鹏激光、力星激光、粤铭、迪能等厂家的行情非常不错。
    高功率光纤激光切割(2000瓦以上)在过去几年有一段时间是增长迟滞的，当时受到整体机床加工下滑的影响，但目前已经进入良性增长，并且随着技术的突破，更高功率的切割机的推出，一些重工业、装备制造业等领域的需求将会显现。在2016年包括大族激光、华工法利莱、奔腾激光、迅镭激光等在内的几家领先的切割机设备商率先推出了8KW的光纤激光切割机，提前布局市场。
新的应用潜力
    其它具有应用潜力的还包括激光清洗、激光焊接。2016年起，激光清洗是一个市场应用的亮点。其实在若干年前中国工程物理研究院激光聚变中心就有相关的研究，目前激光清洗进入了产业应用，包括铭镭激光、和骏激光、武钢华工等已经推出了激光清洗设备。在不久前的上海光博会上，笔者走访了多家光纤激光器厂家，并与负责人交流，他们无一不对激光清洗市场充满期待，包括IPG、锐科激光、创鑫激光、海富光子等企业已经推出了用于激光清洗的光纤激光器。在今年3月上海慕尼黑光电展，锐科激光展出了百瓦级的高频脉冲光纤激光器，可很好地用于激光清洗，公司负责人称：相对于以往一些清洗方法，激光清洗不产生大量污水、废气，在金属零部件除锈、表面喷涂翻新、航空航天、海工装备、模具处理等将会有巨大的应用潜力。
    激光切割是一种开料方式，工艺上相对简单，而激光焊接则稍复杂，因此在一些工艺上并未完全开发成熟，以往这些年激光焊接市场尚未大规模提升。这两年光纤激光焊接市场取得明显发展，一方面是光纤激光器的成本下降，另一方面是锂电池、铝铜的材料焊接需求大幅增加。就激光焊接而言，对于光源的应用有一定的区分度，YAG激光焊是发展最长，比较成熟的，只是YAG激光器能量转化率低。目前新兴的光纤激光与半导体激光焊接，得到越来越多的关注。根据不同的应用，光纤激光与半导体激光都各有优势，比如塑料焊接与锡焊，对功率的要求不是太高，而对光斑的精细度要求并不高，因此半导体激光器有成本与光斑尺寸的优势，可以很好应用。而在做铝铜的高反材料加工时，由于对光束的吸收率比较低，要达到要求的焊接深度，总功率要很高才可以，那么光纤激光器则可以发挥作用。
    目前所探讨的激光应用，基本上是基于工业生产领域的，那么下一步激光市场的蓝海，将会出现在工业以外的行业，比如娱乐(激光电视、激光投影)、交通(激光雷达)、环保(激光检测检验)、健康与医疗等。（本文来源：Laser Manufacture News）

原文链接：http://www.laserfair.com/laserxueyuan/show/909/

市场风云涌

超快激光微加工是目前激光先进制造产业公认的热点。

专门研究光子与激光行业发展趋势的Strategies Unlimited公司预测，到2019年超快激光器市场总额将超过14亿美元，超快激光市场增长速度是整个激光市场增长速度的两倍。

其中飞秒激光器增长速率大于皮秒激光器，两者之间的差价正在缩小，飞秒激光将应用在之前考虑成本因素皮秒激光应用过的领域里，在成本变化不大的基础上进一步提高加工的质量。

从产业链延伸角度，超快激光产业应该这样看，由10亿元产值的激光器，挑动50亿元产值的激光加工系统，再挑动500亿元产值的应用领域，因此到2020年超快激光产业链规模可达到700亿美元以上的规模。

早在2010年，美国Raydiance公司（2015年被Coherent收购）总裁Scott Davidson预测在10年内，超快激光技术将拥有超过1000亿美元的市场，如今他的预测正在成为现实。

