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激光熔覆为何如此神奇!

 

一、什么是激光熔覆

 

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化,并快速凝固后形成稀释度极低,与基体成冶金结合的表面涂层,显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法,从而达到表面改性或修复的目的,既满足了对材料表面特定性能的要求,又节约了大量的贵重元素。

 

与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比,激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点,因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。

 

二、激光熔覆工艺特点

 

1、激光熔覆层与基体为冶金结合,结合强度不低于原基体材料的95%;

2、对基材的热影响较小,引起的变形也小;

3、材料范围广泛,如镍基、钴基、铁基合金、碳化物复合材料等,可满足工件不同用途要求,兼顾心部性能与表面特性;

4、熔覆层及其界面组织致密,晶粒细小,无孔洞,无夹杂裂纹等缺陷;

5、可对局部磨损或损伤的大型设备贵重零部件、模具进行修复,延长使用寿命;

6、熔覆工艺可控性好,易实现自动化控制;

7、对损坏零部件,可实现高质量、快速修复,减少因故障停机时间,降低设备维护成本。

 

三、激光熔覆的工艺原理

 

激光溶覆是利用高能激光束辐照,通过迅速熔化、扩展和凝固,在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料,构成一种新的复合材料,以弥补基体所缺少的高性能。能充分发挥二者的优势,克服彼此的不足。

 

激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类,即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

 

预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基体材料表面的熔覆部位,然后采用激光束辐照扫描熔化,熔覆材料以粉、丝、板的形式加入,其中粉末的形式最为常用。预置式激光熔覆的主要工艺流程为:基体材料熔覆表面预处理-预置熔覆材料-预热-激光熔化-后热处理。

预置式激光熔覆

 

同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中,使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入,有的也采用线材或板材进行同步送料。同步式激光熔覆的主要工艺流程为:基体材料熔覆表面预处理-送料激光熔化-后热处理。

 

高损耗,矿山机械期待技术革新

  目前,我国已是矿山机械的生产大国、消费大国和进口大国。矿山机械是对应用于矿山的建井、采掘、矿井提升运输、破碎、磨矿、筛分、洗煤、选矿、焙烧等各类设备的总称。其量大面广,且使用工况恶劣,零件表面磨损、磨蚀和划伤严重,据有关数据统计,全球约有1/3~1/2的能源被消耗在摩擦上,由于摩擦导致的磨损失效占设备损坏的70%-80%,每年损失都在上千亿美元。特别是在高速、高温、高压等条件下工作的零件,往往会因其表面磨损而造成零件报废,导致设备停用。

  另外,矿山机械的特点是体积庞大、价格昂贵、装卸困难,而且保养维修工作量大,因此在设备因磨损损坏而停止运行时,会造成巨大的经济损失。如若改进耐磨材料提高零部件加工精度,改善设备结构的可靠性,将可以推迟设备磨损的期限。因此,开展矿山机械再制造或升级改造加工势在必行。

激光熔覆

  为了解决矿山机械零部件磨损和腐蚀严重的问题,激光熔覆技术应运而生。该技术是一种经济效益很高的新技术,它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质,既降低了成本,又节约了贵重稀有金属材料。

  与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比,激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。

  该技术可以对采煤机及掘进机截齿、综采液压支架不锈钢立柱、刮板机、齿轮传动箱中的失效零件进行再制造,特别是在截齿端部锥面及刮板机易磨损部位制备了冶金结合、硬质点和高韧性金属材料复合的激光强化覆层,使其平均使用寿命得到大幅提高。


发布时间 : 2018-06-05

激光焊锡机与机器人焊锡的区别

       激光焊锡机与机器人焊锡的区别,我们大部分人都了解过传统的机器人烙铁焊锡技术,在目前的自动化焊锡设备市场上成为大众化的主要焊锡设备。但是对于电子产品越来越微型化,自动化焊锡的稳定性要求越来越高,传统焊锡机器人已经已经满足不了用户需求,新型的自动焊锡技术激光焊锡机随之诞生,并成为自动化焊锡设备市场上的一项新型技术而备受关注。了解使用激光焊锡技术,才能发挥激光焊锡的优势,下面我们来看机器人焊锡与激光焊锡在焊接技术上有哪些区别。


  激光焊锡和机器人烙铁焊锡焊接区别?

  激光焊锡和机器人烙铁焊锡的工序都是分为进行预热、为提供焊锡时的加热和提供焊锡后成型时的后加热3个基本步骤。虽然机器人烙铁焊锡和激光焊锡的基本工序相同,但提供加热焊锡的方法不同。下面来看看区别:  


机器人烙铁焊锡工序)

(机器人烙铁焊锡工序)


  如图我们可以看到,烙铁焊锡首先是先预热烙铁,将烙铁加热到350℃左右。当烙铁预热后,将接合部位的焊锡加热至熔融温度(热传递),然后再送入需要接焊的焊锡丝,提供焊接,焊锡丝送入后,融化焊锡丝,使得焊锡丝融化成型,操作结束。


  激光焊锡工序

(激光焊锡工序)


  如图我们可以观察到激光焊锡在焊接时候,抛去了传统的烙铁样式,首先用激光对焊接部位进行照射,从而使被照射部位开始加热升温。当被照射的部位加热到能够使焊锡丝融化后,送入需要的焊锡丝,提供焊锡。融化,成型。完成整个焊接工序。


  我们看到,烙铁头焊接和两者加热的方法是不同的,但是两者在工作时候却也时常互补互助。由于机器人烙铁焊锡是通过烙铁传热、激光焊锡是使照射部位发热。所以当机器人烙铁焊锡时如果烙铁头的温度不够,可以用能够定点照射的激光使之温度上升。当然,由于持续照射可能会使烙铁头的温度过高,因此要注意照射强度与时间的调节。


  焊接温度调节?


  在焊接时候,温度是至关重要的。焊锡的构成状态因上升或者下降的温度条件而变化,温度低,则焊接的不彻底,设置焊锡丝不会融化;而温度过高,则有可能焊接过热,烧坏机器。因而,不在适当的温度条件下进行焊接,就难以实现焊接的强度和可靠性。而且,温度不恰当的时候,助焊剂也会因温度而改变流动方向,以适当的温度加热时,助焊剂先流向焊接部位,并清除周围的氧化物和污垢,使焊锡更好地接合。如果过分加热,焊锡会使助先流入的焊剂停止流动。再有,过分加热会对损伤基板,引起基板内部裂痕等肉眼无法判断的许多问题。


  激光焊锡特点


  1.无需接触,光斑能量集中,热影响区域小,不会给基板造成负担。

  2.有效加热并提供焊锡、有望实现稳定焊接的自动化。

  3.激光器寿命长,功耗低,维护费用低。

  4.无烙铁头损耗。

  5.可完成烙铁头,无法进入的狭窄位置和密集组装的焊接。

  6.可维护性很高。


  今天分享的激光焊锡机与机器人焊锡的区别内容就到着这里,焊锡机的使用都是同一个目的,但是传统机器人焊锡欠缺精准度,而激光焊锡机就是为了弥补焊锡机器人的很多缺点而进行升级改造,纳入德国焊锡工艺。了解激光焊锡机才用完全达到使用价值,想了解更多的知识关注艾贝特。


发布时间 : 2018-06-05

塑料激光焊接在医疗器械的应用

 激光焊接因其局部加热、精密加工、非接触性加热等优点被越来越广泛地应用在医疗器械的各个领域。

与其他常用的焊接技术相比,激光焊接技术几乎不产生焊渣和碎屑,而且焊接过程中不需要添加任何粘合剂,因而可在洁净室中完成整个焊接工作。激光焊接技术大大地促进了医疗器械的发展,比如有源植入式医疗器械的外壳封装、心脏支架的不透射线标记、耳垢防护器、球囊导管等均离不开激光焊接的使用。

  

塑料激光焊接原理

 

