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國內外激光加工產業和市場發展概況
1、概述
激光和激光加工是一門發展極快的高新技術,已成為發展新興產業,改造傳統製造業的關鍵技術設備之一。各種激光(標記、焊接、微調、打孔、切割、劃線、熱處理等)係統、設備,已經或正在進入各工業領域,諸如電子、輕工、包裝、禮品、小五金工業、醫療器械、汽車、機械製造、鋼鐵、冶金、石油等,為傳統工業的技術改造和製造業的現代化提供先進的技術裝備。
     近20年來,中國的改革開放和迅速發展著的市場經濟,極大地推動著高新技術的研發和應用。激光科學技術和激光加工是中國發展較快的高新技術產業之一。至今,國內從事製造工業激光係統公司超過100家,正在形成研發、批量生產和供、銷、維修服務的體係。國產激光器已能批量生產供應中、小功率(30W-500W)的Nd:YAG固體激光加工係統設備和高功率(100W-5kW)CO2激光加工係統設備。國內工業激光製造企業已能小批量提供低、中檔的激光標記、劃線、焊接、切割、打孔等設備。中國的激光器和激光技術產業的初步規模正在形成。據中國光學光電子行業協會(COEMA)激光分會的統計,2001年全國激光加工係統設備產值為6.3億元人民幣,相對2000年增長86%。2002年全國激光加工係統設備產值首次突破10億元,達到10.355億元,又比2001年增長65%。據統計,2002年全球激光加工市場銷售額為29.9億美元(約260億人民幣),兩者相比,中國約占1/26。中國國內存在著巨大的激光加工應用市場,而這個市場因中國加入WTO以來國內正在迅速形成的“全球製造基地”而獲得快速增長。國內外投資者和激光業者正在搶灘這一市場。因此中國的激光加工技術市場將迅速增長,中國激光加工技術產業化將會加速實現。國內外從事激光器和激光加工技術係統研發、生產和經營的企業正麵臨極好機遇和挑戰。
     2、激光加工市場
     2.1 國際市場
     據ILS (Industrial Laser Solutions) 統計,全球工業激光係統的產值1997年為20.63億美元,1998年為23.38億美元,1999年為25.91億美元,從1997年至1999年全球工業激光係統的產值年增長率一直保持在13%左右。但2000年全球工業激光係統的產值僅為27.76億美元(約229億人民幣),其年增長率降為7%左右,開始受到網絡經濟泡沫,美國和全球範圍經濟衰退的影響。
在2003年1月ILS發表的校正後統計數字中,對原2001年為0.5%負增長的預計數字作了修正,計入了2001年中國工業激光係統市場額增長較大的因素,將2001年全球工業激光係統產值改為28.75億美元,比2000年增長9.6%。顯然,中國的激光加工市場增幅已明顯地牽動著國際激光加工市場。2002年全球工業激光係統產值約為29.9億美元,估計2003年為31.11億美元,預計2004年為32.11億美元。這說明近幾年這個市場的年增長率有所降低,保持在3-5%左右,預計未來幾年的年增長率將維持在5%左右。
     工業激光設備的應用市場直接受到電子、微電子、光電子工業、通訊工業和光機電一體化係統設備市場發展的影響。激光加工係統是滿足上述新興產業和先進製造技術裝備所必備的。而CO2激光器、半導體激光器、固體激光器、半導體泵浦固體激光器、準分子激光器、光釺激光器及其加工設備正是需求最大、發展最快的工業激光加工係統。
     2001年的經濟衰退使得半導體工業受到重創,相關的半導體加工製造、材料加工、標記和微細加工等行業受到影響,例如用於光刻設備的準分子激光器和用於半導體加工生產測量係統的He-Ne激光器的銷售嚴重下降。此外,由於電信行業的不景氣使光纖光柵生產過剩,導致用於製造光柵的準分子激光器,金屬蒸汽激光器或氬離子激光器沒有市場。約占全球工業激光器銷售額40%的大功率CO2激光器銷售受到打擊最大。以美國為例,2001年的CO2激光器銷售額下降了40%。與2000年相比,非二極管激光器呈現負增長。
