国家产业政策支持激光加工行业发展分析

国家产业政策支持激光加工行业发展分析国家产业政策支持激光加工行业发展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，在制造业转型升级过程中发挥着关键作用。激光加工装备作为激光技术在生产实践中的重要载体，属于国家政策重点扶持领域。政策支持为激光加工装备市场的快速发展奠定了坚实基础。2006年《国家中长期科学和技术规划纲要2006-2020》中就将激光技术列为未来发展的前沿技术之一，近年来国家陆续出台多项政策，多方面引导、助力激光加工设备行业发展。《战略性新兴产业分类（2018）》将激光切割设备、激光焊接设备、激光热处理和熔覆设备作为战略性新兴产业中的智能制造装备产业的重点产品和服务列入指导目录。《产业结构调整指导目录（2019年本）》将激光切割和焊接设备列为鼓励类产业。2020年1月，科技部、发改委、教育部、中国科学院、自然科学基金委联合发布了《加强从0到1基础研究工作方案》，方案提出未来将重点支持人工智能、网络协同制造、3D打印和激光制造等一系列重大领域，推动关键核心技术突破。2021年3月，全国人大审议并通过《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，规划提出未来将重点培育先进制造业集群，推动集成电路、航空航天、船舶与海洋工程装备、机器人、先进轨道交通装备、先进电力装备、工程机械、高端数控机床、医药及医疗设备等产业创新发展。激光清洗行业发展我国激光清洗技术的研究和设备开发起步较晚，早期发展基本上是跟踪国外技术。近两年来，随着国家环保政策的不断收紧以及人们对环保意识的日益增强，激光清洗行业逐渐走向上升通道，在机械、石化、公路运输、印刷、电子电路及核工业等行业持续发力。激光清洗行业还在不断扩大应用范围，已经渗透到航空公司飞机维保领域。以中国南方航空为例，采取激光清洗手段每清洗一架空客A320客机，平均节省维护成本约40万元。当前，国内销售收入过千万的激光清洗企业已经不下30家，少数几家已经逼近5000万元的年销售收入。预计2020年整个行业将会进一步爆发，年营收增幅有望超过30%。超快激光也是近年来激光市场最突出的增长点，其增速数倍于激光行业的整体增速。2019年国内从事超快激光器研发生产的企业超过25家，预计2020年国内超快激光器市场规模将达到25亿元。超快激光器市场在脆性材料加工市场取得了稳步增长。诸如手机屏异形切割、手机摄像头蓝宝石盖板切割、特殊材料标记、隐形二维码打标、高性能FPC切割、OLED材料切割打孔，以及太阳能PERC电池加工等领域订单需求不断。国内超快激光器生产企业也逐渐找到了自己的细分赛道。随着5G通信技术走向成熟，2020年消费电子市场有望迎来一波换机热潮。近两年，国内面板厂商持续加码柔性屏幕生产线，为下一代手机提供新型显示方案。然而，适用柔性AMOLED材料加工的激光微加工设备中，绝大多数的超快激光器仍依赖进口。随着更多柔性屏幕产线投产和成规模出货，巨大的潜在市场将有效推动国内超快激光器企业和下游设备企业奋发图强，从而弥补产业链条缺少国产设备的短板。水中的激光微加工是将要加工的工件表面置于水下，并且因施加水而导致加工质量的提高。水射流引导的激光微加工，其中水射流可以帮助引导激光束，增加工作距离，减少污染并产生冷却效果。助水密激光微加工（UWLM）是近年来一种新的加工技术，该技术除了对要加工的表面区域进行水密化外，还应用了超声波引起超声空化并激励水产生有益的效果，例如原位超声清洁，以改善加工过程。在实验室条件下，发现在ns入射激光脉冲相似的情况下，与在空气中进行激光微加工相比，UWLM产生的碎屑沉积要少得多，并且每个脉冲的烧蚀深度比没有超声的水中要高几倍。还有一种超声波辅助加工工艺，超声振动辅助激光加工是指将要加工的工件表面进行超声振动，而不是将其浸入水中的过程。它与前述的UWLM工艺从根本上不同，因为它不涉及UWLM在水浸工件表面加工区域周围的超声波水内清洁作用的关键组成部分。人们发现施加超声振动可以提高激光加工效率。除超声波外，人们正在尝试激光加工与电化学加工，电场或磁场的组合。激光微加工通常涉及将激光直接照射到工件表面以去除材料。近来一种经过改进的工艺称为激光诱导等离子体微加工（LIPMM），其中将介质中的激光诱导等离子体用于去除材料的能源。