国内外从事超快激光器件制造以及超快激光微加工系统的公司如雨后春笋般建立，纷纷抢占超快激光微加工这一新兴市场。

虽然国内外研发超快激光器件的公司已有多家，但正如Strategies Unlimited首席分析师Tom Hausken博士认为“…更多的价值，即显著的收入和利润，不是来自激光器，而是围绕激光器建立起来的系统。因此，这里存在着很多机会…”。

目前，围绕着超快激光产业的国内外并购迭起，各大激光以及光电产业巨头纷纷布局，围绕超快激光产业链企业实行并购，最近五年近二十起并购已经实施，你方唱罢我登场，未来几年，人们还将看到更多的并购。

产研态正酣

经过近30年的研发，超快激光的非热、冷加工属性开始为人们所钟爱，适用于一些其他加工方法无法实现的高精度、复杂形状元器件的加工。

对于超硬材料、易碎材料、高熔点材料、易爆材料的加工，更具有其他加工方法所无法企及的优势。

超快激光微加工的主要思想是利用超快激光脉冲聚焦的“焦点”与物质发生非线性相互作用，最小可在亚波长至纳米的尺度诱导光物理、光化学变化而使局部材料特性发生改变，通过计算机图案生成和“焦点”扫描、多光束干涉以及自相干等方式，实现微结构、微器件制备。

图1 超快激光切割碳化硅（左）钻孔柔性陶瓷（中）切割蓝宝石（右）

超快激光微加工优点如下：

（1）适用材料广谱、尤其难加工材料。超快激光束的光子能量在时间上高度集中，被聚焦后的功率密度能达到很高的数值，使用普通的商用超快激光就可以轻而易举地诱导几乎任何材料的分子价键断裂和原子电离，由此造成的相变等不可逆转的物态、物性变化为超快激光材料加工提供了物理基础。

由于强度高，超快激光加工具有材料广谱性，对象包括金刚石、蓝宝石、玻璃、半导体、金属、陶瓷和高分子等各种材料。

（2）加工精度高，适用于三维复杂结构制备。由于非线性吸收过程如多光子吸收的吸收截面非常小，光激发被拘囿在焦点附近极小的区域内；

另外，由于激发过程超快，避免了热弛豫，从而使超快激发成为一个准绝热过程，而且光作为一种电磁波不同于实物粒子波，可以穿透透明材料，从其内部进行加工。

这些保证了超快激光加工具有很高的三维加工分辨率，甚至超越光学衍射极限，达到纳米量级。

图2 超快激光在不同材料上加工的微纳米结构

（3）非掩模技术，适合非平面加工。超快激光微加工通过计算机程序控制，按照待加工结构的图样进行三维扫描来实现。

图样定义不需要掩模版辅助，是一种非掩模微纳米加工技术。脱离了掩模版的束缚，激光焦点可以沿光学表面进行保形扫描，在非平表面衬底上制备微结构。

目前，超快激光微加工已经在消费电子、生物医疗、航空航天、信息技术、新能源、新材料等产业得到应用。

加工工艺包括钻孔、刻线、划槽、表面纹理化、表面改性、内部改性、焊接、修整、清洗等。

围绕着这些加工工艺，超快激光产业链相关企业以及科研院所正在研发性能更加稳定、成本更加低廉的超快激光器件、光束时空整形传输技术、结合材料性能的最优加工该工艺以及与智能制造结合的控制技术等。

图3  超快激光微加工产业应用领域

谁窥此中道

让时光回溯到1980-1990年代，那时各国科学家们在实验室里精心地设计、调节着超快激光传输、聚焦的光路，尝试着对各种材料进行辐照，以期待有所发现的时候（他们确实发现了大量异于常态的现象），他们不会想到二三十年后超快激光已经走进了消费电子产品工厂的加工车间，走进了进行精准眼科手术的医院，走进了高精尖元器件制造的关键一环。

