激光加工设备行业现状

激光加工设备行业现状激光设备行业的特点和发展趋势（一）激光加工技术概况激光是指窄幅频率的光辐射线通过受激反馈共振与辐射放大产生的准直、单色、相干的定向光束。作为一种新光源，激光以其方向性好、单色性好、相干性好、能量密度高等特点，在工业、信息、医学、商业、科研等多个领域都得到了广泛的应用。激光在工业上的应用主要体现在利用激光束与物质相互作用的特性对材料进行加工处理，激光加工按激光束对材料的作用效果可划分为激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光清洗、激光打标等。激光加工技术凭借其精度高、速度快、加工效果好等优势正逐步实现对传统加工技术的替代，并成为国家大力支持和推广的高新技术之一。在当前全球经济逐步回暖、制造业投资显著增加以及智能制造加速推进的大背景下，激光加工技术下游应用的深度和广度将得到进一步扩展。激光加工技术已被广泛应用于工业、信息、医学、商业、科研等领域。在工业领域，激光加工可用于多种金属、非金属材料的加工，尤其是高硬度、高脆性以及高熔点的材料。激光加工相较传统加工方式具有可加工材料范围广、加工效率高、加工精度高、工件形变小等优势，是对传统加工技术的革新，可推动传统制造业全面转型升级和跨越发展。从应用领域来看，激光加工可细分为激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光清洗、激光打标等，激光加工技术在以上领域均展现出突出优势。（二）激光加工技术特点顺应高端制造精密制造趋势，正加速实现对传统加工方式的替代激光加工技术凭借可加工材料范围广、加工效率高、加工精度高、工件形变小等优势，在材料切割、焊接、增材制造、喷码打标等领域正逐步取代传统加工工艺，并被广泛应用于材料加工与光刻、通信与光存储、仪器与传感器、医疗与美容、科研与娱乐及打印等领域。此外，激光加工数控工业软件还可与计算机数控技术、机械自动化技术等相结合，组成智能激光加工装备，实现对不同材质、不同形状及不同体积的材料的精密加工。当前国家大力支持传统制造业向高附加值、高技术壁垒的高端制造及精密制造转型升级，同时，随着激光技术的进步与快速迭代，激光加工设备的成本逐步下降，预期激光加工技术将加速在制造业诸多领域全面取代传统加工技术，大幅提升工业生产效率，推动制造业的转型升级。（三）经过长期技术积累和产业化应用实践，激光加工行业已形成完善的产业链体系经过长期技术积累和产业化应用实践，激光加工行业已形成完善的产业链体系。产业链上游主要包括光学材料和元器件、机械、数控、电源及辅助材料等，中游主要为各种激光器及其配套装置与设备，下游则以激光应用产品、激光制造设备、消费产品为主。激光加工设备行业发展现状及趋势总体上看，我国激光加工设备行业近年来发展迅速，但在核心技术水平及应用渗透率等方面较发达国家仍存在一定差距。作为实现传统制造业向智能制造迈进的核心技术之一，国家高度重视并大力支持激光加工技术的产业化发展，并为进一步扩大应用范围提供政策引导，持续推动我国制造业生产方式和制造工艺的转型升级。（一）激光加工设备行业核心零部件逐步实现国产化激光器是激光加工设备的核心部件，而激光器核心器件包括泵浦源、光学谐振腔等，由于其技术壁垒较高，导致长期以来我国激光器核心器件的进口依存度较高。为降低对激光器核心部件的进口依赖和生产成本，近年来国内厂商纷纷加大自主研发力度，投入更多科研资源，我国激光器行业逐渐步入快速成长阶段，国产化程度逐年提升。以光纤激光器为例，根据《2022中国激光产业发展报告》，从市场渗透率来看，在1-3KW功率段光纤激光器市场，2022年国产光纤激光器市场份额预计将达到97．3%，已基本实现国产化；在3-6KW功率段光纤激光器市场，国产激光器渗透率由2018年的15．8%迅速提升至2022年（预计）的95．7%；在6-10KW功率段光纤激光器市场，2022年国产渗透率预计将达到58．6%。在10KW以上功率段光纤激光器市场，国产激光器渗透率更是从2018年的5．7%快速增长至2022年（预计）的64．1%。