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国内外激光加工产业和市场发展概况
1、概述
激光和激光加工是一门发展极快的高新技术,已成为发展新兴产业,改造传统制造业的关键技术设备之一。各种激光(标记、焊接、微调、打孔、切割、划线、热处理等)系统、设备,已经或正在进入各工业领域,诸如电子、轻工、包装、礼品、小五金工业、医疗器械、汽车、机械制造、钢铁、冶金、石油等,为传统工业的技术改造和制造业的现代化提供先进的技术装备。
     近20年来,中国的改革开放和迅速发展着的市场经济,极大地推动着高新技术的研发和应用。激光科学技术和激光加工是中国发展较快的高新技术产业之一。至今,国内从事制造工业激光系统公司超过100家,正在形成研发、批量生产和供、销、维修服务的体系。国产激光器已能批量生产供应中、小功率(30W-500W)的Nd:YAG固体激光加工系统设备和高功率(100W-5kW)CO2激光加工系统设备。国内工业激光制造企业已能小批量提供低、中档的激光标记、划线、焊接、切割、打孔等设备。中国的激光器和激光技术产业的初步规模正在形成。据中国光学光电子行业协会(COEMA)激光分会的统计,2001年全国激光加工系统设备产值为6.3亿元人民币,相对2000年增长86%。2002年全国激光加工系统设备产值首次突破10亿元,达到10.355亿元,又比2001年增长65%。据统计,2002年全球激光加工市场销售额为29.9亿美元(约260亿人民币),两者相比,中国约占1/26。中国国内存在着巨大的激光加工应用市场,而这个市场因中国加入WTO以来国内正在迅速形成的“全球制造基地”而获得快速增长。国内外投资者和激光业者正在抢滩这一市场。因此中国的激光加工技术市场将迅速增长,中国激光加工技术产业化将会加速实现。国内外从事激光器和激光加工技术系统研发、生产和经营的企业正面临极好机遇和挑战。
     2、激光加工市场
     2.1 国际市场
     据ILS (Industrial Laser Solutions) 统计,全球工业激光系统的产值1997年为20.63亿美元,1998年为23.38亿美元,1999年为25.91亿美元,从1997年至1999年全球工业激光系统的产值年增长率一直保持在13%左右。但2000年全球工业激光系统的产值仅为27.76亿美元(约229亿人民币),其年增长率降为7%左右,开始受到网络经济泡沫,美国和全球范围经济衰退的影响。
在2003年1月ILS发表的校正后统计数字中,对原2001年为0.5%负增长的预计数字作了修正,计入了2001年中国工业激光系统市场额增长较大的因素,将2001年全球工业激光系统产值改为28.75亿美元,比2000年增长9.6%。显然,中国的激光加工市场增幅已明显地牵动着国际激光加工市场。2002年全球工业激光系统产值约为29.9亿美元,估计2003年为31.11亿美元,预计2004年为32.11亿美元。这说明近几年这个市场的年增长率有所降低,保持在3-5%左右,预计未来几年的年增长率将维持在5%左右。
     工业激光设备的应用市场直接受到电子、微电子、光电子工业、通讯工业和光机电一体化系统设备市场发展的影响。激光加工系统是满足上述新兴产业和先进制造技术装备所必备的。而CO2激光器、半导体激光器、固体激光器、半导体泵浦固体激光器、准分子激光器、光钎激光器及其加工设备正是需求最大、发展最快的工业激光加工系统。
     2001年的经济衰退使得半导体工业受到重创,相关的半导体加工制造、材料加工、标记和微细加工等行业受到影响,例如用于光刻设备的准分子激光器和用于半导体加工生产测量系统的He-Ne激光器的销售严重下降。此外,由于电信行业的不景气使光纤光栅生产过剩,导致用于制造光栅的准分子激光器,金属蒸汽激光器或氩离子激光器没有市场。约占全球工业激光器销售额40%的大功率CO2激光器销售受到打击最大。以美国为例,2001年的CO2激光器销售额下降了40%。与2000年相比,非二极管激光器呈现负增长。