如今，世界上很多人开始依赖超快激光，因为它们能够实现许多常规手段无法企及的工作。

虽然这边从事超快激光与材料相互作用的科学先驱们仍在痴迷于一些尚不确定的反应机理及物性变化，那边企业家们已迫不及待的希望超快激光能够给他们创造新的高附加价值；

工程师们热情地用他们手中的利器对工件进行精雕细琢，希望将功能发挥到极致；

投资商们嗅觉敏锐，已知春江水暖，翘首以盼着这一新兴技术所能撬动的资本收益。

正所谓：

瞬渺镭丝载波行，

雕微琢纳尘烟轻。

多维齐聚机巧现，

卅年苦甘今朝明。

当为冷眼观

虽然超快激光微加工具有无限美好的发展情景，但应该看到，目前成熟的超快激光市场应用领域还十分有限，随着大量的公司涌入以及资本的追捧，必将造成初期的产业过热，也会迎来产业发展的瓶颈期甚至短时的低潮。

 图4  超快激光在玻璃内部制备的荧光二维码

但在不久的将来，伴随着更多应用领域的开发，更加广阔的市场必将涌现，超快激光微加工也将长期蓬勃发展。

相比于电子、半导体等行业，激光器行业的规模较小，2016 年全球激光器的市场规模为 104 亿美元，预计 2017 年将增长到 111 亿美元 ;目前中国激光器市场的规模大约为 600 亿元。

很显然，单从市场规模来看，激光行业似乎有些微不足道 ;但是激光技术的应用却几乎能覆盖生产生活的各个领域，从汽车制造、动力电池、到手机制造、航空航天、医疗器械乃至国防军事等几乎我们能想到的所有领域，都活跃着激光器的身影 ;而且对很多行业而言，激光技术已经成为一种不可或缺的支撑技术。众所周知，中国制造 2025 的核心是智能制造，智能制造的核心之一是光电技术，而光电技术的核心之一正是激光器。因此，激光行业本身的市场规模虽小，但它却是驱动制造业发展的一大核心力量，其重要性不言而喻。

细分市场

从市场增长来看，按照激光器种类划分，未来五年内，市场增长最快的是直接半导体激光器，主要是千瓦级的高功率半导体激光器 ;增长第二快的是量子级联激光器，这种激光优势明显，用途广泛，特别是在反恐、安保等应用中发挥重要作用，今后全球对量子级联激光器将有巨大需求。光纤激光器将一直保持着稳健的增长速度。

从激光器的应用市场来看，除去大约占据半壁江山的光通讯市场外，目前宏观材料加工是最大的市场，其次是微观加工，未来随着制造业不断向高端发展，微观加工市场将拥有很大的成长空间。

在激光微加工市场，2016 年的全球激光微加工市场的总规模大约为 11 亿美元，预计 2017 年将增长到13 亿美元。目前最大的应用市场是半导体 /PC 板 / 显示加工市场，服务该领域的主力公司的是相干公司，另外还有两家是美国的 Cymer 和日本的Giga PhotoNIcs。接下来分别是精密金属加工市场、非金属加工市场以及增材制造市场。

激光微加工应用所使用的激光器，主要是准分子激光器、光纤激光器 CO2 激光器和固体激光器，其中光纤激光器和准分子激光器的应用最多。值得一提的是，CO2 激光器并没有从市场中消亡，实际上最近在非金属加工方面还迎来了很多新机会。

激光加工的另一个市场是千瓦级大功率激光加工市场，2016 年该部分市场的规模约为 15 亿美元，未来五年将呈比较平稳的增长态势。在千瓦级应用中，目前金属切割应用仍然是大部头，大约占据了 70% 的份额，另外两类应用是金属焊接和增材制造。虽然有业内人士预测金属焊接市场未来将有望超过切割市场，但是未来五年内，从销售额上看，增长最快的还是金属切割应用，预计到 2022年，千瓦级光纤激光器在金属切割应用中将收获 14 亿美元的收入。目前，随着光纤激光器的发展，激光切割机已经做成了一种标配产品。

