一、智能制造基礎(chǔ)技術(shù)

大功率激光技術(shù)主要應(yīng)用于激光打標(biāo)、激光切割、激光焊接與激光微加工（包含 3D 打印）等激光加工領(lǐng)域，是智能制造的基礎(chǔ)性技術(shù)。激光加工產(chǎn)業(yè)鏈上游為激光器及光學(xué)元器件、數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機(jī)等輔助器件，中游為激光系統(tǒng)集成設(shè)備，下游是各類細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域，其中激光器是激光加工產(chǎn)業(yè)鏈的核心部分。研究機(jī)構(gòu) Strategies Unlimited 數(shù)據(jù)顯示，2014 年全球激光器銷售額超過 25 億美元，激光系統(tǒng)集成設(shè)備銷售額達(dá)到 94 億美元。

激光加工產(chǎn)業(yè)鏈

激光加工設(shè)備及產(chǎn)品

激光切割機(jī)是利用經(jīng)由聚焦的高功率密度光束照射工件，在光斑會焦點(diǎn)處的激光功率密度可以達(dá)到 106~109W/cm2，能夠產(chǎn)生 10000℃以上的局部高溫，使工件瞬間汽化，再配合輔助氣體將汽化的金屬吹走，從而將工件穿出一個(gè)很小的孔，隨著數(shù)控機(jī)床的移動，無數(shù)小孔連接成目標(biāo)外形。由于激光切割的頻率非常高，所以每個(gè)小孔連接處非常光滑，切割出來的產(chǎn)品光潔度很高。

激光打標(biāo)機(jī)打標(biāo)原理是通過表層物質(zhì)的蒸發(fā)露出深層物質(zhì)，或者是通過光能導(dǎo)致表層物質(zhì)的化學(xué)物理變化而"刻"出痕跡，或者是通過光能燒掉部分物質(zhì)，顯出所需刻蝕的圖案、文字、條形碼等各類圖形。

激光焊接機(jī)是利用高能量激光對材料進(jìn)行微小區(qū)域的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料融化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式，主要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊、對接焊、疊焊、密封焊等，具有深寬比高、焊縫寬度小、變形小，焊接速度快，焊縫平整、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理，焊縫質(zhì)量高，可精確控制，聚焦光點(diǎn)小，定位精度高，易實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)。目前激光焊接主要由激光復(fù)合焊和激光釬焊兩種方式。

兩種激光焊接方式對比

激光 3D 打印是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)目標(biāo)件的形狀參數(shù)，利用激光或其他精準(zhǔn)加熱技術(shù)將金屬、陶瓷、塑料、砂等不同打印材料在指定位臵融化，每次制作一個(gè)具有一定微小厚度和特定形狀的截面，再把它們逐層粘結(jié)起來，就得到了立體的目標(biāo)件。3D 打印技術(shù)是在現(xiàn)代 CAD/CAM 技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的。

激光 3D 打印多用于汽車制造。汽車制造方面：用于制造金屬汽車零部件的 3D 打印機(jī)銷售量在過去 10 年中增長顯著。汽車制造是 3D 打印機(jī)市場的主要增長領(lǐng)域之一。大多數(shù)汽車制造商正在從傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)型到可高度定制的 3D 打印制造技術(shù)，以生產(chǎn)自己的功能部件和原型。

二、激光加工空間巨大

激光加工技術(shù)的核心是激光器。激光器按照激光介質(zhì)分，一般可以分為 CO2 激光器、固體激光器和光纖激光器等。激光器是激光加工設(shè)備的核心零部件，激光器的種類和好壞直接決定了激光加工設(shè)備的加工工藝，產(chǎn)品質(zhì)量和使用成本。

激光加工一般需要考慮激光功率、作用時(shí)間以及材料對能量的吸收效率等，不同的激光器適用于不同的加工工藝。一般來說 CO2 激光加工設(shè)備適用于金屬材料的加工，如激光打孔、切割或者焊接，而小功率的激光加工工藝，如激光打標(biāo)、非金屬材料的切割等，一般采用固體激光器或者光纖激光器等。此外，光纖激光器功率范圍較廣，且具有免維護(hù)等特點(diǎn)，開始逐漸替代其他種類的激光加工設(shè)備。

全球激光器銷售額（按激光器分類百萬美元）

光纖激光器市場占比上升達(dá)到約 39%

激光系統(tǒng)集成設(shè)備市場全球規(guī)模接近百億美元。激光器一般通過系統(tǒng)集成進(jìn)行銷售，如打標(biāo)機(jī)、切割機(jī)、焊接機(jī)和 3D 打印機(jī)等，終端用戶很少直接單獨(dú)采購激光器，因此激光系統(tǒng)集成的發(fā)展趨勢與激光器相一致，系統(tǒng)集成市場容量一般是激光器市場的 3.6 倍左右。全球激光系統(tǒng)集成收入結(jié)構(gòu)中，CO2 激光系統(tǒng)集成占比約 56%，主要原因是 CO2 激光器系統(tǒng)集成設(shè)備一般為高功率激光切割/焊接設(shè)備，是工業(yè)激光應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。

全球激光器市場及激光系統(tǒng)集成市場規(guī)模

激光切割領(lǐng)域，市場呈周期性滯漲。2008 至 2010 年國內(nèi)激光切割設(shè)備的市場銷售收入增長率始終維持在 20%以上，2011 年開始增速開始下降，2013 年市場規(guī)模達(dá)到約 33 億元，增長率卻下降至 5%。這一現(xiàn)象主要由國內(nèi)制造業(yè)整體呈下跌趨勢導(dǎo)致，需求激發(fā)有限，市場行情出現(xiàn)周期性滯漲。

國產(chǎn)激光切割設(shè)備目前已占優(yōu)勢。以大功率激光切割設(shè)備為例，國內(nèi)市場主要參與者為大族激光、華工科技、團(tuán)結(jié)激光以及德國通快等。大族激光在大功率切割設(shè)備領(lǐng)域國內(nèi)市占率已經(jīng)超過 30%，裝機(jī)量位列全國第一，全球第四。

2009 -2013 年中國激光切割設(shè)備銷售情況

國內(nèi)大功率激光切割設(shè)備市場分布

激光打標(biāo)受消費(fèi)電子需求拉動效應(yīng)明顯，具有明顯“大小年”現(xiàn)象。2014 年大族激光打標(biāo)設(shè)備實(shí)現(xiàn)銷售收入約 13 億元，較 2013 年增長約 67%。

激光 3D打印領(lǐng)域，金屬 3D打印目前占比較小，增速較快。3D打印技術(shù)報(bào)告《Wohler’s Report 2015》顯示，2014 年全球 3D 打印產(chǎn)品和服務(wù)市場增長了 35.2%，達(dá)到 41 億美元。據(jù)預(yù)測 2017 年市場規(guī)模會達(dá)到 60 億美元，而 2021 年將達(dá)到 110 億美元。目前金屬 3D 打印占 3D 打印份額較小，但增速更快：用于增材制造的激光器市場，2014 年增長 62%，2015 年預(yù)計(jì)增長 29%，是所有激光器子行業(yè)應(yīng)用中增長最快的領(lǐng)域。2013 年底，全球金屬打印設(shè)備銷售翻番并且接近 350 臺，全球工業(yè)級金屬 3D 打印機(jī)售價(jià)可達(dá) 100 萬美元，以此計(jì)算全球激光 3D 市場空間已超過 3.5 億美元。

3D 打印市場份額