     从国外激光加工系统应用方式来看,以2001年为例,其中激光切割占总销售额的37%,激光标记占36%,激光焊接占12%,激光微加工占10%,激光打孔占2%,其它应用占3%。激光加工在不同国家的各工业领域中的应用范围及程度是不同的。上世纪九十年代,美国、德国和日本的激光加工应用已很普遍。日本在1990年的工业激光系统设备已达3000台,1997年高达5000台,至2000年日本的工业激光加工系统已约占全球的1/3。
     在激光加工应用市场范围方面,国内外的区别较大,国外激光加工应用一开始便立足于高科技、高技术行业,如汽车制造工业,半导体工业,航空航天工业等,例如上世纪九十年代中期,美国、日本的激光加工应用已主要集中在电子、半导体、汽车工业领域,所占份额约为本国激光加工设备的25-30%。上述这些工业激光应用行业恰恰是十几年前我国比较弱小的行业。中国激光加工设备最初的应用在较发达的是轻工业、纺织业、服装以及电子工业等。这些情况现在也恰恰给海外的工业激光制造厂家提供极好机遇,便于将成熟的中、高档工业激光系统抢入中国市场。
     2.2 国内市场
     中国国内工业激光市场的起步晚于发达国家20年左右,可以说中国的激光产业在1995年前后才刚刚起步,而在当时,国外发达国家的工业激光系统已得到广泛的应用。
     国内工业激光加工设备的销售台数和销售额自1995年才开始有较大的增长,在1995年至1996年,1999年至2000年至2001年呈现高峰,有成倍增长。但因起点低,至1999年的产值仅为1亿6千万元,至2000年达到3亿4千万元,比1999年增长112%,增长较快的原因是电池激光封焊和电子元器件,小五金的激光标记市场采用了大量的YAG激光焊接机和激光标记机。2001年国内工业激光加工系统的产值为6亿3千万元,比2000年增长86%,2002年为10亿3千万元,比2001年又增长65%,其主要原因除激光标记和电池封焊获得持续增长外,国产激光切割、熔敷系统应用的增长较大。
     2002年我国激光打标机市场销售额达到5.029亿元,比2001年增长75.7%,激光切割机市场销售额达到2.417亿元,比2001年增长75.6%,激光加工机市场销售额增长幅度最大,达到9746万元,比2001年增长550.5%,激光焊接机市场销售额达到8655.7万元,比2001年增长19.9%,激光快速成型机市场销售额达到4750万元,比2001年增长90.2%。此外,微调机、划片机市场销售额也有不同程度增长。激光热处理机市场销售额2002年出现下降,由2001年的7370万元减至1148万元,下跌了84.4 %,减少了6222 万元之多。
     工业激光加工设备首先在中国国内经济较发达、较活跃地区获得快速应用。例如在广东省于2002年底便约有1500多台CO2和Nd:YAG激光标记机,用于PC键盘等其他元器件的加工;约有800台激光焊接机用于电池密封焊(约占全球90%数量的电池产于中国,尤其在广东省);约有100多台激光划线机用于太阳能电池晶片和芯片的加工;目前有100多台用于首饰(宝石)加工的激光焊接系统,其中90%购自意大利;约有20多台高功率CO2激光切割系统用于钢板切割。又如,位于长江三角洲地区,包括上海和周边地区,正在使用的激光加工机也有几百台。例如,浙江省桥头镇用于衣服纽扣打标的激光标记机已有100多台,该小镇生产的衣扣占全球衣扣市场的40%多。
中国国内已建立近100个激光加工站,为一些临时需要激光加工业务的中小型企业提供服务。过去5年,国内已有几十台快速激光制模系统。
     近几年来,随着国内经济的快速发展和各种激光加工技术系统的进步,工业激光应用市场在不断扩大,激光加工领域在不断开拓,由钟表、电池、衣扣等轻工行业,向电子行业、机械制造业、汽车制造业、航空、动力和能源、以及医学和牙科仪器设备制造业等应用领域拓展。
     国外在激光加工领域中,2001年激光切割已占37%,国内市场仅占21.7%,可以看出,国内这个市场的扩大余地较大。2001年国外的激光标记占36%,而且主要应用于机械、微电子工业方面。国内激光标记占国内工业激光市场45.3%,并且主要应用于轻工业品、小五金工业品等领域。这表明国内激光标记将要占领的应用领域很大。