再来看一下全球激光打标市场。这是一个相对比较成熟和稳定的市场，总收入大约在 6 亿美元左右，未来市场增长也比较缓慢。目前用于打标的激光器主要是光纤激光器(大约占据一半的市场)和 CO2 激光器(大约占据 1/3 的市场)，半导体激光器的应用也在逐渐增多。

中国激光市场

中国的激光加工市场主要分布在华南(30%)、华中(24%)、华东(20%)、华北及东北(13%)地区，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。2016 年，中国工业激光与系统的销售额达 385 亿元，预计 2017 年将增长至 455 亿元，增长率高达 18%。光纤激光器已经是工业激光市场中绝对的主力。2013-2016 年间，低功率光纤激光器(<100W)在中国市场的销售稳步快速增长，特别是 2016年比 2015 年的销量增长了高达 75%，另外还有一个特别明显的现象，就是国产光纤激光器已经占据了国内近九成的国内市场份额。

中功率光纤激光器(<=1.5kW)在中国市场的销量，从2013年的1200台飙升到了 2016 年的 13000 台，其中 2016 年的销量是 2015 年 的 3倍! 2016 年的一个更明显的趋势是，国产中功率光纤激光器的销量，已经以压倒性的优势超越了进口产品。

2013-2016 年间，高功率光纤激光器(>1.5kW)在中国市场的销量，从 600 多台飙升到了 3000 多台。与低功率和中功率光纤激光器截然不同的是，高功率光纤激光器市场主要由进口产品主导，国产产品数量稀少。但是，这种局面恐怕马上要改变。国产高功率光纤激光器应该首先在 4 kW或以下有所突破。估计 2 到 3 年左右，4 kW 或以下功率，国产高功率光纤器会达到 50%以上。

最近两年，激光切割成套设备在中国市场的销量成倍增长。光纤激光器在激光切割系统中的应用，近两年开始跨越式增长，尤其是在中功率切割系统中。在焊接系统中，60% 的激光焊接设备已经使用光纤激光器，65% 的设备用于汽车制造。功率超过3kW 的高功率系统数量也在稳步增长，激光切割焊接系统也在向着高功率发展。

随着中国集成电路的大力发展，用于印刷电路板和消费电子产品微加工系统的紫外激光器数量大幅增长。与此同时，生物技术和医疗设备领域的应用也给紫外激光器提供了广阔的发展空间。2016 年，紫外激光器在中国市场实现了爆发式增长，销量较上一年翻了一番，达到 7800 台。

2016 年，CO2 激光器在中国市场的销量增长不大，中小功率总量维持在 1 万台左右，主要用于赋码、打标、切割等非金属行业。2kW 以上的高功率 CO2 激光器的销售，较 2015年 200 台的总销量，有较大降低。随着汽车行业轻量化的推进以及复合材料市场的应用，未来 CO2 激光器还会有新的发展前景。

激光器的发展趋势

激光技术作为工业制造领域的一股核心驱动力量，本身也在不断向前发展。总结来说，激光器正在向着“更快、更高、更好、更短”这四大方向发展。

更高 ：激光器的功率越来越高，平均功率已经超过 10 万瓦。2013 年，第一台商用的 10 万瓦级光纤激光器在日本名古屋 NADEX 中心安装，用于焊接 300mm 厚的钢板。激光切割应用也向着更高的功率发展，激光切割机的功率持续走高，已经达到 8～12kW。

更好 ：激光器输出的光束质量越来越好，光纤激光器的光束质量已经达到10万瓦级单模。在过去的一年中，光纤激光器、碟片激光器、直接半导体激光器的亮度都有大幅度提升。

更短 ：激光器的输出波长覆盖更短的波段，短波长激光器已经广泛应用。很多先进的制造工艺都需要冷加工，例如在智能手机制造中，很多时候需要用短波长、短脉冲的紫外激光来处理。短波长激光已经在表面标记、半导体晶圆加工、钻孔、切割等领域获得了大量应用。