另外，一种提高激光微加工质量和效率的方法是使用激光脉冲序列，其中每个序列包含两个或多个具有适当脉冲能量和相对定时等的脉冲。激光加工技术及产业的现状激光是20世纪的一项重大科学技术发明，与原子能、半导体和计算机一样著名。具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性好的特点，被称为最快的刀最准的尺最亮的光。在过去的60年中，与激光有关的研究获得了许多诺贝尔奖，充分证明了激光技术在促进尖端科学研究和促进科学技术进步方面的显著作用。激光与相关技术的融合形成了激光制造，为人类改变世界提供了崭新的工具。激光制造技术具有易操作、非接触、高柔性、高效率、高质量和节能环保等突出优势，是切割、焊接、表面处理、高性能复杂构件制造和精密制造的主流手段，被誉为万能加工工具和未来制造系统通用的加工手段，带动了先进制造业的发展，对工业智能化进程产生了深远影响。激光技术是一种具有极强的渗透性和加工性的使能技术。激光技术支持的经济规模远大于其自身的经济规模。2010年美国研究报告指出，2009—2010年，美国电信、电子商务和信息技术的总价值为4万亿美元，其中激光器本身的价值仅为32亿美元。因此，激光技术产品在经济体系中的重要性远超过了产品本身的价值规模。近年来，中国的激光加工产业发展迅速，国际竞争力迅速提高。众多激光企业已遍布华东、华南、华北、东北、华中及西部地区。据《2019中国激光产业发展报告》统计，我国在26个城市已有激光产业基地（园区）37个，2011—2018年，激光设备的销售收入提高了5倍多，涌现了一批有世界竞争力的激光企业。经过多年的努力，中国的激光公司已经在低端激光行业树立了坚实的立足点，但离高端技术行业和高端核心组件的世界先进水平仍有较大差距。在产品方面，跟随型产品居多，原创或首创性的高端产品相对较少。我国激光技术科研主要力量集中在科研院所和高等学校，而企业相对薄弱。目前，在我国与激光相关的30个国家级研究平台中，仅存精密超精密加工国家工程研究中心和国家半导体泵浦激光工程技术研究中心，其他28个均依托科研院所和高校建设。高校和科研院所承担了大部分国家计划的激光科研项目，而企业承担的只占很小的比例。在过去的10年中，我国的激光制造已成为先进制造业中增长最快的领域之一，形成了一定特色，某些技术已达到国际领先水平。激光加工设备在促进传统产业升级改造中发挥了关键作用。一群激光加工设备企业依靠创新的加工技术和卓越的设备质量在新旧动能转换市场中找到足够的订单来快速增长。此外，一些制造公司已经尝到了升级和发展的甜头，已不满足于国内垂直整合，而在积极探索跨国并购国外优质激光企业资源，并计划进入精密加工领域。在过去的10年中，激光加工站一直是设备企业提供外延服务的重要触角，通过开展阵地服务，及时满足各类加工需求，增强客户黏度。如今，越来越多集多功能于一体的大型设备已被开发并应用于轨道交通、航空航天、船舶制造等行业。预计到2020年，基于工业互联网的各类云制造平台将逐渐释放价值，激光加工站将在云制造平台的支持下发挥出更大的功用，并沿着一带一路走进东南亚、中东、南美等多个地区。在经历了2017—2018年的快速增长之后，中国的激光市场在2019年进入了一个相对稳定的时期。2019年中国工业激光市场的发展开始影响全球工业激光经营收入。一方面，日益激烈的价格竞争导致光纤激光器和超快激光器的价格急剧下降，但国产设备的质量、技术和服务在竞争中逐步得到改善，国产激光产品的兴起正在逐步取代进口激光产品；另一方面，激光技术的应用比许多传统制造技术更具成本效益，从而使激光应用迅速普及。2019年激光设备（含进口）市场销售总收入为658亿元，比2018年增长8．8%。受全球经济走势不确定的影响，预计2020年中国激光设备市场整体销售收入将受到很大影响。2019年，国内共有规模以上激光企业超过150家，其中半数以上的企业集中在激光加工和激光器相关领域。新的激光光源（如蓝光半导体激光器和高功率超快激光器）和新的激光加工技术（如金属泡沫的激光成形和非常规激光微加工）的不断涌现，给激光加工行业带来了极好的发展前景。以下对一些新型激光器和激光加工技术作简单介绍。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。