激光加工市场研究报告文档格式.docx

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同时，激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成自动化智能加工设备，已成为工业企业实施金属钣金加工的关键技术；

而皮秒、飞秒等超快激光以及紫外激光等新型激光技术，则在消费电子行业的非金属材料加工领域展现出旺盛的需求。

在中国制造2025的大战略背景下，传统工业制造业面临深度转型，其中一个方向就是效率提升的同时转向附加值更高、技术壁垒更高的高端精密加工。

而激光加工完全符合于这一主旨，激光器及激光加工设备已经在消费电子触摸屏模组生产、半导体晶圆划片等高端3C制造领域崭露头角，并在蓝宝石加工、曲面玻璃和陶瓷生产等领域展现出全新的应用前景。

国内激光加工市场发展格局

国内激光上市公司中，呈现出以大族激光为龙头、多家中小市值激光企业共同竞争的行业格局。

从市值来看，仅有大族激光、华工科技两家激光企业超过了百亿规模，其他上市公司的市值均在80亿规模以下。

从业务内容上看，国内企业集中于激光加工设备的集成与应用层面。

行业未来正呈现两大发展方向，以大族为代表的全功率激光企业正向上下游不断延伸，瞄准激光器和工业机器人应用；

另一部分专业性企业则聚焦于将新型激光技术应用于细分的微电子行业，如亚威股份拟收购的盛雄激光定位于深耕皮秒加工领域等。

一、激光加工具有独特的优势

1.1激光器技术原理及分类

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、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”。

早在1916年，爱因斯坦发表了一篇综述量子论发展成就的论文———《关于辐射的量子理论》，其中提出了受激发射的概念，为激光技术提供了理论基础。

1960年7月7日，当时在美国休斯飞机公司实验室工作的梅曼博士宣布他于5月15日研制成了红宝石激光器，激光技术产业便开始真正的进入到人类的生活当中来，主要包括科研领域、激光加工领域、医疗检测领域、军事武器领域、机械制造领域等。

激光主要有四大优势：

激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。

激光的高亮度：

固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr。

不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。

激光的高方向性：

激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件激光的高单色性：

由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。

激光的高相干性：

相干性主要描述光波各个部分的相位关系。

正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用。

图1：

激光的优势及应用领域

而在激光应用的下游产业中，工业激光加工领域目前从全球看还是激光应用的最大市场，而激光加工产业中最为核心的装臵就是激光器，目前工业激光器中小功率国产化率稳步推进，中高功率激光器国外公司占主导。

激光通过受激辐射而产生的，所以激光器发射激光的三个基本要素就是激励源、工作物质、谐振腔。

激光工作介质必须有亚稳态的能级结构，固体气体液体都可以作为工作介质，但并不是所有物质都可以用作激光辐射；

激励源是激光器的能量来源，用以实现工作介质的粒子数反转，可以有电光热和化学等多种激励方式；

通过光学谐振腔进行光放大和选择，从而产生高能激光。

图2：

工业激光器工作原理

激光器的分类有多重方式，可以按工作物质分类，也可以按激励方式分类。

还可以按照运转方式分分类，其余还可以按照功率大小、显示波段范围等方式分类。

其中最主要的分类方式是按工作物质分类，其中包括：

固体激光器，这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的；

气体激光器，它们所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等；

液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子起工作粒子作用，而无机化合物液体则起基质的作用；

半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用；

自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。

图3：

工业激光器的分类一览

图4：

IPG用于钎焊的三光点光纤激光器

1.2新一代激光技术——皮秒激光

皮秒激光器是脉宽为皮秒的激光器，具有皮秒级超短脉宽、重复频率可调、脉冲能量高等特点，在生物医学、光学参量振荡、生物显微成像等领域有着越来越广泛的应用，逐渐成为现代生物成像和分析系统中日益重要的工具。