更快 ：激光器的脉冲速度越来越快，超快激光器取得了快速发展，已经凭借着更简单的结构、更方便的操作、更低廉的成本和更稳定的性能，走出实验室进入工业应用中。

未来的潜力市场

关于未来市场中有哪些新的应用增长点，一直都是大家关注的话题。

激光清洗：随着环保意识的增强，各种环保清洗技术应运而生，激光清洗技术就是其中之一。激光清洗利用高能激光束与工件表面要去除的物质相互作用，发生瞬间蒸发或剥离，无需各种化学清洗剂，绿色无污染。可用于清除油漆、油污、氧化层、清洗螺杆、除锈、清洗焊缝等。激光清洗在微电子、建筑、核电站、汽车制造，医疗、文物保护、钢铁除锈和模具去污、汽车制造、建筑等领域拥有巨大市场空间。

金属 3D 打印市场：金属 3D 打印也即增材制造，通常使用的是选择性激光器熔覆(SLM)技术，利用激光能量将金属粉末一层层熔化，最终制成想要的形状。2016 年，SLM 系统的销量超过 1000 台，其中使用的激光源主要是光纤激光器、碟片激光器 /CO2 激光器和飞秒光纤激光器，功率范围 30W 到 1kW 以上。3D 打印的精细度也越来越高，打印出的精细结构的分辨率已经达到微米量级。

激光雷达 ：未来五年激光雷达市场将稳步增长，市场增长的主要驱动力来自于无人机、自动驾驶的汽车、机器人、军事及安全等领域。

激光照明 ：激光照明的一部分市场是汽车激光照明，主要是汽车头灯。宝马、奥迪等知名汽车制造商都采用了激光照明系统。另一部分市场是安全激光照明，如为夜晚环境中骑行的人们提供警示性标识。

激光焊接 ：激光焊接将首先在汽车制造、高速火车和飞机制造、农业机械和造船等领域铺开，这将是一个未来的增长点。

激光精密加工和微细加工 ：将是另一个未来的增长点。

趋势总结

激光器的研发正朝着高智能化、高功率、高光束质量、高可靠性、低成本和全固态等方向发展。

激光精密加工和微细加工技术将是发展重点，其在电子、半导体、通讯、光存储、微机械制造、生物、环境等行业进一步推广和使用，将为传统加工方式创造前所未有的可能性。在这里，超快激光器将随着精密加工和微细加工市场的扩大而迅速增长。

激光加工的自动化、集成化和智能化水平持续提高，在与工业机器人结合的基础上，实现三维的焊接、打标、切割等多维加工，激光技术的适用性和应用领域不断拓展。

激光技术在工业中的应用已经无处不在，新型激光技术不断涌现 ;超快激光器正在成为工业激光器，市场将要井喷 ;直接半导体激光器正进入固体激光器的应用市场 ;激光 3D 打印发展迅速，许多关键问题有待突破;激光焊接将迎来快速增长期 ;光子和半导体结合，将产生下一代光电技术;光电子技术已经成为下一个 30 年经济发展的支撑体 ;智能化和中国制造2025 将带来激光界的红利。未来的30 年将是激光技术的黄金时代!

近两年，随着激光产业的蓬勃兴起，激光技术应用日趋广泛，企业规模不断壮大，由激光带动经济发展的效果越来越突出。但分散经营，区域交流不畅，技术攻坚力量不足，严重影响行业的前进步伐。广东省激光行业协会针对产业状况和会员需求，立意凝聚力量，抱团发展，建立自己的激光产业园，为企业的战略发展提供成长基地，打造广东“激光谷”。

