二極管激光技術(shù)在美國(guó)的應(yīng)用情況
◆二極管激光光源的發(fā)展趨勢(shì)
● 二極管激光光源是于20年前首次在德國(guó)慕尼黑舉行的“慕尼黑國(guó)際應(yīng)用激光、光電技術(shù)貿(mào)易博覽會(huì)(LASER-World of Photonics) ”上作為最大功率為2kW的非光纖耦合系統(tǒng)展出的。當(dāng)時(shí)很少有激光專家能夠預(yù)見(jiàn)到，二極管激光技術(shù)的發(fā)展會(huì)如此迅速并且發(fā)展得如此之好。
● 當(dāng)前，二極管激光光源的全球市場(chǎng)份額約為1.7億歐元，已占據(jù)全球激光市場(chǎng)總額的兩位數(shù)份額。
● 2016年，二極管激光光源設(shè)法呈現(xiàn)出不同于CO2和固體激光器的發(fā)展趨勢(shì)，并且以接近光纖激光器的速度增長(zhǎng)著。
● 目前市場(chǎng)上可提供高達(dá)60kW功率輸出范圍的二極管激光器。功率的增加也伴隨著光束質(zhì)量的改善。這里主要觀察到兩個(gè)趨勢(shì)：
-光束質(zhì)量為 4-8mm mrad ，以及功率范圍介于3-4kW 的直接二極管激光器重點(diǎn)關(guān)注“切割”功能。
-光束質(zhì)量得到改進(jìn)（30-100mm mrad），以及功率范圍介于4-20kW的直接二極管激光器重點(diǎn)關(guān)注以下應(yīng)用：金屬3D打?。ㄔ霾闹圃欤⑼繉?、硬焊和熱處理。
● 在許多地區(qū)，焊接產(chǎn)業(yè)部門如今由光纖激光器引領(lǐng)。然而，用戶愈發(fā)意識(shí)到，與這種已經(jīng)得到認(rèn)可的激光器相比，二極管激光器也非常有吸引力，并且是焊接應(yīng)用的理想激光光源。在焊接領(lǐng)域，二極管激光器正呈現(xiàn)大幅的增長(zhǎng)勢(shì)頭。
● 盡管直接二極管激光器趨向于為一種利基產(chǎn)品，但由于市場(chǎng)上的激光企業(yè)在其加工流程中越來(lái)越多地嘗試使用二極管激光器，產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的吸引力是顯而易見(jiàn)的。
● 此外，集成商和系統(tǒng)安裝及設(shè)備供應(yīng)商正在為二極管激光器提供越來(lái)越多的解決方案。除了技術(shù)應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)，這類激光光源易于集成、低成本和高可靠性等特點(diǎn)也成為其認(rèn)可度不斷增長(zhǎng)的重要因素。
● 多年來(lái)，二極管激光器始終無(wú)法實(shí)現(xiàn)CO2和固態(tài)激光器的光束質(zhì)量。因此，二極管激光器的應(yīng)用開(kāi)發(fā)主要跳出了這兩種激光光源以外的領(lǐng)域。這也解釋了為什么二極管激光器在早年就已經(jīng)引入了經(jīng)過(guò)改良的光束整形概念，如均質(zhì)化的矩形、方形、線性和其他幾何形狀。在這方面，二極管激光器處于領(lǐng)先地位。許多新的多光斑解決方案都是基于二極管激光器，例如用于汽車行業(yè)的熱鍍鋅鋼板的三光斑激光釬焊技術(shù)。
◆激光器及激光技術(shù)在美國(guó)的整體應(yīng)用和市場(chǎng)趨勢(shì)
2016年，美國(guó)的激光市場(chǎng)保持穩(wěn)定的個(gè)位數(shù)增長(zhǎng)。其原因是高功率光纖激光器強(qiáng)勁的銷量、準(zhǔn)分子激光器持續(xù)增長(zhǎng)的銷量、用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件的增材制造應(yīng)用的激光器銷量的增長(zhǎng)，以及超短脈沖(USP)激光器在微加工應(yīng)用領(lǐng)域的銷量大幅增加。此外，工業(yè)激光器是自動(dòng)化材料處理系統(tǒng)的重要組成部分，并且也是符合工業(yè)4.0理念的激光光源。
北美激光市場(chǎng)正受到來(lái)自能源、航空航天和醫(yī)療工業(yè)部門強(qiáng)勁需求的推動(dòng)。在美國(guó)市場(chǎng)上，以下行業(yè)在2016年經(jīng)歷了變化：
● 汽車行業(yè)
車身制造中的鋁焊接、遠(yuǎn)程焊接、釬焊和切割應(yīng)用持續(xù)增長(zhǎng)。越來(lái)越多的激光手段和新型材料正被廣泛應(yīng)用于美國(guó)的汽車行業(yè)：例如，高強(qiáng)度不銹鋼（HSSS）、新材料和碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）的硬化/軟化工藝。由于油價(jià)下跌，許多美國(guó)汽車制造商正在停止生產(chǎn)小型汽車，而將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到多用途車輛（卡車，皮卡等）上。