随着国内激光器企业综合实力的增强，国产激光器与国际技术差距逐步缩小，低功率激光器已基本实现，中功率、高功率光纤激光器国产化率快速提升。未来随着技术差距的进一步缩小，预计国产激光器功率和性能将逐步提高，高功率段光纤激光器领域的国内外品牌竞争将愈演愈烈，激光设备核心零部件的国产化率也将进一步提升。（二）激光加工设备行业下游应用领域广泛，持续向高功率、短波长、窄脉宽方向发展随着我国国民经济的快速发展与国家战略的深入实施，工业生产中各类金属、非金属工件的加工需求持续旺盛。随着激光技术的进步及对传统加工工艺的替代，近年来激光加工设备的应用领域快速拓展，国内激光加工设备市场迎来高速增长期。目前，激光加工设备广泛应用于汽车零部件、工程机械、桥梁建筑模板、装配式建筑、特变电输送铁塔、材料加工与光刻、航空航天、通讯与光储存、医疗美容等多个行业。具体而言，在宏观加工领域，汽车、工程机械、航空航天器等领域大型加工件的切割、焊接可通过激光加工方式实现，相较传统加工方式可大幅提高加工效率和加工精度；在微观加工领域，激光加工覆盖半导体、LED、OLED、液晶显示等领域的精密加工环节。整体上看，激光加工具有精度高、效率高等显著优势，在诸多加工领域替代传统加工设备，一方面其广泛应用显著促进了下游产业链的协同发展，同时催生了新的产业形态，另一方面下游应用领域的不断拓展亦促进了激光加工技术的持续优化升级。根据《2022中国激光产业发展报告》数据，2021年我国激光加工设备行业市场规模达到821亿元，预计2022年国内激光加工设备行业市场规模将达到876亿元。随着新冠肺炎疫情后国民经济的持续复苏、传统制造业转型升级的进一步推进以及激光技术不断发展成熟，各行业对激光加工设备的需求将不断增长，激光加工设备市场将迎来较长的发展机遇期。此外，在国内制造业转型升级不断深化的背景下，为更好的满足高端制造业日益增长的高强度加工、精密加工需求，激光技术不断向高功率、短波长、窄脉宽方向发展。更高的功率能够提高设备对工件的加工速度和强度，提升加工效率；波长更长可使激光束集聚性更好，在加工中形成更小的光点，提升加工精度；更窄的脉宽能够降低加工时对工件表面的损伤，从而使加工的效果得到优化。（三）激光加工设备日趋数字化智能化当前全球已步入数字经济时代，随着信息技术发展和跨领域应用逐渐增加，其与制造业的融合日趋紧密，推动制造业不断向着云化、智能化方向发展，其中工业互联网是重要的实现方式。在此背景下，处于制造业前端的激光加工设备已不仅仅是独立运行的工业机器，而是通过结合工业互联网技术与激光加工技术，可实现生产计划管理、设备在线监控和维护、故障在线诊断等一系列功能的数字化设备，可帮助生产企业提升效率、降低成本。未来随着各类信息技术与激光加工技术进一步结合，激光加工设备将能够更好的为制造业企业转型升级提供支持。此外，通过激光技术与数控技术的融合还可使激光加工设备具备对加工流程的分析、判断、执行等能力，从而更好地实现制造流程的自动化、智能化。目前，市场上主流的激光切割、焊接、熔覆设备已可通过数控系统和自动化传动装置实现对加工头运行、出光的精准控制，而数控系统还能够实现整个激光加工生产线中各台设备间的协调高效运行，在减少人力成本的同时，进一步提升加工效率和品质。未来随着国家智能制造战略的进一步落地，我国激光加工设备领域持续向数字化、智能化发展将成为必然趋势，也将有更多智能化激光加工设备涌现并应用于国民经济的各领域，推动制造业向着智能制造方向发展。（四）激光加工设备日趋集成化柔性化随着国民经济日益发展，装备制造业下游客户的应用场景和个性化加工需求日趋增多，要求激光加工设备具备更广阔的适用领域和更完善的协同加工能力以满足客户的多元化需求。在生产实务中，功能单一的激光加工整机设备已逐渐无法满足制造业企业精密、复杂工件的加工需要，因此，采用产线集成化设计、模块柔性化生产，能够根据客户需要实现多环节、多工序加工的激光加工智能制造生产线日益受到制造业企业的青睐。相较仅能完成单一加工环节的单台激光加工设备，激光柔性加工生产线可根据客户需要完成包括切割、折弯、焊接、熔覆、打标、智能搬运与码垛等在内的多道工序，帮助客户大幅提升整体生产效率。预计集成化、柔性化将成为未来激光加工设备行业新的发展方向和机遇。