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种焊接方法,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,使工件熔化,形成特定的熔池。如下图所示,激光束通过上层透光材料,然后被下层材料吸收,激光能量被吸收后转换为热能,由于两层材料被压在一起,热能从吸收层传导到透光层上,使得两层材料熔化并结合。

  

同时由于材料本身的热膨胀扩张产生内部压力,内部压力与外部压力共同作用确保了两部分的坚固焊接。以上两图直观地说明了塑料激光焊接的原理与过程。

 

可见激光光束的能量必须被塑料吸收,才能达到良好焊接效果,因此塑料激光焊接一般采用半导体激光。另外,并不是所有塑料都能用激光焊接焊接。塑料可区分为热固性与热塑性两类。其中热固性塑料不具有重复成型性,也不能焊接,而热塑性塑料再加热后又会熔化(即可运用加热及冷却,使其产生可逆变化),是所谓的物理变化,因此具有可焊接性。

 

 

 

塑料激光焊接工艺

 (1)激光的波长 

 

塑料焊接过程中常用的是二极管激光器或半导体激光器。光束处于近红外区域,并且光束波长在400~1,100μm,可以通过光纤传输,在这个范围内的激光束可以被大多数的塑料所吸收。二极管激光焊接系统紧凑,并且激光器还可以达到更高级别的功率。激光的波长可以根据特殊要求来设计。半导体激光器的波长一般是808~980μm。半导体激光器投资成本小,体积小,效率高。

 

(2)塑料材料

 

热塑性塑料包含无定形塑料和半晶性塑料。能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上,所有热塑性塑料都能够被激光焊接。

塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为:在热作用区内的材料,要求对激光光波的吸收性好;不属于热作用区部分的材料,则要求对光波的透过性好,尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的。

 

(3)吸收剂

 

吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺。塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化,随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。

通常理想的吸收剂是碳黑,碳黑能够将红外波长的激光能量基本全部吸收,从而大大提高塑料的热吸收效果,使得热作用区的材料融化得更快、效果更好。一些其他颜色的染料,也能够起到相同的吸收光波的效果。

添加吸收剂的方法有三种:

一是直接向待焊接材料中渗入吸收剂,这样应该将渗过吸收剂的塑料件放在下面,而把没有渗吸收剂的塑料件放在上面,让激光光波通过;

二是向塑料件待焊接的表面渗吸收剂,这样只有被渗透了吸收剂的一部分塑料将成为热作用区而被融化;

三是在两块待焊接塑料件的接触处喷涂上或者印刷上吸收剂。

 

(4)其他参数

 

与金属焊接不同,塑料激光焊接需要的激光功率并不是越大越好。焊接激光功率越大,塑料件上的热作用区就越大、越深,将导致材料过热、变形、甚至损坏。应该根据需要融化的深度来选择激光功率。

塑料激光焊接的速度比较快,一般得到1mm厚焊缝的焊接速度可达20m/min;而采用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜,最高速度可以达到750m/min。

  

在医疗器械领域中的应用

 随着塑料材料在医疗器械领域广泛应用,新型的塑料生产及加工工艺也层出不穷,激光焊接作为其中的一种,因其无污染、非接触性、无缝连接等优点受到该行业的广泛关注。

 

耳垢防护器

 

助听器越来越趋于小型化,从而为用户提供更小、更舒适、肉眼不可见的助听器。当今典型的ITE助听器只有小指尖那样大小。但是所有助听器都面临着一个大问题:耳道内产生的耳蜡(也称耳垢)对声音输出区域造成污染。为了保证助听器可以发挥其可靠功能,有必要在其声音输出的位置提供防护措施。

 

Phonak新型“智能护卫”的耳垢防护中,采用的方法是在微小的垫圈上焊接了一种极薄的具有高弹性的隔膜,它能有效地隔断耳垢进入助听器,此类焊接技术是瑞士莱丹科技公司开发的激光掩膜焊接工艺使这一高精度的连接工艺成为可能。整个耳垢防护器的大小只有几个毫米,需要将一个隔膜焊接到一个大约3mm大小的垫圈上,垫圈采用热塑材料制成。

 

 

 

分析仪器    

 

分析仪器通常配备有设计为一次性使用的特定部件。为尽可能降低成本,这些部件多数为塑料制品。 

 

 

 

图中的部件在中国研发,用于血液分析。此处将选用轮廓焊接工艺。因为两个部件均为透明设计,所以对焊接工艺有着特殊要求。为能吸收激光射束,接合两个不同部件时一般情况下必须将透明部件放在上方,位于下方的部件具备吸收能力。此处的两个接合部件-外壳和罩盖-均为透明。因此在实际的焊接过程开始之前,作为激光束吸收器置于两个部件的焊缝上。

 

球囊导管  

 

球囊导管激光焊接是使用激光作为能量来源的红外线焊接,可以使用激光束直接射到吸收激光的塑料表面,使塑料熔化实现焊接。先进的激光焊接技术可以实现球囊头端和管体的无缝连接,使球囊导管在弯曲而狭窄的病变血管中推进时畅通无阻,对血管的损伤降至最小,操作过程更加安全。激光焊接技术的引进有利于进一步缩小球囊扩张导管尖端外径。

 

与金属焊接不同的是塑料激光焊接需要的激光功率要小。焊接激光功率越大,塑料件上的热作用区就越大、越深,将导致材料过热、变形、甚至损坏,由此应该根据需要融化的深度合理选择激光功率。

 

配药系统    

 

“给药系统”或药品配料系统可帮助患者持续用药。其越来越小巧的结构更加便于携带。例如Rowe Pump 泵是一台纯物理驱动的泵,可设置不同的泵送剂量。其组件必须承受高达 4 bar 的内部压力。由于直接用于患者,因此卫生方面要求极高,而且集成的微通道直径位于 >10 μm 区域,焊缝必须绝对完全无颗粒。借助激光焊接技术可满足这些要求。

 

 

微流控部件 

 

借助掩模焊接原理可精确稳固地焊接微流控部件。通道几何形状会保持原样,避免熔化物流入仅200 µm 的狭窄通道中。

 

 

 

展 望
 

塑料激光焊接工艺在医疗器械上的使用远不止上述几种,塑料激光焊接工艺正被越来越多的医疗器械厂家采用,它的应用前景将非常光明。

 

然而欲使焊接效果达到满意的程度,还需要对焊接功率、焊接速度、焊接频率等参数不断的调试和实验。当前除了激光焊接技术被应用于医疗设备的生产,有许多其他创新的激光加工技术在医疗设备的制造中也有很大的潜力,比如激光表面改性、激光切割、激光钻孔和激光微加工等。相信好好研究和借鉴使用这些先进的激光加工技术,会设计出更多高质量、高要求的医疗设备。


发布时间 : 2018-06-04

激光熔覆技术的应用分析

   激光熔覆是一种新型的涂层技术,是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术,是激光先进制造技术最重要的支撑技术,可以解决传统制造方法不能完成的难题,是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前,激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一,已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。

    为推动激光熔覆技术的产业化,世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究,已取得了重大的进展。国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用:包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。但到目前为止,激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。分析其原因,这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。因此,激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用,必须加大宣传力度,以市场需求为导向,重点突破制约发展的关键因素,解决工程应用中涉及到的关键技术,相信在不远的将来,激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。




  

激光熔覆的优势

激光制造网


    激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2,作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度,这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础,同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件,使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相,已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础,受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。


    目前,利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、钛基、镁基等金属基复合材料。从功能上分类:可以制备单一或同时兼备多种功能的涂层如:耐磨损、耐腐蚀、耐高温等以及特殊的功能性涂层。从构成涂层的材料体系看,从二元合金体系发展到多元体系。多元体系的合金成分设计以及多功能性是今后激光熔覆制备新材料的重要发展方向。