     近年来,海外公司正在快速进入中国加工市场,占领中、高档产品空缺市场和开拓国内企业尚未进入的市场。例如,Thyssenkrupp Tailored Blank GmbH和武汉Zheng-ren汽车元配件有限公司合作,在武汉开始接受定制坯件的焊接,激光焊接生产线每年加工6万吨。总部设在德国的工业激光器制造商Rofin-Sinar已在中国台北建立一家子公司-Rofin-Bassel台湾有限公司,并早已进入大陆市场,2003年Rofin的市场增长将达1000-2000万美元,产品集中在标记、切割和焊接的激光器,有望在5年后在中国市场增长率10%以上。南京东方激光有限公司是一家南京国营772厂与美国SIDA的合资公司,引进Rofin-Sinar公司轴向快流CO2激光器制造技术,推出由Rofin-Sinar公司的元器件制造的500W、700W、1000W、1500W、1700W、2000W、2800W 系列的CO2激光器。全球著名激光加工设备生产厂家德国Trumpf公司(产值占全球第一),也与瑞士营销集团Siber Hegner联合,在上海建立了Trumpf Siber Hegner公司,将集中精力开发核心产品-用于激光切割、打孔和成型的机床,并在江苏省建立激光加工中心。2001年在北京工业大学建立的“中德激光技术中心”,正在推进我国和德国在激光技术和激光材料加工方面的合作与交流、人才培训和咨询业务,2003年已正式启动“中德激光技术培训中心”。
     3、国内工业激光设备企业和研制生产概况
     自上世纪90年代开始,随着市场经济快速发展,国内出现了许多从事研制、生产和经营激光器和激光加工设备的公司。
     按现代企业制度建立的这些新兴公司(企业),经营理念完全定位于市场经济,在市场中找生机,发挥企业优势,择优而用,满足用户要求,通过融资,壮大财力,吸纳海内外技术优势,通过各种渠道,形成自家的技术优势和服务于用户的产品优势。短短几年,这些公司发展极快。至今已有100多家从事激光加工的制造企业,其中一些是由激光技术应用研究所建立的,另外一些是新兴的私人拥有的民营激光公司。这些公司已成为国内激光加工市场的主力,他们制造的工业激光器、元器件和激光加工系统(激光标记、划线、微调、切割、焊接、表面处理、微加工、直接成型)约占国内总市场90%以上份额。 这些单位具有批量、小批量供货能力,通常在接到订单后半年内可以交货。大部分产品销往国内市场,少量销往海外。 激光加工系统基于不同的应用,名目繁多,归纳起来,有激光热处理机、激光切割机、激光雕刻机、激光标记机、激光焊接机、激光打孔机和激光划线机等。
上述激光加工系统的构成包括三部分:
     (1)工业激光器,主要是YAG 激光器、CO2激光器、准分子激光器和大功率半导体激光器、全固体激光器(DPSSL)等;
     (2)多自由度加工机(机床、控制系统等);
     (3)激光加工工艺(即加工用的软件等)。表8是国内外激光器和激光加工设备发展概况。可以看出:(1)国内缺少适合中、大功率激光加工系统用的商品级可靠、稳定的YAG固体激光器和CO2激光器;(2)国内尚无适合激光加工的商品级新型大功率半导体激光器泵浦固体激光器(DPSSL);(3)国内尚无商品级的可靠、稳定、长寿命准分子激光器和光纤激光器。
4、结语
     激光加工是一门21世纪发展极快的制造新技术,各国政府和工业部门都非常重视激光器和激光加工技术设备的发展。中国政府一直将激光作为“先进制造技术”列为国家重点发展项目。随着中国经济快速发展和国内“全球制造基地”规模的迅速扩大,中国也将迅速成为全球激光器和激光加工设备应用的重要市场。面对日益增长的巨大的激光加工应用市场和国际竞争新格局,中国的激光器和激光加工技术产业必将有一个大的发展,这种状况给国内外从事激光、激光加工技术设备研发、生产和经营的企业和投资者带来极好机遇和挑战。
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