（五）激光加工设备应用领域不断拓展随着激光技术的持续进步，激光加工设备的应用场景不断拓展。面对不同领域日新月异的加工需求，激光加工技术还可与其他众多技术融合，进而孕育出新兴技术和产业。近年来，激光加工技术越来越多地渗透进入材料加工与光刻、高端工程机械、桥梁建筑模板、装配式建筑、特变电输送铁塔、航空航天、通讯与光储存、医疗美容等工业及消费领域，未来广阔的发展空间为激光加工设备提供了广阔的发展机遇。光纤激光器行业发展2019年光纤激光器市场是竞争激烈、也是继续发展的一年。2019年中国光纤激光器市场销售总额超过82．6亿元。从我国光纤激光器市场来看，国产光纤激光器逐步实现由依赖进口向自主研发、替代进口到出口的转变。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，我国光纤激光器市场从2015年的40．7亿元增长到2019年的82．6亿元，预计2020年会小幅增长到85．6亿元。随着光纤激光器市场规模的不断扩大，光纤激光器核心器件的方案已基本成形，激光产业链日趋成熟，激光器的核心器件国产化率也随之提高，进而使得激光器的成本逐渐下降。激光器的价格战也出现了阶段性的变化，价格竞争主战场从1~3kW产品段转移至6~40kW产品段。激光增材制造行业发展在过去的几十年中，激光增材制造得到了越来越多的关注，激光已成为增材制造（AM）越来越重要的核心，基于激光的增材制造系统占金属增材制造市场收入的一半以上，全球增材制造市场预计在2019年为7．74亿美元，预计到2024年将达到3．2亿美元。毫无疑问，基于激光的增材制造已成为激光行业的一个非常重要的应用领域。使用增材制造（尤其是金属制造）的关键要求之一是获得所需的力学性能。由于增材制造涉及许多会影响工艺条件的变量，因此仅通过试验来确定所得力学性能的尝试可能既耗时又昂贵。为了减轻这个问题并获得对过程的深入了解，已经进行了许多开发预测性过程模型的尝试。AM的预测模型可以大致分为三类：AM过程热模型、微结构预测模型和力学性能预测模型。激光增材制造面临巨大挑战，只有克服这些挑战，才能被接受为经济上可行的工业制造工艺。但与此同时，它也提供了前所未有的机会来制造那些传统制造工艺无法制造的新产品。显然，一项重大挑战是通过基于物理学的建模或数据驱动的方法来建立过程-微结构-属性关系，以促进增材制造零件的鉴定过程。此外，必须同时开发可靠的过程中监视方法。激光金属AM提供的新机会包括制造大量定制的零件（例如医疗植入物），具有所需局部特性的功能渐变零件，用于制造智能或超材料结构的拓扑设计，几何形状复杂的零件（例如：热交换器），新型材料的合成，需要跨学科的人们共同努力，以产生新的设计和材料，从而加速AM在制造业的应用。激光加工设备细分行业发展趋势（一）激光切割简介及应用1、激光切割技术概述激光切割技术是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而将工件割开。激光切割具有切割质量好、切割效率高、切割速度快、非接触式切割、可切割材料种类多等优势。2、激光切割行业市场规模根据《2022中国激光产业发展报告》数据，2021年我国激光加工设备行业市场规模达到821亿元，其中激光切割设备为激光加工技术的第一大应用领域，市场规模达280．1亿元，占比高达34%。预计2022年国内激光加工设备行业市场规模将达到876亿元，其中激光切割设备行业市场规模预计将达到300亿元。在材料加工领域，切割是不可或缺的重要工艺之一。过去由于激光加工设备成本高昂，激光切割在制造业渗透率较低，而近年来随着激光切割设备成本的不断下降和激光切割性能的不断提升，激光切割逐步取代传统切割方式，在汽车零部件、工程机械、桥梁建筑模板、装配式建筑、特变电输送铁塔、航空航天、通讯与光储存、医疗美容及其他更多领域获得广泛的运用。在汽车零部件行业，激光切割设备可应用于汽车五金零件、汽车车身、车门框后备箱、车顶盖、安全气囊、保险杠、中控板、立柱、座套、地毯等金属和非金属板材、管材的平面切割和三维立体切割；在工程机械行业，激光切割设备可应用于碳钢、中厚板或超厚板切割、钣金件预留工艺豁口、制作钣金样板和钻孔样等；在特变电输送铁塔行业，激光切割设备可应用于板材和管材下料、制孔、打标识、开坡口等生产工序。