     從國外激光加工係統應用方式來看,以2001年為例,其中激光切割占總銷售額的37%,激光標記占36%,激光焊接占12%,激光微加工占10%,激光打孔占2%,其它應用占3%。激光加工在不同國家的各工業領域中的應用範圍及程度是不同的。上世紀九十年代,美國、德國和日本的激光加工應用已很普遍。日本在1990年的工業激光係統設備已達3000台,1997年高達5000台,至2000年日本的工業激光加工係統已約占全球的1/3。
     在激光加工應用市場範圍方麵,國內外的區別較大,國外激光加工應用一開始便立足於高科技、高技術行業,如汽車製造工業,半導體工業,航空航天工業等,例如上世紀九十年代中期,美國、日本的激光加工應用已主要集中在電子、半導體、汽車工業領域,所占份額約為本國激光加工設備的25-30%。上述這些工業激光應用行業恰恰是十幾年前我國比較弱小的行業。中國激光加工設備最初的應用在較發達的是輕工業、紡織業、服裝以及電子工業等。這些情況現在也恰恰給海外的工業激光製造廠家提供極好機遇,便於將成熟的中、高檔工業激光係統搶入中國市場。
     2.2 國內市場
     中國國內工業激光市場的起步晚於發達國家20年左右,可以說中國的激光產業在1995年前後才剛剛起步,而在當時,國外發達國家的工業激光係統已得到廣泛的應用。
     國內工業激光加工設備的銷售台數和銷售額自1995年才開始有較大的增長,在1995年至1996年,1999年至2000年至2001年呈現高峰,有成倍增長。但因起點低,至1999年的產值僅為1億6千萬元,至2000年達到3億4千萬元,比1999年增長112%,增長較快的原因是電池激光封焊和電子元器件,小五金的激光標記市場采用了大量的YAG激光焊接機和激光標記機。2001年國內工業激光加工係統的產值為6億3千萬元,比2000年增長86%,2002年為10億3千萬元,比2001年又增長65%,其主要原因除激光標記和電池封焊獲得持續增長外,國產激光切割、熔敷係統應用的增長較大。
     2002年我國激光打標機市場銷售額達到5.029億元,比2001年增長75.7%,激光切割機市場銷售額達到2.417億元,比2001年增長75.6%,激光加工機市場銷售額增長幅度最大,達到9746萬元,比2001年增長550.5%,激光焊接機市場銷售額達到8655.7萬元,比2001年增長19.9%,激光快速成型機市場銷售額達到4750萬元,比2001年增長90.2%。此外,微調機、劃片機市場銷售額也有不同程度增長。激光熱處理機市場銷售額2002年出現下降,由2001年的7370萬元減至1148萬元,下跌了84.4 %,減少了6222 萬元之多。
     工業激光加工設備首先在中國國內經濟較發達、較活躍地區獲得快速應用。例如在廣東省於2002年底便約有1500多台CO2和Nd:YAG激光標記機,用於PC鍵盤等其他元器件的加工;約有800台激光焊接機用於電池密封焊(約占全球90%數量的電池產於中國,尤其在廣東省);約有100多台激光劃線機用於太陽能電池晶片和芯片的加工;目前有100多台用於首飾(寶石)加工的激光焊接係統,其中90%購自意大利;約有20多台高功率CO2激光切割係統用於鋼板切割。又如,位於長江三角洲地區,包括上海和周邊地區,正在使用的激光加工機也有幾百台。例如,浙江省橋頭鎮用於衣服紐扣打標的激光標記機已有100多台,該小鎮生產的衣扣占全球衣扣市場的40%多。
中國國內已建立近100個激光加工站,為一些臨時需要激光加工業務的中小型企業提供服務。過去5年,國內已有幾十台快速激光製模係統。
     近幾年來,隨著國內經濟的快速發展和各種激光加工技術係統的進步,工業激光應用市場在不斷擴大,激光加工領域在不斷開拓,由鍾表、電池、衣扣等輕工行業,向電子行業、機械製造業、汽車製造業、航空、動力和能源、以及醫學和牙科儀器設備製造業等應用領域拓展。
