固體激光器特點(diǎn)及其發(fā)展情況
固體激光器是目前主流的工業(yè)級(jí)激光器之一，擁有脈寬窄，多波長(zhǎng)，輸出能量大，峰值功率高及材料吸收好等特點(diǎn)，并且能做到一般CO2激光器和光纖激光器無法做到的精細(xì)微加工和特殊材料加工，已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。
據(jù)Unlimited Strategy的報(bào)告，全球工業(yè)級(jí)激光器在2015年的銷售總額達(dá)到3,180百萬美元，比2014年增長(zhǎng)了6.9%（表1）。在全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)放緩，特別是主要新興市場(chǎng)表現(xiàn)疲軟，西方經(jīng)濟(jì)體情況不樂觀的情況下，全球工業(yè)激光能逆轉(zhuǎn)制造業(yè)的頹勢(shì)，實(shí)現(xiàn)正增長(zhǎng)。其中，固體激光器在2015年的銷售額為463.3百萬美元，與2014年基本持平，預(yù)測(cè)未來固體激光器將穩(wěn)步持續(xù)提高。
表1：2015年全球及中國工業(yè)激光器與固體激光器銷售情況(百萬美元)
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2015年數(shù)據(jù) |
全球 |
中國 |
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工業(yè)激光器銷售額 |
3,180.0 |
530 |
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同比增長(zhǎng)率 |
6.9% |
18.9% |
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固體激光器銷售額 |
463.3 |
130 |
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同比增長(zhǎng)率 |
0% |
8% |
中國過去以低廉勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)而得名“世界工廠”，受到全球經(jīng)濟(jì)不景氣及東南亞新興制造工廠的沖擊下，中國制造業(yè)發(fā)展速度放緩，制造業(yè)GDP增長(zhǎng)率從2014年的7.3%滑落至2015年的6.0%。然而，固體激光器在中國市場(chǎng)表現(xiàn)出穩(wěn)定地增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，在2015年銷售約130百萬美元，增長(zhǎng)率為8%，占全球28.3%，超過制造業(yè)整體水平。
2015年固體激光器在微加工領(lǐng)域表現(xiàn)
從表2中可知，在半導(dǎo)體/電路板/顯示器微加工和增材領(lǐng)域?qū)腆w激光器有著很強(qiáng)的依賴，2015年固體激光器在這兩項(xiàng)微加工領(lǐng)域占比都超過60%，表現(xiàn)最為突出。
另外，值得注意的是，在打標(biāo)一項(xiàng)中，雖然固體激光器目前占比僅為8.8%，但是數(shù)額較大，為50.2百萬美元。未來打標(biāo)將往更精細(xì)更高端的趨勢(shì)發(fā)展，固體激光器的優(yōu)勢(shì)將會(huì)越來越大，這個(gè)數(shù)值將會(huì)越來越大。
2016年固體激光器發(fā)展趨勢(shì)
表3：幾類典型激光應(yīng)用的激光器銷售收入產(chǎn)值（百萬美元）
表3是幾類固體激光器的典型應(yīng)用，據(jù)Unlimited Strategy預(yù)測(cè)在2016年均出現(xiàn)不同程度的增長(zhǎng)。其中增材制造預(yù)測(cè)提高的幅度最大，達(dá)24百萬美元，增長(zhǎng)率高達(dá)37%；激光打標(biāo)雖增長(zhǎng)率僅為3.9%，但因其整體基數(shù)大， 2016年估計(jì)將增長(zhǎng)了22.2百萬美元；而半導(dǎo)體/電路板/顯示屏預(yù)計(jì)增長(zhǎng)5.5百萬美元，同比增長(zhǎng)5%。
2016年初固體激光器銷售量漲勢(shì)迅猛，其中固體激光器主要提供商英諾激光在1至5月間的出貨量出現(xiàn)了強(qiáng)勁的增長(zhǎng)，表現(xiàn)突出。由于固體激光器在微加工方面固有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得工業(yè)級(jí)固體激光器相較其他激光器而言在以下幾個(gè)方面更為出色：
1. 智能手機(jī)蓬勃帶動(dòng)激光行業(yè)發(fā)展
近兩年智能手機(jī)推出的功能越來越多，指紋解鎖就是其中之一。由于指紋模組芯片切割要求精度細(xì)，截面光滑，崩邊少，目前只有使用紫外激光進(jìn)行精細(xì)切割才能達(dá)到要求?！妒謾C(jī)報(bào)》稱，僅在中國2015年就銷售了含指紋模組的手機(jī)共1.25億臺(tái)；而CCID則報(bào)道，2014年全球指紋芯片出貨量為2.1億顆，2015年增長(zhǎng)至3.6億顆，增長(zhǎng)率高達(dá)73.02%，預(yù)計(jì)2016年將達(dá)到5.5億顆。
在指紋手機(jī)滲透率越來越高的今天，指紋模組在未來定然會(huì)是手機(jī)的標(biāo)配，這將會(huì)極大刺激指紋模組激光切割設(shè)備銷量，預(yù)計(jì)將會(huì)是2015年的數(shù)倍。
2. 3D打印迎來發(fā)展甜蜜歲月
3D打印技術(shù)近年來在中國也獲得了迅猛發(fā)展，預(yù)計(jì)在2016年激光增材制造增長(zhǎng)率超過37%，達(dá)88.8百萬美元的規(guī)模。在激光增材制造技術(shù)中，SLM燒結(jié)和SLA光固化是其中最為典型的技術(shù)。