皮秒激光技术是工业微细加工的可靠工具，这些加工在此前是用其它方法无法完成的。

皮秒脉冲宽度可以和电光弛豫的时间相比较，短到足以对材料进行“冷”烧蚀，即几乎没有热效应。

皮秒激光相比脉冲宽度更短的飞秒激光也有不少优势，由于不需要为了放大而展宽和压缩脉冲，皮秒激光器的设计没有那么复杂，因此成本效益更高，性能更可靠。

同时，皮秒脉冲仍短到足以应付非常精确和无应力的微细加工。

皮秒激光几乎可对所有材料进行微米尺度的加工，这些材料包括但不限于：

金属、半导体、钻石、蓝宝石、陶瓷、聚合物、复合材料和树脂、光阻材料、薄膜、ITO膜、玻璃。

图5：

皮秒激光器加工应用示范

皮秒激光器一个特别的应用是阳极氧化铝的深色或黑色打标。

在这种情况下，即使在电子显微镜下进行检查，表面结构也是没有改变。

尽管如此，在不同的视角看，标记也是深黑的，并且完全耐磨。

有一些金属和金属合金特别适合这个应用，包括：

不锈钢的类型、不同类型的医用级不锈钢、铜、贵金属，例如金、阳极氧化或未经处理的铝、等等。

皮秒激光器和飞秒激光器同属于超快激光器。

与使用长脉冲激光器相比，使用超快激光器加工透明脆性材料具有不少优势。

当超快激光器聚焦于玻璃内部，只有聚焦体积邻近的局部区域会通过非线性光来吸收激光能量。

因此，加工范围受到极大的约束，目标的其它部分不会受到影响。

虽然烧蚀飞秒加工可以满足工业用户的质量要求，但其加工速度需要进行改进来实现广泛而又经济划算的工业应用，所以在智能手机加工、高精度打标等领域目前工业界越来越多的使用皮秒激光器。

1.3激光加工适合于高端加工

激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工，激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

激光加工设备主要分为光学系统、机械系统、电控系统和软件系统，其中以光学系统中的激光器最为核心。

图6：

激光加工设备组成

激光加工属于无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。

它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料，适用于高端部件加工。

激光切割机与各类机床的比较

国际高端加工市场的普通加工机床已经被激光切割设备逐步取代，而我国加工机床与激光切割机共存，但随着激光技术在制造业的不断应用，激光切割机与冲床相比，具有多方面的优势。

据相关数据显示，2007-2015年，我国激光切割设备规模保持稳步增长。

2015年，我国激光切割设备市场规模达到12.35亿元，连续保持10%左右的行业成长。

而传统数控车床加工在近几年内收到宏观经济和下游需求疲软的影响，行业成长有限。

图7：

2007-2015中国激光切割设备市场规模（亿元）

图8：

2011-2014中国数控冲床产值规模（亿元）

图9：

中国数控剪切机床产值规模（亿元）

图10：

中国数控锻造机及冲压机产值规模

激光加工与其他热切割方法的比较

激光切割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，从而实现将工件割开。

激光切割属于热切割方法之一。

激光切割与其他热切割方法相比较，具体优势可概括为如下几个方面：

切割质量好：

由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快，因此激光切割能够获得较好的切割质量。

①激光切割切口细窄，切缝两边平行并且与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±

0.05mm。

②切割表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序，无需机械加工，零部件可直接使用。

③材料经过激光切割后，热影响区宽度很小，切缝附近材料的性能也几乎不受影响，并且工件变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横截面形状呈现较为规则的长方形。

切割效率高：

由于激光的传输特性，激光切割机上一般配有多台数控工作台，整个切割过程可以全部实现数控。

操作时，只需改变数控程序，就可适用不同形状零件的切割，既可进行二维切割，又可实现三维切割。

切割速度快：

用功率为1200W的激光切割2mm厚的低碳钢板，切割速度可达15000px/min;

切割5mm厚的聚丙烯树脂板，切割速度可达30000px/min。

材料在激光切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节省了上、下料的辅助时间。

非接触式切割：

激光切割时割炬与工件无接触，不存在工具的磨损。

加工不同形状的零件，不需要更换“刀具”，只需改变激光器的输出参数。

激光切割过程噪声低，振动小，无污染。

切割材料的种类多：

与氧乙炔切割和等离子切割比较，激光切割材料的种类多，包括金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。

但是对于不同的材料，由于自身的热物理性能及对激光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。

图11：

激光加工的比较优势

综上，从市场情况看，激光加工市场稳步增长，在宏观经济和工业需求疲软的背景下，激光加工装备凭借其在高端加工市场中的业务需求仍然保持了行业规模的稳健增长，在技术领域，激光加工较于传统机床切削加工和其他热加工，具有多重技术优势，与高端加工市场要求的高精度、低磨损、高效率等要求相吻合。

二、激光加工的应用前景光明

2.1激光加工广泛应用于诸多领域

激光加工的产业链情况也是清晰地，从上游生产核心激光器的企业到生产各类激光加工设备的企业再到激光加工服务的企业，形成了整个激光加工完整的生态链。

凭借其加工性能优异和效率高的特点，多类先进制造业行业的生产中越来越多的可以看见激光加工设备的身影。

图12：

激光加工技术产业链

从全球范围看，激光产业中份额最大的就是以激光加工为主的通信半导体加工和先进材料加工，二者占据了激光市场近八成的份额。

在中国制造2025的大战略背景下，传统工业制造业面临深度转型，其核心之一就是效率提升的同时转向附加