    最新的研究表明,在我国工程应用中钢铁基的金属材料占主导地位。同时,金属材料的失效(诸如腐蚀、磨损、疲劳等)大多发生零部件的工作表面,需要对表面进行强化。为满足工件的服役条件而采用大块的原位自生颗粒增强钢铁基复合材料制造,不仅浪费材料,而且成本极高。另一方面,从仿生学的角度考察天然生物材料,其组成为外密内疏,性能为外硬内韧,且密—疏、硬—韧从外到内是梯度变化的,天然生物材料的特殊结构使其具有优良的使用性能。根据工程上材料特殊的服役条件和性能的要求,迫切需要开发强韧结合、性能梯度变化的新型表层金属基复合材料。因此,利用激光熔覆的方法制备与基材呈冶金结合的梯度功能原位自生颗粒增强金属基复合材料不仅是工程实践的迫切需要,也是激光表面改性技术发展的必然趋势。激光熔覆技术制备原位自生颗粒增强金属基复合材料、功能梯度材料已有报道,但大部分停留在组织、性能分析,工艺参数的控制阶段,增强相的尺寸、间距和所占的体积比还不能达到可控制的水平,梯度功能是通过多层涂覆形成的,不可避免地在层与层之间存在界面弱结合的问题,距离实用还有相当长的路。利用激光熔覆技术制备颗粒大小、数量、分布可控,强韧性适当匹配,集梯度功能和原位自生颗粒增强为一体的金属基表层复合材料是今后重要的发展方向。


研究内容涉及到


● 熔覆材料成分、组织、性能设计的技术、手段和原理及其工艺实现的控制技术。


● 激光熔覆制备功能梯度原位自生颗粒增强金属基复合材料颗粒增强相析出、长大和强化的热力学和动力学模型的建立。

● 颗粒增强相形态、结构、功能和复合的仿生设计和尺寸、数量、分布的控制技术。

● 涂层成分、组织和性能梯度控制的原理、关键因素和工艺方法的研究。

● 宏观、微观界面的观察、分析控制和表征;功能梯度原位自生颗粒增强金属基复合材料常规性能的分析和检测以及不同工况下的磨损行为及失效机制。

    这些研究内容的突破,有可能解决涂层与基体相容性不匹配,易于产生裂纹的问题,促进激光熔覆技术应用领域的拓宽。



    激光熔覆是由激光作为热源,在基底上包覆一层性能极为优良的合金层,其性能将依照所处理零件的具体要求而定。激光熔覆方法的优点是覆层组织细密、性能优异、热应力小、变形小以及无污染等。其缺点也是很明显的:需要很高功率的激光器、单道搭接扫描不适宜大面积处理,难于实现产业化等。为解决这些难题,采用激光复合熔覆技术是有效的途径之一,也是今后发展的重要方向。激光复合熔覆就是采用普通加热方法,再加上激光复合加热来完成熔覆处理工作。普通加热方法根据需要可以是电加热、各类感应加热等。


归纳起来,激光复合熔覆技术具有如下的特点

●“常规(如感应)+激光”二者复合加热熔覆是集两种加热工艺的优点,同时克服了各自单一方法的不足,充分体现了优势互补的特点。

● 用常规方法辅佐了激光加热,从而可以实现用较小功率的激光器完成由原来必需很高功率也不易完成的大面积熔覆,是单一方法无论如何也不易做到的。

● 激光复合熔覆技术扩大了常规技术的新的更广应用,而对常规技术的采纳又进一步促进了激光熔覆技术的应用和产业化的进程。

● 激光复合熔覆技术特别适用于细长杆类,尺寸在一定范围内的轴类等零件,如抽油泵柱塞、某些类型的轧辊及特殊用途的轴等。




    目前,激光熔覆主要采用的是CO2气体激光器,用于大型零件的激光熔覆,见图2和图3,少部分采用YAG激光器。YAG激光熔覆常采用脉冲激光熔覆。最近的工程应用表明,采用YAG激光熔覆在小型零部件方面更有优势。

    发展的另一个重要的趋势是采用高功率半导体激光器,利用波长范围808-965μm的红光或近红外激光,较CO2 激光器来看金属易吸收,可省去前期预处理,方便易操作。大功率半导体激光熔覆技术较其他熔覆方法具有显著的优势,见表1。同时,半导体激光可以实现与同轴送粉一体化控制及应用光纤传输与扩束技术进行导光聚焦,实现全封闭传输或光纤传输,实现光、机、电、粉、控一体化高度集成控制;与机器手(人)结合,小型化,可实现移动在线服务,满足不同层次的需求。可以预见,在传统CO2 、YAG激光熔覆技术之外,新型的大功率半导体激光熔覆设备与工艺,必将逐步发展起来并满足高质量表面工程的需要,成为激光表面处理的重要组成部分。


    随着激光熔覆技术的成熟与发展,陆续成功的应用于瓦楞辊的激光熔覆见图4,缸套火焰环的激光熔覆直接制造见图5,发动机部件修复见图6等。实现了以激光为主要加工手段对各种金属部件的几何缺失,按照原制造标准进行几何尺寸的回复、性能的提升。随着科学技术和工程技术的发展与需要,金属部件工作的条件愈来愈苛刻,经常工作在高交变应力、高温、高速、高腐蚀等极端条件下。因此,制造金属部件的材料需要同时具有多种性能才能满足零件特殊的服役条件。而且这些部件的制造成本、制造周期长,一旦失效产生巨大的经济损失和安全事故。如轮机装备中,各类重要的部件如:叶片、转子轴颈、阀杆、叶轮、阀门等;飞机发动机、内燃机部件等。这些工程上的技术难题,为激光熔覆技术提出了新的挑战。因此,如何解决极端条件下失效零部件的修复问题是十分迫切和复杂的,需要对极端条件下,零部件的失效形式分析,剩余寿命进行评估,选择合适的材料、工艺方法。因此,以极端条件下关键零部件的强化与修复为切入点,系统研究激光熔覆强化与再制造技术,通过若干关键技术的联合攻关,获得适合于极端条件下,各种零部件强化与修复的总体技术。


重点需要攻关的方向

● 极端条件下,失效零部件修复(强化)前后,寿命评估技术;

● 极端条件下,失效零部件无损伤修复技术的研究;

● 极端条件下,失效零部件激光修复专用合金材料的研究;

● 实体测量、三维实体堆积造型修复控制系统、修复过程温度、几何尺寸和质量智能监控系统的研究;

● 专用的修复附属装备的研究;

● 修复层性能测试技术及其加工技术的研究。



  

激光熔覆技术的展望

激光制造网


    激光熔覆技术是集材料制备和表面构型为一体,是绿色再制造技术的重要支撑技术之一,符合国家可持续发展战略的高新技术。我国科学工作者在基础理论研究方面处在国际先进水平,为激光熔覆技术的发展做出了巨大的贡献。但另一方面,激光熔覆技术的应用水平和规模还不能适应市场的需求。需要解决工程应用中的关键技术,研究开发专用的合金粉末体系,开发专用的粉末输送装置与技术,系统研究无损伤修复的工艺方法,建立质量保证和评价体系,加大力度,培养工程应用方面的人才,相信在制造业市场竞争日趋激烈的今天,激光熔覆技术大有可为。


来源:Timeless落尘


发布时间 : 2018-06-04

大族激光:被机构频繁调研 一季报净利润翻倍

5月21日至25日大盘震荡下跌,机构调研频率明显下降。沪深两市共138家公司披露机构调研记录,环比下降逾两成。

海康威视、大族激光、温氏股份、信维通信、老板电器等多家热门公司依旧现身调研名单。温氏股份于 5月21日、22日合计接待逾70家机构,成为本周收获调研数量最多的公司;海康威视于5月14日至5月25日间累计接待逾40家机构;大族激光、信维通信本周均接待3批次机构,为本周机构调研频率最高的2家公司。