几乎在所有需要材料切割的领域，激光切割均可以满足相应需求，下游应用行业广泛。（二）激光焊接简介及应用1、激光焊接概述激光焊接利用激光束优异的方向性和高功率密度等特性进行工作，通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物溶化并形成牢固的焊点和焊缝。激光焊接根据焊接作用深度，可分为热传导焊和深熔焊；根据激光是否透过被焊物料，分为穿透焊和缝焊；根据使用激光的工作模式分为脉冲模式焊接和连续模式焊接。2、激光焊接行业市场规模随着激光焊接在汽车制造、新能源电池、数码加工、精密加工等领域应用的崛起，国内激光焊接设备市场规模不断扩大。根据《2022中国激光产业发展报告》，近年来受新能源汽车、锂电池、半导体及新兴市场的需求驱动，同时受益于激光功率的不断提升和激光器价格的下降，激光焊接设备在各行业渗透率不断提高。2021年中国激光焊接成套设备市场销售收入为66．5亿元，同比增长29．9%，预计2022年将突破80亿元。在汽车零部件行业，激光焊接设备已广泛应用于汽车车身、车顶、底盘、车门、发动机盖、发动机架、排气管、仪表盘、电池组焊接等各种结构和零部件的平面焊接和三维立体焊接，显著提升了汽车制造水平和品质，为实现汽车轻量化、高强度创造了条件；在工程机械行业，激光焊接设备可应用于大尺寸碳钢、厚板、薄板、高强度结构件焊接等；在特变电输送铁塔行业，激光焊接设备的应用场景主要包括塔角焊接、结构件焊接等。激光焊接设备自动化程度高，焊接速度快，可以大幅提升焊接效率和质量，在大规模产线和柔性制造中都对社会资源优化分配、社会效率提升方面拥有重要意义。（三）激光熔覆简介及应用1、激光熔覆技术概述激光熔覆技术，又称激光增材制造技术，是一种以激光为能量源的增材制造技术，采用高能量激光作为热源，金属合金粉末作为熔覆材料，通过激光与合金粉末同步作用于金属表面快速融化形成熔池，再快速凝固形成致密、均匀并且厚度可控的冶金结合层，从而达到显著改善工件的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能，或达到修复工件表面尺寸、强化延长寿命的效果。激光具有能量密度高的特点，可实现难加工金属的制造，同时激光增材制造技术还具有不受零件结构限制的优点，可用于结构复杂、难加工以及薄壁零件的加工制造。目前，激光增材制造技术所应用的材料已涵盖钛合金、高温合金、铁基合金、铝合金、难熔合金、非晶合金、陶瓷以及梯度材料等，在航空航天领域中高性能复杂构建和生物制造领域中多孔复杂结构制造具有显著优势。2、激光熔覆行业市场规模根据《2022中国激光产业发展报告》数据，2021年我国激光熔覆设备行业市场规模达42．9亿元，预计2022年将达到48．1亿元。3、激光熔覆在多方面领先传统表面处理工艺，发展前景广阔激光熔覆技术可以显著改善工件的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能，或达到修复工件表面尺寸、强化延长寿命的效果，可以替代TIG电弧增材、超高速火焰喷涂、等离子喷涂、电镀硬铬等传统表面处理工艺。激光焊接行业发展近年来，激光焊接设备在五金建材、汽车制造、电子产品、医疗设备、新能源电池及航空航天等行业逐渐替代传统焊接设备，占据市场份额。在汽车工业中，白车身（BIW）焊接被广泛使用，需要多达2000~5000个点焊，传统上是通过电阻点焊来完成的。然而，镀锌钢板的电阻点焊存在许多问题，例如，焊接所需的时间长，电极的维护成本高以及锌涂层黏附在电子产品上等问题。随着汽车工业向更轻量级结构发展，铝和镁合金等其他材料正在成为替代镀锌钢的候选材料。由于BIW约占车辆重量的27%，因此使用这些轻质材料有望减轻车辆的总重量。然而，对于这些材料，与电阻点焊有关的问题更加严重。采用激光焊接，可以克服其中一些问题。除BIW之外，激光焊接还应用于发动机零件、变速箱零件、交流发电机、螺线管、燃料喷射器、燃料过滤器