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国内光纤激光器产业链现状及应用趋势

众所周知,光纤激光器已成为全球主要的工业激光器之一。相比于半导体激光器、固体激光器和CO2激光器,光纤激光器在全球工业市场的占有率已超过50%。

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全球工业激光器销售额稳步增长(单位:亿美元) (来源:Industrial Laser Solutions)

上图是根据Industrial Laser Solutions在1995~2015年期间,每年公布的全球工业激光器销售额数据整理出的增长趋势图。从图中可以看出,除了2009年金融危机时期,销售额有所下降外,从1995年起的这20年间,工业激光器一直保持着稳定增长,尤其是自2012年之后,涨幅增大。这其中最重要的因素,就是光纤激光器市场份额的大幅增长。

数据显示,2010年时,光纤激光器只占当年全球工业激光器销售额的11%,但是到了2015年,光纤激光器就已占到全球市场份额的50%以上。

根据IPG 公司公布的2017年第一季度财报(截止至3月31日)显示,光纤激光器的增长再次独领风骚。IPG实现同比增长38%。中国市场尤为明显,一季度同比增长89%,激光切割和焊接的应用需求增长迅速。

光纤激光器件

全球光纤激光器件市场规模呈现出不断扩大的态势。

从2012年的2.34亿美元不断增加到2016年的5.2亿美元,年复合增长率为22.09%。

根据预计,2018年光纤激光器件市场规模将达到6.40亿美元,约40亿人民币。

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2012~2016年,全球光纤激光器件市场规模不断扩大 (数据来源:公开资料整理)

工业和军事应用,助力光纤激光器快速发展

工业应用

以前在板材加工领域主要使用冲床和等离子切割,其中薄板材使用冲床,厚板材就采用离子切割。然而随着光纤激光技术的不断发展,光纤激光切割对传统加工技术和CO2激光加工产生巨大的冲击。

相比于传统冲床加工,光纤激光是非接触式加工,产生的应力较小,噪声低,完全可以对铝、铜等高反性材料进行批量加工;相比于CO2激光加工,光纤激光的电光转换效率达到40%,耗电量仅是CO2激光器的1/3,加工速度提升了2~3倍。

仅仅5~6年的时间,光纤激光器就凭借着各种技术优势掀起了一场激光切割的技术变革。如今,4 kW光纤激光器的需求不断增加,应用领域也开始慢慢向汽车、船舶、航空航天等基础领域渗透。

军事应用

20世纪80年代末,双包层光纤和包层抽运技术的广泛应用,使大功率的光纤激光器的制作成为现实,并迅速拓展至军事领域。如今,光纤激光器已是战术激光武器的首选光源。

目前, 美军已将光纤激光器广泛应用于机载激光系统、先进战术激光系统、激光“复仇者”、激光区域防御系统、“空中哨兵”等激光武器系统的测试中, 展现了其良好的发展前景。除此之外,还有德国、日本、英国等。

国外巨头洗牌重组 光纤激光器行业竞争加剧

从工业领域来看,IPG公司在全球高功率光纤激光器的市场占有率仍处于绝对领先地位,市场占有率超过60%。但是未来,不会是IPG一家独大,因为其他激光行业巨头通过并购一些光纤激光器公司,已成功进入光纤激光器领域

2016年,美国Coherent公司收购了高性能工业激光光源和激光解决方案及器件厂商ROFIN,而ROFIN此前又收购了美国特种光纤厂商Nufern、半导体激光器厂商DILAS和瑞典专业从事光纤产品的Optoskand公司。由此可见,通过并购,Coherent已经形成了良好的垂直整合能力。

此外还有德国TRUMPF收购英国光纤激光器制造商SPI、英国的JK激光公司,成功进军高功率光纤激光器领域;美国JDSU公司与日本金属加工机床制造商Amada合作开发功率高达4kW的光纤激光器;美国nLight公司收购芬兰特种光纤制造商LIEKKI。

由此可以预见,高功率光纤激光器行业竞争愈演愈烈。

国内市场成绩可喜 国产化进程加速

2016年国内光纤激光器市场增长较大。根据中国光学学会激光加工专业委员会的统计,2016年国内中小功率光纤激光器的产能达7.4万台,有近8万台的小功率光纤激光器、约12000台中功率光纤激光器和不少于2200台的高功率光纤激光器(这里的高功率指2000 W以上功率)进行了市场装机。

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2013~2016年国产光纤激光器产能情况   (来源:中国光学学会激光加工专业委员会)

而国产中功率光纤激光器在2016年的销量达到4000台,相较2015年的1800台,翻了一番多,预计2017年国产光纤激光器的销售量可以再翻一番,超过8000台,同时市场占有率超过50%。

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2014-2016年国产中功率光纤激光器装机量情况   (来源:中国光学学会激光加工专业委员会 )

我国是世界最大的工业激光器市场,占全球市场的24%,不仅国外企业纷纷把我国作为重要的战略市场,本土企业也厚积薄发,国产化进程加速。武汉锐科、上海飞博、深圳创鑫、中科院上海光机所、西安光机所等一批国内主流的光纤激光器生产企业已开始发力,有个别企业已开发出万瓦级高功率光纤激光器。

但是我们仍然需要清醒地认识到,从光纤激光器的产能和市场占有率来看,我国在规模上都有较大突破,但国产光纤激光器的品质与国外同类产品相比,仍存在较大差距。同时,80%的高功率光纤激光器需要依靠进口,高校和科研院所的研发实力雄厚,如何将科研成果与企业生产无缝衔接,是值得我们深思的问题。

从光纤激光器的组件来看,抽运源封装、抽运耦合器、激光合束器、特种光纤、激光传输组件已实现国产化,并全面应用到中、高功率批量化产品中,例如可进行抽运源封装的西安炬光科技、从事特种光纤生产的武汉长飞光纤光缆,都是国产企业的佼佼者,但是高功率光纤光栅和高功率光闸几乎全部依赖进口。在国内光电产品汇集较为全面的光电汇网站中,单“光闸”一项是没有任何产品在线的,也证明了这一点。

国内市场需要的高功率光闸全部来自瑞典的Optoskand公司。这也就能解释为何我国下游企业的产能增长不快。我国企业的产能受制于国外企业的产能,丧失了主动性,严重制约了我国国产高功率光纤激光器的发展。可喜的是,我国已经意识到其严重性,开始积极布局。希望在未来2~3年内,我们能够看到一些产业成果。


(来源:中国光学期刊网)