值得一提的是,大族激光还是今年机构造访最频繁的公司。仅5月以来,公司就接待了14批次机构。2018年迄今,公司被调研总次数达到57次。

5月21日~23日,摩根投信、瑞银证券、国泰人寿等机构调研大族激光。业绩亮眼是吸引机构频频光顾的重要原因。大族激光2017年业绩创历史新高。公司2017年总营收达115.6 亿元,同比增长66.12%,实现净利16.65 亿元,同比增长121%,扣非后净利为16.41 亿元,同比增长130%。2018年公司业绩继续增长。一季度,公司实现净利3.64 亿元,同比增长141%。大族激光预计2018年上半年净利约在9.14~11.88 亿元,同比增长30%以内。

大族激光为国内激光装备龙头企业,业务范围主要包括机械钻孔、激光钻孔、LDI(激光直接曝光)、激光切割和检测设备等,业务线比较丰富。公司近期披露的调研内容基本一致,机构主要关注公司PCB(印制电路板)业务及未来增长点。

2017年全球PCB产业开始复苏,大族激光期内PCB业务实现营收12.10亿元,同比增长近四成,超出机构预期。公司在年报中称,2017年实现各类PCB专用设备销售台数超过1700台,成为国内主要PCB上市企业如深南电路、崇达技术、景旺电子等公司的首选采购对象。

大族激光介绍,受全球PCB产业链向中国转移,以及下游客户扩产所带来的设备需求的影响,目前订单情况比较乐观,排产情况饱满。随着PCB未来精密化趋势,FPC软板加工领域设备需求未来有望快速增长。此外,近期公司与两个客户签订价值2.87亿元的订单,主要包括激光皮秒切割、检测等设备。合同执行后,对公司在FPC柔性线路板和SMT表面贴装业务拓展产生积极影响。

大族激光的PCB设备客户深南电路本周也获机构组团调研。5月23日,宝盈基金、富国基金、高盛(亚洲)等近70家机构现场参观深南电路。

近年来,随着激光技术在消费电子、智能装备、PCB、机器人、人工智能、LED激光加工等领域的应用不断加深,2017年我国激光加工市场规模近500亿元,同比增长超28%,预计2018年激光市场规模将达600亿元,市场发展前景看好。在激光领域,大族激光经过多年的发展,如今已成为行业内收入规模和盈利水平较高的激光企业之一。从大族激光2018年一季度营收数据及2017年的财报,我们可窥探目前市场的发展现状及未来趋势。

大族激光一季报数据显示,2018年一季度实现营收169,206.37万元,较上年增长11.20%,净利润36,449.46万元,较上年增长140.73%。大族激光表示,一季度实现净利润大幅增长主要得益于公司总体经营状况保持平稳,同时部分处置了明信测试及prima公司股权,也在一定程度上增厚了公司当期业绩。

作为我国激光设备行业龙头,大族激光的产品广泛应用于多个领域,未来随着消费电子产品创新周期的缩短,半导体、OLED等产能向国内的转移以及下游市场的不断拓展,有望持续受益国内政策和市场红利。

2017年度营业收入1,156,009.35万元,营业利润186,696.64万元,归属于母公司的净利润166,504.39万元,扣除非经常性损益后净利润164,134.34万元,分别较上年度增长66.12%、169.67%、120.75%、129.36%。截止2017年12月31日,公司总资产1,410,297.08万元,负债681,924.99万元,归属于母公司的所有者权益698,145.29万元,资产负债率48.35%。2017年度经营活动产生的现金流量净额197,355.95万元、投资活动产生的现金流量净额-96,011.40万元,其中构建固定资产、在建工程等支出98,940.88万元,筹资活动产生的现金流量净额46,377.61万元,现金及现金等价物净增加额144,387.71万元。

大族激光表示,2017年度各类产品市场需求旺盛,订单大幅增长,营业收入较上年增长66.12%,销售费用、管理费用分别较上年度增加47.20%、44.11%,公司经营业绩较上年度大幅增长。

2017年主要经营情况

(1)消费电子应用需求旺盛,带动小功率设备需求迅速增长

2017年,大族激光小功率激光打标、精密焊接、精密切割等业务实现营业收入61.88亿元。消费升级推动电子产品创新周期不断缩短,大部分电子产品更新周期缩短至一年,激光作为精细加工的前沿技术之一,已在电子行业得到广泛应用并持续创新。国内外手机厂商纷纷试水“双面玻璃·金属中框”设计,为5G技术创造硬件基础,激光焊接中框工艺、激光打标清洗工艺得到全面推广,配套的手机屏幕自动化组装设备、气密性检测设备同比快速增长。

(2)大功率激光智能装备业务持续高速增长

2017年,大族激光大功率激光及自动化配套设备实现营业收入20.74亿元,同比增长42%。激光设备助力中国制造转型升级,全方位应用于汽车、轨道交通等重要行业,已成为中集集团、中国铁建、大庆油田等大型企业的激光+系统集成解决方案提供商。大功率激光焊接设备打入美国汽车城底特律,进军东欧及东南亚市场。激光及自动化系统集成多项产品实现销售,国内最高功率15KW光纤激光切割机成功签约,全新智能激光拼焊生产线国际首创,已成功交付品牌车企。移动式三维五轴激光切割机应用于汽车模具加工行业,打破国外垄断;20KW深熔焊接20mm不锈钢项目成功交付,巩固金属厚板焊接优势;铺粉式3D打印设备与激光清洗系统成功推向市场。

(3)奠定PCB行业专用设备龙头地位,积极应对PCB行业工业4.0需求

2017年全球PCB产业开始复苏,PCB业务实现营业收入12.10亿元,同比增长36%。受益于全球PCB产业链向中国内地转移和下游客户大规模扩产,PCB全线产品市场占有率快速攀升,机械钻孔机、LDI激光直接成像设备等产品订单同比增长100%以上,2017年实现各类PCB专用设备销售台数超过1700台。为应对工业4.0浪潮,在单机及流程自动化、数据网络连接等方面加大了研发投入,设备可快速导入智能工厂实现高度数字化运行,参与国内多家领先PCB企业的智能工厂建设,并着手制定PCB行业工业4.0设备的通讯标准。

(4)持续布局半导体与显示面板行业,未来业务增长可期

2017年,大族激光半导体及显视面板行业实现营业收入5.1亿元,同比增长47%。其中,LED激光加工设备实现营业收入3.5亿元,同比增长31%,紫外划片机出货量创历史新高,市占率90%以上,成为行业标杆产品。显视面板业务实现营业收入1.6亿元,同比增长98%。激光切割、激光修复、激光剥离、画面自动检测设备在OLED领域通过多家客户验证。连续多年布局半导体行业,不断加大研发和市场开拓力度,半导体激光剥离设备赢得了客户的信任和长期订单。随着国内半导体及显视面板逐步实现国产化,业务有望实现持续高速增长。

(5)成立新能源装备事业部,锂电池装备整线供给能力得到提升

2017年4月大族激光成立新能源装备事业部,新能源业务实现营业收入5.47亿元,同比增长82%。通过战略控股铂纳特斯、大族鼎新、大族展宇,加快对注液机、搅拌机、涂布机等产品的业务拓展。加大整线业务的研发投入,开发完成双芯并联电芯自动化项目、模组自动装配侧缝高速激光焊接项目、方形电芯模组及PACK焊接组装项目,得到行业重点客户认可,现已完成多条整线设备交付,已具备从电芯到模组再到PACK整体装备供给能力。

(6)全球激光智能制造产业基地开工建设,23亿可转债成功发行

2017年2月15日,大族集团全球激光智能制造产业基地隆重奠基并开工建设,总建筑面积约50万平方米,预计到2019年底投入使用,打造成为全球最大的激光智能制造生产基地。

2017年6月13日,启动公开发行23亿元可转换公司债券,2018年2月12日成功发行,募集资金用于“高功率激光切割焊接系统及机器人自动化装备产业化项目”和“脆性材料及面板显视装备产业化项目”。