就美國(guó)的小型汽車生產(chǎn)而言，這意味著一些生產(chǎn)線已遷至墨西哥，或甚至已經(jīng)停產(chǎn)。就輸出功率超過(guò)1kW的高功率二極管激光器而言，它已經(jīng)為車身制造中的某些釬焊和焊接應(yīng)用創(chuàng)造了利基市場(chǎng)。這與高功率二極管激光器較高的電效率、緊湊性以及其與生產(chǎn)中使用的加工材料所形成的兼容性息息相關(guān)。
● 工具和模具制造業(yè)
多千瓦功率范圍的激光系統(tǒng)的另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是工具和模具制造。各種大面積的表面處理應(yīng)用需要越來(lái)越高的激光輸出。高性能的激光器被廣泛用于涂層、修補(bǔ)焊接或用于除漆等用途。
● 增材制造或3D打印
2016年，美國(guó)成為迄今為止全球最大的3D打印市場(chǎng)。美國(guó)在全球增材制造工藝領(lǐng)域占據(jù)的市場(chǎng)份額約為70％左右。作為航空航天行業(yè)許多公司生產(chǎn)過(guò)程中的重要組成部分，增材制造技術(shù)已經(jīng)成為不可或缺的元素。這一點(diǎn)對(duì)于汽車行業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)版塊也同樣如此。
此外，很多初創(chuàng)企業(yè)、大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)目前也正在積極地研究增材制造和3D打印技術(shù)的深入應(yīng)用。這些研究項(xiàng)目正受到國(guó)家資助。越來(lái)越多的公司正在采用增材制造機(jī)器和設(shè)備。在美國(guó)，增材制造的發(fā)展趨勢(shì)是持續(xù)使用各種新型材料，如鋁、鈦、鎂和其他新合金材料。
該市場(chǎng)的另一個(gè)推動(dòng)因素是新型粉床法的應(yīng)用以及著眼于更大零部件的自由形態(tài)的幾何結(jié)構(gòu)。同時(shí)，增材制造中使用金屬絲材而非粉末的趨勢(shì)也使該市場(chǎng)變得更為多元化。
● 固體激光器的切割應(yīng)用
在美國(guó)，光纖激光器和碟片激光器在很多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)取代了CO2激光器。目前，大多數(shù)的新型激光系統(tǒng)都配置了固體激光器。然而，CO2激光系統(tǒng)的某些利基應(yīng)用依然存在。
2016年德國(guó)激光材料加工版塊業(yè)績(jī)概述：替代型工藝下滑跡象明顯
2016年，德國(guó)地區(qū)與VDMA激光工作委員會(huì)相關(guān)的公司共生產(chǎn)的各類激光輔助制造系統(tǒng)（配置CO2、固態(tài)和二極管激光器）總額達(dá)8.78億歐元，與上一年相比下降近9％（上一年有12％的增長(zhǎng)）。所有設(shè)備中，CO2激光系統(tǒng)版塊大幅下滑。同時(shí)，切割應(yīng)用中使用的固態(tài)激光器正在抑制這種替代工藝：產(chǎn)品的前景必須基于特定的應(yīng)用基礎(chǔ)來(lái)判斷。
2016年，德國(guó)地區(qū)激光相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)值為4.68億歐元，比上年下降7％（2015年漲幅為1％），訂單總額為4.81億歐元，比2015年下降2％。這其中包括用于直接應(yīng)用領(lǐng)域的CO2激光器、固體激光器和半導(dǎo)體激光器等。隨著激光加工系統(tǒng)的不斷演變，不難看出，CO2激光產(chǎn)品的產(chǎn)量有所下滑，并且持續(xù)被其它類型的激光光源所替代。
這個(gè)產(chǎn)量也包括由VDMA激光加工委員會(huì)下屬的會(huì)員企業(yè)所貢獻(xiàn)的各種激光二極管材料以及準(zhǔn)分子激光器等產(chǎn)品的產(chǎn)值，2016年共計(jì)達(dá)到了2.72億歐元（同比增長(zhǎng)5％，而上一年的增幅為11％）。當(dāng)前，準(zhǔn)分子激光器是打造微觀結(jié)構(gòu)，以及實(shí)驗(yàn)室和醫(yī)療工程項(xiàng)目的首選激光器。
國(guó)內(nèi)外訂單對(duì)總訂單量的貢獻(xiàn)使總銷售額呈現(xiàn)出略微受限的發(fā)展趨勢(shì)，主要表現(xiàn)在國(guó)內(nèi)訂單業(yè)務(wù)下滑了6%。而訂單價(jià)值幾乎翻了一番的國(guó)外訂單量占訂單總額的66%，且國(guó)外需求的漲幅為1%。
2016年，德國(guó)出口的各類激光光源產(chǎn)品的總額為3.2億歐元，降幅為7%（2015年的增幅達(dá)到11%）。產(chǎn)值的比重上升到目前69％的水平。非常引人注目的一點(diǎn)是亞洲市場(chǎng)的極大滲透力，其份額占據(jù)總出口額的54％（2015年為49%）。相比之下，歐洲和美國(guó)地區(qū)所占據(jù)的出口份額分別為33%和10%。