1、发展空间巨大

激光技术是现代高新技术，是未来制造技术的发展方向。激光技术在钢铁、石化、汽车、航空航天、海洋工程等领域具有广阔市场；在微电子、新能源、新材料、生物医疗、农业等领域也具有广阔应用前景。激光技术省时、省力；环保、精准；快捷、高效，为企业节约成本，提高收益。发展以激光为引领的高新技术产业，对促进企业转升级，推动产业结构调整优化，提高企业竞争力产生具大影响。

我省正处在传统制造业的升级改造阶段，对激光的应用带来了较大的市场空间。目前，广东省已成为国内激光产业规模第一大区域，激光应用市场规模国内第一。广东的激光产值已达180亿元，并且每年都以15%以上的速度递增。激光协会抓住历史机遇，推动建立激光谷，完善配套服务体系，借助多个激光园区的影响力，争取政府给予园区的政策“红利”，为会员发展提供更多的机遇。

2、行业发展的必然趋势　

广东省激光行业协会目前有会员100多家，其中上市企业4家，规模以上企业30多家，高校院所10多家，聚集行业专家近200名，具备建园的基本条件和科研实力。随着会员产业的不断发展壮大，厂房用地、生产环境、设施配套、技术升级、项目对接的需求越来越突出。广东的激光企业大多聚集于深圳，而深圳近年来工厂用地紧缺，房价飙升，给企业的扩张发展带来阻力。一些会员企业已在苏州、鞍山、沧州、温州等地投资拓展，如不及时采取措施，激光有生力量就会部分流失。因此，建立产业园已势在必行。这有利于保护本土资源，“养鸡生蛋”；有利于企业加快产业布局，推动规模扩张；有利干企业相互对接，缩短流通渠道。

3、激光谷是一个大战略

建立广东激光谷是一个大时代战略，协会成立时候，秘书处就曾走访多家会员，了解需求。并多次到广州、深圳、东莞等地调查摸底。初步确定以深圳市宝安-龙华，东莞市松山湖-道滘，江门市蓬江作为广东激光产业三大中心，围绕珠三角工业应用特色，打造广东激光谷，实现区域集群化发展，长远目标是完善激光上中下游产业链，建立全球规模最大的激光产业聚集区。

后期省激光协会还会推动建设广东激光科技馆，会员可在馆内进行产品展示、工艺体验和技术交流。组建激光研究院，形成工程研发、设计展示、生产制造、项目孵化、激光加工、技术应用、市场销售、产品检测、成果鉴定、人才培训等，为会员打造发展平台，提高企业美誉度和研发创新能力。

老牛

传统清洗工业设备有各种各样的清洗方式，多是利用化学药剂和机械方法进行清洗。在我国环境保护法规要求越来越严格、人们环保和安全意识日益增强的今天，工业生产清洗中可以使用的化学药品种类将变得越来越少。如何寻找更清洁，且不具损伤性的清洗方式是我们不得不考虑的问题。而激光清洗具有无研磨、非接触、低热效应和适用于各种材质的物体等清洗特点，被认为是最可靠、最有效的解决办法。

在工件表面污染物中，工件表面附着物与表面之间的结合主要是由于存在以下各种力：共价键、双偶极子、毛细作用、氢键、吸附力和静电力等。其中毛细力、吸附力和静电力是最难破坏的，激光清洗技术就是要克服这几种力。

这些吸附力要比重力大很多（有几个数量级），并且与粒子直径d有关系，吸附力随着粒子半径减小呈现很慢的线性衰减趋势，而粒子质量m与直径的三次方成正比，由牛顿定律可知F=ma，当粒子尺寸变小时，吸附力所提供的加速度迅速增大。所以，尺寸越小的粒子，清除起来所需的加速度就越大，这就是常规的清洗技术为什么难以清除直径很小的物体表面附着物。
 