行业未来发展及市场布局

(1)工业激光加工设备行业

据美国ILS统计,2017年全球工业激光器的营收增幅达到26%,金额略高于43亿美元。作为一种用于各类材料高速、高效的加工手段,门类广泛的激光器正在各行各业大显身手。创新技术的应运而生持续推动工业激光器的发展,而制造商们也正将先进的工业激光器引入更多的终端应用中。例如,光纤激光技术的不断突破,对全球工业激光器市场的发展正起着关键的作用。消费电子行业也有望推动工业激光器市场的可持续增长。

2017年,工业激光市场的销售总收入同比2016年修正后的总收入增长26%。2017年光纤激光器的收入突破20亿美元,比2016年增长34%,高功率二极管和准分子激光器的销售额增长56%,而后者则在很大程度上受到智能手机显示屏应用的驱动。唯一处于弱势的是二氧化碳(CO2)激光器,其销售额下降了14%,因为用于钣金切割的高功率CO2系统受到日益普及的同等功率的光纤激光系统带来的冲击。

由于受到新型智能手机的OLED显示屏退火工艺应用的驱动,2017年激光微加工版块的收入增幅达到24%。高功率激光加工版块则显示出另一番景象,其在全球激光应用中的占比高达34%,主要受到前文所述的钣金切割系统激增的销售额的推动,据一些市场观察家表示,高达1万套的高功率激光器(系统)的销售已创下历史新高。

大族激光2018年在小功率激光及其自动化设备将呈现快速增长态势,一方面是受到大客户新机型对自动化装备的采用,另一方面也是在整个3C行业自动化水平提升,自动化装备呈现遍地开花态势。此外,在新能源领域,锂电池加工装备将会形成新的亮点。

小功率激光装备另外的看点则在于脆性材料加工,随着蓝宝石、陶瓷等材料的大规模应用,小功率激光装备的需求也呈现上升趋势。大族激光作为这一产业的龙头,将直接受益于全方位的3C自动化趋势。

2018年1月,大族激光实现参股西班牙Aritex28.5%股权和沈阳赛维特51%股权,获取飞机和汽车部件组装提供装配方案设计、工装设备制造、系统集成及生产线建设方面的技术和经验,同时切入保时捷、奔驰、宝马、奥迪、大众等车型核心部件焊接及组装制造装配线,打开了进军汽车制造装备市场的第一步。航空方面Aritex是中国商飞的一级战略合作伙伴,未来航空自动化将会受益于国产大飞机量产的催化。

(2)机器人、自动化应用设备行业

美国高呼“制造业回归”,德国启动“工业4.0”,日本开拓《机器人新战略》,韩国实施“智能机器人开发计划”等都表明全球多国已经把机器人产业作为促进经济增长新思路。

据IFR统计报告显示,全球机器人贸易市场规模已达95亿美元,如包括相关件、外围设备和系统工程在内,该市场规模则高达290亿美元,预计到2020年,世界范围内的工业机器人装机量将从2016年底的1,828,000台增加至3,053,000台。也就是说从2018年-2020年工业机器人装机量的年均增长率为14%。

2015年我国颁布《中国制造2025》明确将工业机器人列入大力推动突破发展十大重点领域之一,《工信部关于推进工业机器人产业发展的指导意见》提出,到2020年,我国要建立完善的智能制造装备产业体系,产业销售收入超过3万亿元,实现装备的智能化及制造过程的自动化。在国家政策红利大力支持下,预估未来五到十年的国民经济发展中,机器人行业将迎来市场发展黄金期。

2018年2月大族激光与日本欧姆龙公司达成技术、渠道等多方面合作,借力欧姆龙自动化技术发挥大族客户优势,自动化业务即将全面对外展开。未来可持续向消费电子、汽车、航空等领域导入自产激光切割、激光焊接、机器人、自动化集成等产品。另外,公司在无人驾驶领域,也已经研发出激光雷达新品。

大族激光表示,面对全球智能制造带来的机遇,公司将继续发挥自身在光、机、电、气一体化应用领域积累的优势,加速向机器人、自动化配套系统领域渗透,在系统集成、机器人产品及机器人关键技术方面不断实现新的突破,争做中国机器人产业龙头。

(3)PCB设备行业

2017年是全球PCB行业较好的一年,同比2016年增长8.6%,主要得益于以下几个有利因素:首先,基于良好的宏观经济环境推动PCB市场整体强劲增长。其次,产品价格相当稳定,在产能紧张的情况下,价格有所上升。第三,一些细分市场,特别是苹果手机的mSAP HDI和柔性电路生产取得了显著的增长。

在深圳的相关产业分公司目前已经具备曝光、机械钻孔、CO2/UV激光钻孔、机械成型、UV切割、电测、贴补强等诸多产品线生产能力,大族激光表示,目前公司的核心零部件激光器及特种光纤将实现自产,具有进口替代的战略意义,一方面能够降低成本、提升毛利,另一方面则在军工等特种需求上实现战略突破。在2018年大族激光也继续将加大系统集成、自动化应用以及光源、机器人关键器件等领域的外延整合并购力度,在非核心的业务上也继续剥离,提高激光核心资产的运营效率。

在一季报中,大族激光也预计2018年1-6月归属于上市公司股东的净利润变动区间为91,411.04~118,834.36万元,2018年1-6月归属于上市公司股东的净利润变动幅度为0.00%至30.00%。对于上半年业绩变动的原因,大族激光表示,根据目前的市场情况,预计2018年1-6月公司总体经营情况保持平稳,2018年1季度,公司部分处置了明信测试及prima公司的股权,对归属于上市公司股东的净利润影响约1.76亿元。


发布时间 : 2018-05-31

激光雷达发展前景可期 无人驾驶领域应用广泛

激光雷达发射激光束来探测目标的位置、速度等特征量。车载激光雷达采用多个激光发射器和接收器,建立三维点云图,从而达到实时环境感知的目的。激光雷达的优势在于三维建模,探测范围广,探测精度高。但是,激光雷达在雨雪雾天气下性能较差;价格昂贵;数据量过大。

激光雷达产业链分析

随着我国乡村公路建设及高速公路建设投资加大,未来道路测绘相关需求量有所增加。未来随着科技发展,激光雷达在智能应用上面需求量增加。

2017年下游智能应用、道路测绘和勘探检测在占其整个市场的80%以上,道路测绘占50%左右。

激光雷达的下游应用领域核心是无人驾驶汽车、服务机器人、无人机和工业测绘领域等。从目前全球激光雷达企业的下游应用领域分布来看,居多的仍然是智能汽车和机器人领域。所以激光雷达下游企业包括无人驾驶汽车生产商、无人机生产企业、服务机器人生产企业。

在未来多个领域会应用到激光雷达,包括智能应用、道路测绘、勘探检测、无人驾驶等领域,市场潜力巨大。

中国激光雷达市场规模

全球激光雷达市场,北美占据整个市场收入的45%左右,欧洲占据33%市场份额。据前瞻产业研究院发布的《激光雷达行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》数据显示,随着我国经济发展,激光雷达应用领域增加,我国激光雷达市场规模将会大幅度增长。2013年中国激光雷达市场规模只有2.09亿元,到2016年中国激光雷达市场规模达到了2.89亿元,同比增长11.8%。到了2017年,中国激光雷达市场规模达3.25亿元。预计2018年中国激光雷达市场规模将达3.49亿元,2022年将达到4.64亿元。

2013-2022年中国激光雷达市场规模预测情况

激光雷达影响因素分析

(1)经济环境

当经济环境向好时,下游需求旺盛,带动激光雷达行业需求的增长。相反,当经济低迷时,下游需求萎缩,本行业市场扩张乏力。

(2)渠道

渠道成为行业市场规模扩大的重要影响因素之一,渠道选择性越多,企业产品销售量就可能越多。在渠道选择上,不同企业要根据自己的实际情况来选择。

(3)产品/服务质量

激光雷达产品的质量与企业的生产技术水平有密切关系。生产技术的提高有利于产品质量的提高,而产品质量提高可以进一步促进市场规模的扩大。

随着无人驾驶与商用服务机器人概念的普及,被视机器人“眼睛”的定位扫描方案越来越受到重视。激光雷达方案具备更高的精准度和数据完整度,但受限于国外的高成本方案难以在通用型机器人产品中普及,但近几年国内相关研发创业团队逐步推出了低成本方案,备受资本和市场的认可,成为机器人领域的重要创业风口。