SLM全稱是激光選區(qū)融化金屬打印技術(shù)，是使用激光對(duì)金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)的增材制造。該技術(shù)繼承了3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以定制化生產(chǎn)所需的零件。但是其缺點(diǎn)也非常突出，由于受掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度的限制，加工的零件尺寸范圍有限，產(chǎn)品相對(duì)單一；粉末燒結(jié)成型件的表面質(zhì)量差，需要二次加工后方能使用，同時(shí)加工過程中容易出現(xiàn)球化和翹曲問題；高功率的激光設(shè)備和精準(zhǔn)的光學(xué)設(shè)備使得打印機(jī)的價(jià)格居高不下，提高了行業(yè)進(jìn)入門檻，不利于行業(yè)的整體發(fā)展。
SLA光固化采用的是選擇性光固化光敏樹脂材料的技術(shù)，是目前最成熟，應(yīng)用最廣泛的3D打印技術(shù)。由于其加工速度快，精度可達(dá)10微米，無需二次加工，已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、模型模具等領(lǐng)域。聯(lián)泰三維等3D打印企業(yè)，積極推動(dòng)中國3D打印技術(shù)的市場(chǎng)化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，把SLA技術(shù)廣泛應(yīng)用到各級(jí)行業(yè)及領(lǐng)域中。目前SLA技術(shù)正往著提高加工精度發(fā)展，未來在生物、醫(yī)藥和微電子等領(lǐng)域有更大的突破。
3. 食品，飲品和藥品等標(biāo)識(shí)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型UV激光標(biāo)識(shí)
近年來，人們對(duì)食品等安全意識(shí)提高，我國已開始著手實(shí)施一系列的安全標(biāo)識(shí)法則與追溯系統(tǒng)。這些法律法規(guī)明確規(guī)定了監(jiān)管碼的標(biāo)識(shí)要求，而傳統(tǒng)油墨噴碼的圖像模糊，易被擦改，易于仿造等問題將無法通過標(biāo)準(zhǔn)。激光打標(biāo)的標(biāo)識(shí)擁有高解析度，無法磨滅等優(yōu)勢(shì)將是標(biāo)識(shí)行業(yè)未來的發(fā)展方向，相信在不久的將來，激光打標(biāo)將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)標(biāo)識(shí)工藝。
相比較一般的CO2和光纖激光器，固體激光器除了擁有更優(yōu)質(zhì)的聚焦光斑，還能提供355nm波長(zhǎng)的紫外激光，能被眾多食品等包裝使用的聚合物材料吸收，如HDPE,PP,LDPE和PET等，留下清晰的標(biāo)碼，這是其他激光器做不到的。預(yù)計(jì)2016年全球激光打標(biāo)市場(chǎng)達(dá)590.8百萬美元，而因?yàn)閁V固體激光的特性，其將在食品、飲品和藥品類等標(biāo)識(shí)市場(chǎng)的占有率將呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。
固體激光器和超快激光器未來在中國市場(chǎng)的發(fā)展
“中國制造2025”計(jì)劃，中國的制造業(yè)會(huì)往信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，并有效地做到節(jié)能減排的綠色工程。激光制造將會(huì)對(duì)這一計(jì)劃有重大的推動(dòng)作用，其中，針對(duì)微加工領(lǐng)域的固體激光擁有天然的優(yōu)勢(shì)。
消費(fèi)電子類產(chǎn)品的強(qiáng)勢(shì)和新技術(shù)研發(fā)定會(huì)向激光加工提出更高的要求，而固體激光器的特性使得其在與光纖激光器、二氧化碳激光器等的競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先地位。在各類激光微加工應(yīng)用中，微電子品打標(biāo)和芯片微加工仍占有主要地位；國內(nèi)3D打印技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)較好，仍有巨大的升值空間；與此同時(shí)，UV激光打標(biāo)將會(huì)成為標(biāo)識(shí)行業(yè)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。
另外，超快激光作為目前最尖端的激光技術(shù)，在透明材料加工、生物醫(yī)療及金屬材料加工方面有著重大的突破。根據(jù)Strategies Unlimited發(fā)布關(guān)于超快激光市場(chǎng)調(diào)查，與激光器整體市場(chǎng)相比，目前超快激光器份額相對(duì)較小，但是增長(zhǎng)速度卻達(dá)到整體的兩倍，在2019年有望突破14億美元。
我國超快激光器發(fā)展較晚，現(xiàn)階段主要依賴進(jìn)口，其中德國通快，美國相干和美國光波（英諾激光）在超快激光市場(chǎng)上扮演著重要的角色。未來，隨著研發(fā)技術(shù)提高，生產(chǎn)成本降低，超快激光器有望進(jìn)入更多的微加工領(lǐng)域，開拓更加廣闊的市場(chǎng)。
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