由于物体表面附着物的成分和结构复杂，激光与之作用的机理也各不相同，用于对此作解释最常用的理论模型有以下几种：
 

1、光气化/光分解

激光器产生的激光，经过光学系统的聚光可以实现能量的高度集中，聚焦后的激光束在焦点附近可产生几千度甚至几万度的高温，使物体表面附着物瞬间气化或分解。

2、光剥离

通过激光的作用使物体表面附着物受热膨胀，当物体表面附着物的膨胀力大于其与基体之间的吸附力时，物体表面附着物便会从物体的表面脱离。

3、光振动

利用较高频率和功率的脉冲激光冲击物体的表面，在物体表面产生超声波，超声波在冲击中下层硬表面以后返回，与入射声波发生干涉，从而产生高能共振波，使污垢发生微小爆裂、粉碎、脱离基体物质表面，当物体与表面附着物对激光束的吸收系数差别不大，或者表面附着物受热后会产生有毒物质等情况时，可以选用这种清洗手段。
 

目前，激光清洗设备的结构并没有统一的标准，需要根据实际的清洗方法、基材和污物的种类、清洗要求的效果等因素来决定，但是，它们在一些基本的结构上还是大致相同的，主要包括激光器、移动平台、实时监测系统、半/自动控制操作系统及其他辅助系统等部分。

激光清洗技术的国内发展现状

我国激光清洗技术的研究和设备的开发起步晚，基本上是跟踪国外的发展，虽然在较短时间内取得了一些成果，但是与国外相比存在明显的差距，因此，国内较为成熟的激光清洗设备并不多，大部分还处于实验室研究阶段，其清洗效率和稳定性有待进一步的提高，其中南京帝耐激光联合上海光学精密机械研究所研发出系列激光清洗机，已经研发出五轴激光清洗机，并且商用。应用到一些工业、科研、军工等市场，他们申请了一系列专利，其公司系列产品如下：

激光清洗技术的国外发展现状

激光清洗技术研究起步于20世纪80年代中期，但直到20世纪90年代初期才真正步入工业生产中，在许多场合逐步取代传统清洗方法。
 

国外激光清洗的去污范围非常广泛，从厚锈层到激光表面微细颗粒都可以去除，在去污中涉及激光清洗实验所使用的设备种类也比较多，所用激光器的波长范围广，但激光清洗技术的发展不平衡，有些已实现工业化，有的还处于实验室阶段。
 

例如国外在激光模具的清洗方面，已经发展到1000 W激光手动清洗机；

电子线路清洗采用248 nm激光，3 W，20 ns，已经工业化；

在芯片领域，采用248 nm，5 W纳秒紫外清洗，效果非常好；

在光掩膜，采用紫外激光，已经完全取代传统化学方法；

在激光除锈、激光除污染物方面，已经规模化应用，而且实验先于理论。另外在半导体领域、磁头和绝缘体领域已经开始实验验证。
 

德国Cleanlaser公司近年来致力于研究可以实现塑胶射出模和橡胶硫化模具线上，线上、高温清洗垢激光清洗设备，下面根据其所使用激光器的功率级别，其中Clealaser公司、P-laser公司最为著名，以下介绍几种典型的激光清洗系统的性能和特点。

Cleanlaser产品类型

激光清洗技术的前景预测：激光清洗技术的出现，开辟了激光技术在工业应用的新领域，它在微电子、建筑、核电站、汽车制造，医疗、文物保护等领域的开发方兴未艾，应用市场前景广阔，我国在大型件激光加工技术领域的应用已初具规模，在钢铁除锈和模具去污方面的应用还是空白，而激光清洗技术在汽车制造、建筑等领域的市场仍在开发之中，目前虽然还难以详细估计激光清洗技术的应用市场份额，但上述领域不少属于国民经济的支柱产业，激光清洗技术添入其中后，产生的经济效益和社会效益是十分可观的，利用我国现有的激光技术条件，开发配套的激光清洗设备，并使其在短时间内实用化、产业化、是完全可能的，对推动高新技术产业的发展本身亦具有重要意义。（作者：龚传波，南京帝耐激光科技有限公司总经理）