3D激光雷达是无人驾驶的核心技术之一,被视为现阶段实现无人驾驶最有效的路径。上市公司中,万集科技正在开展车载3D激光雷达技术和相关产品的研发;中海达着手研究并开发适用于无人驾驶领域的高精度导航地图、激光雷达等产品,产业前景可期。


发布时间 : 2018-05-29

半导体激光产业发展空间较大

什么是半导体激光器

半导体激光器是20 世纪60 年代发展起来的一种激光器,以半导体材料作为工作物质。从20 世纪70 年代末开始,半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器, 另一类是以直接使用输出激光的光功率为目的的功率型激光器。

半导体激光器工作原理是采用注入电流的激励方式,将注入电流的电能通过半导体材料实现电光转换,输出激光。半导体激光器可作为光纤激光器、固体激光器的泵浦源,也可用于制作直接半导体激光器,作为光源应用到材料加工、激光医疗、激光雷达等领域。

直接半导体激光器由光纤耦合半导体激光器模块、 合束器件、 激光传能光缆、 电源系统、控制系统及机械结构等构成, 在电源系统和控制系统的驱动和监控下实现激光输出。

半导体激光器市场规模

随着半导体激光器技术的快速发展和突破, 半导体激光器产品质量、波长范围和输出功率正在迅速提高,产品种类日益丰富,应用到激光加工、3D 打印、激光雷达、生命科学与健康和红外照明与显示等的许多方面。

高功率半导体激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高、性能稳定、可靠性高和寿命长等优点,已经显露出其在激光器领域中的主导地位, 成为光电行业中最有发展前途的领域之一。

据前瞻产业研究院发布的《半导体激光产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》数据显示,全球半导体激光器市场规模较大,预计将由2014 年的42.12亿美元增加到2018 年的56.16 亿美元,年复合增长率为7.46%。

2014-2018年全球半导体激光器市场规模

半导体激光产业发展空间较大 技术发展速度加快

数据来源:前瞻产业研究院整理

目前,我国除了半导体激光音像设备已形成较大规模,其他半导体激光应用市场与国外相比尚存在较大的差距,我国半导体激光产业面临着较大的发展空间。

应用领域广泛

半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器,由于它的波长范围宽,制作简单、成本低、易于大量生产,并且由于体积小、重量轻、寿命长,因此,品种发展快,应用范围广,目前已超过300种。

半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用,形成了广阔的市场。

技术进展较快

我国的半导体激光器技术早期与国外发展同步,但是长期受制于产业发展滞后的影响,一直徘徊在科学研究的范畴。直到新世纪,随着我国经济的快速发展和产业的进步,作为高新技术产业的半导体激光器行业也得到了巨大提升。随着市场经济的发展和成熟,我国建立了完备的专利制度,专利的状况现在已经能够在一定程度上反映技术的发展水平。

截至目前,我国半导体激光行业累计相关专利27890件,数量众多。整体来看,我国半导体激光专利公开数量呈波动上升的趋势。2016年,半导体激光专利公开数量达2692件;2017年,我国半导体激光相关专利公开数量为2545件。总体来看,2011年以来,公开专利数量处于走高的形式。

从专利申请类型来看,电气元件领域专利申请数量最多,为15802件,是我国半导体激光行业热门应用领域;其次是测量、测试领域,半导体激光相关专利申请数量为4465件,其余类别半导体激光相关专利申请数量均少于4000件。


发布时间 : 2018-04-25

近期我国激光行业发展概况及发展趋势分析

一、激光产业发展的概况

    (1)激光与激光技术

    激光是通过人工方式,用光或放电等强能量激发特定的物质而产生的光,1960 年,人类成功地制造出世界上第一台激光器,产生了激光。由于激光具有完全不同于普通光的性质,很快被广泛应用于各个领域,并深刻地影响了科学、技术、经济和社会的发展及变革。

    激光与原子能、半导体、计算机共同被视为 20世纪的现代四项重大发明,对人类社会进步和发展发挥着重要作用; 激光技术也被美国科学家总结为影响全球未来发展的 18项重大关键技术之一。激光技术可广泛应用于民用领域和军用领域, 激光技术及产业已成为多政府重点扶持并由科研院所和企业共同主导的国家战略新兴产业。在民用领域中,激光技术是现代高端制造的基础性技术之一,在国民经济中有显著的放大效应。欧美主要国家在机械、汽车、航空、钢铁、造船、电子等大型制造产业中,基本完成了激光加工工艺对传统加工工艺的替代更新,进入“光加工”时代。在军事领域中,随着激光技术的发展,激光定向能武器成为各国重点支持和发展的新概念武器,而高功率、高光束质量光纤激光器已成为欧美军事大国的定向能新概念武器的首选光源之一。整体而言,激光技术进步正推动着世界“光加工”工业革命和“光对抗”军事变革,发展前景广阔。

    (2)激光应用领域

    激光正从广度和深度两方面日益拓展应用领域, 逐步渗透到国民经济的多个领域。在装备制造领域,高功率激光设备在航空、航天、汽车、高铁、船舶等高端装备制造等领域的切割焊接、测量、打标等环节发挥着越来越重要的作用。

    例如:在现代汽车制造中,汽车、高铁车身焊接均已全部实现激光焊接;激光加工是飞机机头(驾驶舱)机身切割成型和焊接的最佳解决方案。在精细微加工方面,超短脉冲激光在光伏、液晶显示、半导体、LED、OLED等领域的钻孔、刻线、划槽、表面纹理化、表面改性、修整、清洗等环节发挥了不可替代的作用。此外,激光与生物学、医学治疗及诊断、制药科学相结合,激光抗癌和物理治疗、激光手术、激光诊断、激光眼科治疗、激光美容已普遍进入医学各分诊疗科室,激光基因定序仪的发明使基因测序检测的时间过程加快了数百万倍。总之,激光与战略性新兴产业七大领域密切相关, 自身也是战略性新兴产业高端装备制造业的重要内容。

    据美国科学和技术政策办公室 2010年分析和统计,美国当年GDP的 50%(约 7.50 万亿美元)与激光在相关领域的市场应用及不断广泛拓展相关,其中最主要的是激光在信息、制造业和生命科学技术领域中的贡献,具体见下表:

主要激光光源设备

相应拓展领域

对应的 GDP

(万亿美元)

半导体激光器、光纤激光器

信息、计算机、远程商务、光纤通讯

4.00

二氧化碳激光器、光纤激光器、飞秒超快激光器、准分子激光器

 

交通运输、工业制造业

1.00

全固态激光器、准分子激光器、飞秒超快激光器

生物技术、人类健康、医学诊断治疗

2.50

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    二、光纤激光器的基本情况

    (1)光纤激光器的概念

    光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器, 属于固体激光器的一种,但因增益介质形状特殊且具有典型的技术和产业优势,行业中一般将其与其他固体激光器分开进行研究。 典型的光纤激光器主要由光学系统、电源系统、控制系统和机械结构四个部分组成,其中,光学系统由泵浦源、增益光纤、光纤光栅、信号/泵浦合束器及激光传输光缆等光学器件材料通过熔接形成全光纤激光器,并在电源系统、控制系统的驱动和监控下实现激光输出。同时,光纤激光器根据功率大小的不同采用不同的冷却方式, 通常情况下, 功率低于 200W 时采用风冷结构, 功率大于 200W时采用循环水制冷,以保证激光器在工业环境条件下可靠稳定运行。

数据来源:公开资料整理

    (2)光纤激光器的分类

    光纤激光器种类较多,根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可有多种不同的分类方式。根据目前光纤激光器技术的发展情况,其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种:

    1)按激光的工作模式分类

    按激光的工作模式可主要分为脉冲光纤激光器和连续光纤激光器。

    2)按输出激光功率大小分类

    按输出激光功率大小可分为:①低功率光纤激光器:平均输出功率小于100W 的光纤激光器;②中功率光纤激光器:平均输出功率在 100W 至 1,000W的光纤激光器;③高功率光纤激光器:平均输出功率大于或等于1,000W 的光纤激光器。

    三、光纤激光器行业市场概况

    (1)全球激光器行业发展现状

    1)全球激光器行业市场规模和用途

    欧美等发达国家最先开始使用激光器,并在较长时间内占据较大的市场份额。随着全球制造业向发展中国家转移,亚太地区激光行业市场份额迅速增长。

    发展中国家在制造业升级过程中,逐步使用激光设备代替传统设备,对激光器的需求旺盛,系目前全球激光行业市场最主要的驱动力之一。根据报告,2012-2016 年,全球激光器行业收入规模持续增长,从2012年的 87.30 亿美元增加至 2016 年的 104.00 亿美元,年复合增长率为 4.47%。随着大功率激光器技术突破和增材制造技术的成熟, 预计未来激光器行业将持续快速增长。2012-2016 年,全球激光器行业收入如下图所示:

2012-2016 年全球激光器行业收入

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    相关报告:智研咨询发布的《2017-2023年中国激光行业深度调研及发展前景预测报告》

    激光器用途十分广泛,目前主要应用于通信、材料加工、印刷、军事研发、医疗美容等领域。根据数据,2016年, 全球激光器行业应用领域中材料加工相关的激光器收入 31.20亿美元,占全球激光器收入的 30%,为仅次于通讯的第二大激光器应用领域;研发与军事运用相关激光器收入 8.32 亿美元,占全球激光器收入的 8%;医疗美容相关激光器收入 8.32 亿美元,占全球激光器的 8%。具体情况如下:

2016 年全球激光器用途分类情况

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    2)工业激光器市场规模和用途

    近年来,全球工业激光器市场规模保持较快增长,根据数据, 全球工业激光器收入从2012年的23.11亿美元增加至 2016年的31.57 亿美元,年复合增长率为8.11%。2014年以来,工业激光器市场规模增速逐步加快,最近三年的市场规模增长率分别为 5.79%、8.93%和 10.17%。2012-2016 年,全球工业激光器市场规模如下图所示:

2012-2016 年全球工业激光器市场规模与结构
单位:亿美元

数据来源:公开资料整理

    以工作物质分类,工业激光器可以分为光纤激光器、CO2 激光器、固体激光器和其他激光器,其中,光纤激光器在材料加工领域占比最高。2016 年,全球光纤激光器销售额为 13.05 亿美元,占工业激光器销售额的 41.34%。光纤激光器市场规模的快速增长系工业激光器市场规模增长的主要原因。在材料加工方面,工业激光器主要用于切割、打标、金属精加工、金属焊接等,其中,切割和打标为最重要的两个应用领域。2016 年,全球工业激光器在材料加工方面的应用中,切割应用占 36%,打标应用占 18%。具体情况详见下图:

2016 年全球工业激光器材料加工用途构成情况

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    (2)光纤激光器发展状况

    1)光纤激光器在工业激光器中的市场规模

    与其他激光器相比,光纤激光器拥有结构简单、转换效率高、光束质量好、维护成本低、散热性能好等优点,光纤激光器已成为金属切割、焊接和标记等传统工业制造领域的主流光源,并广泛应用于医疗美容、航空航天和军事应用等领域。

    全球光纤激光器收入从 2012年的 6.61 亿美元, 增加至 2016年的 13.05 亿美元,年复合增长率为18.54%,保持快速增长态势。2012-2016 年,光纤激光器市场规模如下图:

2012-2016 年全球光纤激光器市场规模
单位:亿美元

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    同时,光纤激光器在工业激光器中的市场份额保持逐年上升,从2012年的28.60%增加至 2016 年的41.34%, 成为市场份额最大的工业激光器。 2012-2016年,光纤激光器市场份额如下图:

2012-2016 年全球光纤激光器占工业激光器比重

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    2)光纤激光器的市场状况

    自光纤激光器问世以来, 高功率光纤激光器成为激光领域最为活跃的研究方向之一。 随着新型泵浦技术的采用和大功率半导体激光器制造技术和工艺的进一步发展成熟,光纤激光器得到了飞速发展。过去10年,光纤激光器在输出功率、光束质量和亮度等方面取得了巨大进步。光纤激光器效率和可靠性更高,通过开发更多的新工艺和加工方法, 将推动光纤光器在高端工业制造领域的进一步突破。

    根据报告, 光纤激光器的用途可以为打标、微材料加工(Micro Processing) 、宏观材料加工(Macro Processing)三大类。其中, 微材料加工包括了除打标以外, 所有输出功率小于 1,000W 的激光器应用;宏观材料加工包括了所有输出功率大于等于1,000W 的激光器应用, 主要为金属切割和焊接。近年来,光纤激光器市场规模保持增长,其中,用于宏观材料加工的激光器市场规模增长迅速,从 2012 年的 3.49 亿美元增加至 2016 年的 6.53亿美元,年复合增长率为 16.96%;用于打标的光纤激光器市场规模从 2012 年2.01 亿美元增长至 2016 年的 2.65 亿美元,年复合增长率为 7.16%;用于微材料加工的光纤激光器市场规模从 2012 年的 1.12 亿美元增加至 2016 年的 3.86亿美元,年复合增长率为36.25%。2012-2016 年,光纤激光器用途分类如下图所示:

    (3)中国激光产业发展状况

    1)中国为全球激光器最大的消费市场

    中国激光产业市场起步较晚,但随着中国装备制造业的迅猛发展,近年来,中国激光产业获得了飞速的发展。 中国是活跃的制造业市场及工业激光设备的主要市场,受宏观经济发展、制造业产业升级、国家政策支持等因素影响,中国工业激光产业成为受高度关注的产业之一,市场发展迅速。2015 年,中国取代欧洲,首次成为激光器最大的消费市场,市场规模增长至28亿美元左右,约占全球市场规模的 29%。

    2)对激光器市场需求量大

    中国激光器市场规模大、增速快。面对日益增长的激光器市场需求,国内激光器生产企业纷纷加大研发和生产力度,但由于国产产能不足以及产品品质差异,国内企业从欧美进口激光器的数量不断增加。例如:IPG 为全球知名光纤激光器企业,其在中国市场销售额和占比均呈逐年增长态势。2013-2016 年,IPG在中国市场销售额数据如下:

IPG 在中国市场销售规模(单位:亿美元)

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    (3)中国激光产业发展状况

    1)中国为全球激光器最大的消费市场

    中国激光产业市场起步较晚,但随着中国装备制造业的迅猛发展,近年来,中国激光产业获得了飞速的发展。 中国是活跃的制造业市场及工业激光设备的主要市场,受宏观经济发展、制造业产业升级、国家政策支持等因素影响,中国工业激光产业成为受高度关注的产业之一,市场发展迅速。2015 年,中国取代欧洲,首次成为激光器最大的消费市场,市场规模增长至28亿美元左右,约占全球市场规模的 29%。

    2)对激光器市场需求量大

    中国激光器市场规模大、增速快。面对日益增长的激光器市场需求,国内激光器生产企业纷纷加大研发和生产力度,但由于国产产能不足以及产品品质差异,国内企业从欧美进口激光器的数量不断增加。例如:IPG 为全球知名光纤激光器企业,其在中国市场销售额和占比均呈逐年增长态势。2013-2016 年,IPG在中国市场销售额数据如下:

IPG 在中国市场销售规模

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    3)国内光纤激光器行业发展迅速

    2007 年之前,尽管国内高校、研究所等单位在光纤激光器领域开展了大量的研究工作并取得了诸多成就,但国内光纤激光器的产业化和产品化仍然是空白,几乎所有工业光纤激光器全部依赖进口。2007 年以来,在国家产业政策支持和激光器企业的研发投入下,国内光纤激光器产业发展迅速,目前已出现超过十家光纤激光器企业。随着国内光纤激光器企业综合实力的增强,国产光纤激光器功率和性能逐步提高,目前产业化光纤激光器功率已能达到万瓦级别。据中国光学学会激光加工专业委员会报告,2016 年,中国低功率光纤激光器市场已被国内企业占据,国内企业市场份额高达 85%;中功率光纤激光器市场,国内企业与国外企业市场份额相当; 高功率光纤激光器市场, 国产产品已实现部分销售。国产光纤激光器逐步实现由依赖进口向自研、替代进口到出口的转变。

    4)国内光纤激光器市场竞争格局

    目前,我国光纤激光器行业处于快速成长阶段,普通低功率光纤激光器技术门槛较低,国产低功率光纤激光器的市场占有率超过 85%。高功率光纤激光器技术门槛较高,企业竞争主要围绕创新能力、研发实力、核心材料和器件产业链整合能力展开,目前高功率光纤激光器市场仍以欧美知名光纤激光器企业为主导,产品价格和附加值相对较高。

    (4)全球光纤激光器市场规模预测

    1)2017-2020 年全球光纤激光器市场规模

    与其他激光器相比,光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、体积小巧等优势。近年来,随着光纤激光技术的发展和下游行业需求的增加,光纤激光器市场规模保持快速增长。传统制造、汽车生产、重工制造等行业正越来越多的使用光纤激光器;同时,医疗美容、通信和航空航天领域也开始使用光纤激光器。根据预测,全球光纤激光器的销售额将由 2017年的 15.90 亿美元增加到 2020 年的 25.00 亿美元,年复合增长率为 16.28%。

2017-2020 年全球光纤激光器市场规模

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    2)用于工业领域的光纤激光器市场规模

    工业领域依然是光纤激光器主要应用领域,包括切割、焊接、雕刻和打标等材料加工。光纤激光器具有光电转换效率高、光束质量好、投资维护成本低等优点,为材料加工的理想激光器。以金属焊接为例,光纤激光器实现了非接触式的焊接过程,减少切割材料损耗,且无需进行后续处理,有助于提高工作效率,并大幅降低制造成本。根据预测,应用于工业领域的光纤激光器的销售额将由 2017 年的 13.70 亿美元增长至 2020 年的 21.60 亿美元,年复合增长率为 16.39%。

2017-2020 年用于工业领域的光纤激光器市场规模

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    3)按地域划分的市场状况预测

    ①总体情况

    亚太地区为全球最主要的光纤激光器市场,由于亚太地区集聚了全球重要的汽车业、传统制造业和半导体行业,对光纤激光器需求非常旺盛。欧洲为第二大光纤激光器市场,Trumpf 公司等光纤激光器生产商设立在欧洲。美国是第一个将光纤激光器用于制造业和进行高功率激光应用的国家, 全球知名的大型光纤激光器生产商,如IPG、Coherent、nLight 等公司总部都设立在美国,但北美洲工业制造对光纤激光器需求相对较小。

    2015年,全球光纤激光器市场主要集中在亚太地区、欧洲和北美洲,其中,亚太地区占 45%的市场份额、欧洲占33%的市场份额、北美洲占 19%的市场份额。预计到2020年,亚太地区将成为光纤激光器市场增长的重要动力,亚太地区市场规模将进一步增加,市场份额将从45%提升至 50%。

2015 年和 2020 年全球光纤激光器市场结构

数据来源:公开资料整理

    ②亚太地区

    亚太地区是全球工业激光器的最大市场。 由于消费电子领域是工业激光器最大的终端应用产业,消费电子产品制造商的市场需求将使中国、日本、韩国、印度、台湾等国家和地区的工业激光器市场呈现大幅增长。鉴于亚太地区工业部门的快速发展和光纤激光器低成本、高输出功率的优势,用于材料加工的光纤激光器市场空间巨大。根据预测,2017 年亚太地区光纤激光器市场规模为 7.45 亿美元,2020 年有望达到 12.56 亿美元,在此期间年复合增长率为19.02%。

2017-2020 年亚太地区光纤激光器市场规模

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    ③欧洲

    欧洲对光纤激光器的需求主要源于其汽车行业, 光纤激光器能够实现高强度的钢切割和焊接汽车部件,近年来汽车行业对光纤激光器的需求不断增加。根据预测,2017 年欧洲光纤激光器市场规模为 5.08 亿美元,2020 年有望达到 7.54 亿美元,在此期间年复合增长率为 14.07%。

2017-2020 年欧洲光纤激光器市场规模

数据来源:公开资料、智研咨询整理

    ④北美洲

    北美洲为 IPG、Coherent、nLight 等国际知名光纤激光器生产商的总部所在地。北美洲通常是率先采用新技术的区域,但该地区的光纤激光器市场规模相对较小,主要原因为北美洲经济增长缓慢、制造业较为低迷。尽管如此,鉴于北美洲在研究、通信、医疗、军事和国防行业等领域的发展,同时在美国政府提出的制造业回归政策的刺激下,预计北美洲激光器市场将快速增长。根据预测,2017年北美洲光纤激光器市场规模为 2.82 亿美元,在 2020年有望达到4.11亿美元,在此期间年复合增长率为13.38%。

2017-2020 年北美洲光纤激光器市场规模

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    四、光纤激光器行业发展趋势

    光纤激光器因其高效率及低维护运营成本等优势逐渐受到激光系统集成商的青睐,已经或正在许多应用领域替代 CO2 激光器和其他固体激光器,对激光器市场产生了革命性的改变,推动全球激光市场的不断发展。随着光纤激光器在工业加工领域的应用范围不断扩展,未来几年内,光纤激光器行业将会出现五大发展趋势:

    (1)向更高功率方向发展

    在船舶、航天等高新技术领域需求和增材制造技术广泛应用的推动下,更高输出功率成为光纤激光器发展的主要研究内容之一, 光纤激光器的输出功率将从百瓦级、千瓦级向万瓦级发展。预计通过采用更高功率的泵浦源、更先进的特种光纤设计和高功率光纤合束技术,光纤激光器输出功率将达到数万瓦级。配置千瓦至数万瓦的大功率光纤激光器的工业装备将会成为高端制造业的主流设备。

    (2)向高平均功率、高峰值功率的脉冲光纤激光器发展

    在激光的许多应用中,例如激光深雕、激光清洗等需要高平均功率、高峰值功率的脉冲光纤激光器,将高光束质量、小功率的激光器作为种子光源,双包层光纤作为放大器,容易获得高平均功率、高脉冲能量的脉冲激光输出,是目前行业研究的热点和难点。

    (3)向超短脉冲光纤激光器方向发展

    在激光精细加工领域,例如脆性材料打孔、蓝宝石玻璃切割等,需要超快超短脉冲光纤激光器。目前,中高功率的超快超短脉冲光纤激光器是研发的热点。

    (4)向更高亮度方向发展

    高光束质量的高功率光纤激光器在科研和军事领域需求旺盛, 主要用户为科研机构、高等院校和政府部门。目前,国外发达国家把高光束质量的大功率光纤激光器作为战术激光武器的首选光源, 军事等特殊需求将促使光纤激光器在向更高功率发展的同时向更高亮度方向发展, 即在提升输出功率同时保持光纤激光器输出光束质量。

    (5)向模块化、智能化方向发展

    为了适应市场上对于激光器多种需求,光纤激光器将逐渐走向系列化、组合化、标准化和通用化。利用有限的规格和品种,通过组合和搭配不同模块,缩短新产品开发周期,提高产品的稳定性和可靠性。同时,通过采用先进的通信技术和设计理念,实现光纤激光器的远程诊断、远程维修、远程控制以及数据统计,通过对光纤激光器运行状态的实时监控,提前发现和处理产品潜在的故障,从而为客户提供更好的产品服务。


发布时间 : 2018-04-12

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