激光加工行业现状及发展前景分析激光加工技术作为现代制造业的先进技术之一，具有传统加工方式所不具有的高精密、高效率、低能耗、低成本等优点，在加工材料的材质、形状、尺寸和加工环境等方面有较大的自由度，能较好地解决不同材料的加工、成型和精炼等技术问题。激光是指通过人工方式，用光或放电等强能量激发特定的物质而产生的光。激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为最快的刀、最准的尺、最亮的光。激光是指原子受激辐射的光，故名激光。激光相比普通光源具有单色性、相干性、高亮度及高方向性。激光应用广泛，包括激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、激光唱片、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器、LIF无损检测技术等。激光起始于1917年爱因斯坦提出受激发射理论，即一个光子使得受激原子发出一个相同的光子。之后的40年时间激光技术在理论上逐步走向成熟。20世纪后，激光行业进入快速发展阶段。激光产业链上游是利用半导体材料、高端装备以及相关的生产辅料制造的光学元器件、光学材料等，主要包括激光晶体材料、光学镜片、泵浦源、振镜、光栅、激光芯片、特种光纤、光纤合束器等一系列核心部件，是激光产业的基石。中游则是利用上游激光芯片及光电器件、模组、光学元件等进行各类激光器的制造与销售;下游为激光设备集成商，产品最终应用于先进制造、医疗健康、科学研究、汽车应用、信息技术、光通信、光存储等众多领域。随着科技的发展，激光加工行业逐步引入了机器视觉，有效的提高了激光加工设备的精确性，智能性和自动化性能，满足现代化工业大批量、大规模的生产质量要求，降低不良品生产，节约成本，促进了企业的生产发展。激光焊接以其无焊接污染和无形变的优点在精密仪器焊接中占据着重要的位置，机器视觉引导更是使其锦上添花。具体应用如汽车车身钢板焊接、电池焊接、心脏起博器、密封继电池器等。激光打标技术已被广泛的应用于各行各业，为优质、高效、无污染和低成本的现代加工生产开辟了广阔的前景。随着现代激光打标应用领域的不断扩展，对激光制造的设备系统小型化，高效率和集成化的要求越来越高，新型高功率光纤激光技术的开发成功，必对此产生极大的推动。激光器技术和激光微加工应用技术不断发展，激光加工技术能够在更多领域替代传统机械加工，预计将会带动激光器行业不断发展。金属泡沫的激光成形行业发展金属泡沫是一种相对较新的材料，由于其高的强度重量比以及出色的冲击和噪声吸收特性而引起人们的兴趣。在许多工程应用中，例如，汽车保险杠或航天器部件，金属泡沫必须具有特定的形状。由于近净形状的制造困难且昂贵，因此有必要将金属泡沫弯曲成期望的形状。弯曲金属泡沫并非易事，因为孔壁只能承受低应力并容易破裂。结果，传统的机械弯曲方法会导致破裂和细胞塌陷。在过去的10年中，几个研究小组尝试了金属泡沫的激光成形，并报告了积极的结果，但没有一项研究足够详细地探讨潜在的弯曲机理。未来研究应该更好地了解激光成形如何影响材料特性和结构属性。激光切割行业发展激光切割是一种成熟的工业加工技术，具有高度的灵活性，且无接触和无应力，可直接从工件中生产出成品零件。激光切割是一个非常精确的过程，具有出色的尺寸稳定性，非常小的热影响区和狭窄的切缝。近年来，脆性和透明材料的切割为超短脉冲和紫外激光器提供了机会，中国制造业的快速发展，传统工业制造技术的更新升级，带动了激光切割成套设备的销售。应用于激光切割系统的光纤激光器数量在近两年平稳增长，激光切割设备也在朝高功率方向发展。2019年，各个行业对激光设备的需求不断提高。激光设备的批量化生产，带动了中功率激光切割装备的快速发展，加剧了产品的竞争性，并导致中功率切割装备的毛利率越来越低，因此激光加工厂商们开始向高功率产品段进军。2019年高功率激光切割设备如雨后春笋般地涌向市场，12kW、20kW、30kW甚至40kW的超高功率激光切割机也已经问世。2019年，中国销售了约34000台中功率激光切割系统和7000台高功率激光切割系统。功率的大幅提升也增加了设备集成难度，给上游配件厂商和系统厂商提出了诸多挑战。一些核心单元如万瓦级切割头、自动调焦系统、智能总线系统及温控系统等亟待提档升级。然而，国产配件厂商和系统集成商从未缺席自主发展之路