歐洲各國(guó)市場(chǎng)走勢(shì)概述
◆德國(guó)
就激光技術(shù)而言，德國(guó)是所有相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域滲透率最高的市場(chǎng)。其需求水平仍然處于高位，但由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，各種激光光源（光纖激光器、碟片激光器和二極管激光器）的價(jià)格壓力繼續(xù)增加。因此，預(yù)期將會(huì)有適度增長(zhǎng)，尤其是增材制造、微加工領(lǐng)域的短脈沖和超短脈沖激光器，以及新產(chǎn)品和光學(xué)解決方案的引入。
◆英國(guó)
英國(guó)退歐（BREXIT）對(duì)該國(guó)業(yè)務(wù)產(chǎn)生的主要影響是英鎊對(duì)歐元匯率下降了15％。雖然產(chǎn)品價(jià)格有所上漲，但出于此原因，一些客戶比原定計(jì)劃更早就做出了投資決策。這繼而又導(dǎo)致了訂單的意外增加。英國(guó)臨時(shí)性的低價(jià)出口對(duì)于某些公司來(lái)說(shuō)是有益的，例如捷豹路虎。航空航天、汽車和醫(yī)療工程是目前規(guī)模最大以及相對(duì)穩(wěn)定的激光技術(shù)投資行業(yè)。
在愛(ài)爾蘭，醫(yī)療工程行業(yè)持續(xù)呈現(xiàn)增長(zhǎng)潛力。目前，愛(ài)爾蘭約有200家醫(yī)療工程公司（包括從事藥品制造和包裝業(yè)務(wù)）。這些公司的雇員總數(shù)為2.5萬(wàn)人，年出口貨物總值為72億歐元。
◆意大利
機(jī)械制造和自動(dòng)化技術(shù)是該國(guó)激光光源的關(guān)鍵市場(chǎng)。當(dāng)前激光系統(tǒng)的投資環(huán)境非常好，特別在資金激勵(lì)的支持下。預(yù)計(jì)銷售額在當(dāng)前和未來(lái)的一年內(nèi)將持續(xù)保持在穩(wěn)定的高水平。
◆法國(guó)
在法國(guó)，延期至2017年3月實(shí)施的“工業(yè)激勵(lì)計(jì)劃”將幫助打造穩(wěn)定的投資環(huán)境。然而，激光材料加工領(lǐng)域的投資主要流向研發(fā)設(shè)施，而非生產(chǎn)作業(yè)。此外，法國(guó)激光制造業(yè)的一個(gè)重要且穩(wěn)定的增長(zhǎng)市場(chǎng)仍然是航空航天產(chǎn)業(yè)。
◆斯堪的納維亞
石油的低價(jià)格對(duì)挪威的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)產(chǎn)生重大影響。就汽車行業(yè)看，乘用車領(lǐng)域呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。丹麥?zhǔn)侨蚋咝絿?guó)之一，這主要?dú)w因于該國(guó)對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)解決方案的高需求。
◆東歐
今年，東歐市場(chǎng)將依舊保持積極的走勢(shì)。東歐激光技術(shù)的主要增長(zhǎng)動(dòng)力來(lái)自汽車產(chǎn)業(yè)。此外，預(yù)計(jì)增材制造領(lǐng)域也會(huì)呈現(xiàn)新的發(fā)展勢(shì)頭。
前景，機(jī)遇和負(fù)面影響
總體來(lái)看，未來(lái)激光產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)如下幾大核心發(fā)展趨勢(shì)：
◆趨勢(shì)1：激光技術(shù)領(lǐng)域受到了一股“技術(shù)熱”的推動(dòng)。特別是在超短脈沖(USP)激光器和柔性系統(tǒng)領(lǐng)域。USP激光光源在工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越高的接受度以及其從研發(fā)向商業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變是顯而易見(jiàn)的。
◆趨勢(shì)2：從CO2激光器延伸到變頻USP激光器等在內(nèi)的各種激光光源仍然維持原樣，且規(guī)模趨向于不斷擴(kuò)大。
◆趨勢(shì)3：增材制造正在向批量生產(chǎn)持續(xù)演變。
◆趨勢(shì)4：商品投資的訂單量穩(wěn)定。除了幾個(gè)例外（英國(guó)，比利時(shí)等），經(jīng)濟(jì)形勢(shì)正在復(fù)蘇或顯著擴(kuò)張。在東歐，來(lái)自土耳其和俄羅斯的訂單量（由于持續(xù)制裁）已經(jīng)有所減少。
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