     國外在激光加工領域中,2001年激光切割已占37%,國內市場僅占21.7%,可以看出,國內這個市場的擴大餘地較大。2001年國外的激光標記占36%,而且主要應用於機械、微電子工業方麵。國內激光標記占國內工業激光市場45.3%,並且主要應用於輕工業品、小五金工業品等領域。這表明國內激光標記將要占領的應用領域很大。
     近年來,海外公司正在快速進入中國加工市場,占領中、高檔產品空缺市場和開拓國內企業尚未進入的市場。例如,Thyssenkrupp Tailored Blank GmbH和武漢Zheng-ren汽車元配件有限公司合作,在武漢開始接受定製坯件的焊接,激光焊接生產線每年加工6萬噸。總部設在德國的工業激光器製造商Rofin-Sinar已在中國台北建立一家子公司-Rofin-Bassel台灣有限公司,並早已進入大陸市場,2003年Rofin的市場增長將達1000-2000萬美元,產品集中在標記、切割和焊接的激光器,有望在5年後在中國市場增長率10%以上。南京東方激光有限公司是一家南京國營772廠與美國SIDA的合資公司,引進Rofin-Sinar公司軸向快流CO2激光器製造技術,推出由Rofin-Sinar公司的元器件製造的500W、700W、1000W、1500W、1700W、2000W、2800W 係列的CO2激光器。全球著名激光加工設備生產廠家德國Trumpf公司(產值占全球第一),也與瑞士營銷集團Siber Hegner聯合,在上海建立了Trumpf Siber Hegner公司,將集中精力開發核心產品-用於激光切割、打孔和成型的機床,並在江蘇省建立激光加工中心。2001年在北京工業大學建立的“中德激光技術中心”,正在推進我國和德國在激光技術和激光材料加工方麵的合作與交流、人才培訓和谘詢業務,2003年已正式啟動“中德激光技術培訓中心”。
     3、國內工業激光設備企業和研製生產概況
     自上世紀90年代開始,隨著市場經濟快速發展,國內出現了許多從事研製、生產和經營激光器和激光加工設備的公司。
     按現代企業製度建立的這些新興公司(企業),經營理念完全定位於市場經濟,在市場中找生機,發揮企業優勢,擇優而用,滿足用戶要求,通過融資,壯大財力,吸納海內外技術優勢,通過各種渠道,形成自家的技術優勢和服務於用戶的產品優勢。短短幾年,這些公司發展極快。至今已有100多家從事激光加工的製造企業,其中一些是由激光技術應用研究所建立的,另外一些是新興的私人擁有的民營激光公司。這些公司已成為國內激光加工市場的主力,他們製造的工業激光器、元器件和激光加工係統(激光標記、劃線、微調、切割、焊接、表麵處理、微加工、直接成型)約占國內總市場90%以上份額。 這些單位具有批量、小批量供貨能力,通常在接到訂單後半年內可以交貨。大部分產品銷往國內市場,少量銷往海外。 激光加工係統基於不同的應用,名目繁多,歸納起來,有激光熱處理機、激光切割機、激光雕刻機、激光標記機、激光焊接機、激光打孔機和激光劃線機等。
上述激光加工係統的構成包括三部分:
     (1)工業激光器,主要是YAG 激光器、CO2激光器、準分子激光器和大功率半導體激光器、全固體激光器(DPSSL)等;
     (2)多自由度加工機(機床、控製係統等);
     (3)激光加工工藝(即加工用的軟件等)。表8是國內外激光器和激光加工設備發展概況。可以看出:(1)國內缺少適合中、大功率激光加工係統用的商品級可靠、穩定的YAG固體激光器和CO2激光器;(2)國內尚無適合激光加工的商品級新型大功率半導體激光器泵浦固體激光器(DPSSL);(3)國內尚無商品級的可靠、穩定、長壽命準分子激光器和光纖激光器。
4、結語
     激光加工是一門21世紀發展極快的製造新技術,各國政府和工業部門都非常重視激光器和激光加工技術設備的發展。中國政府一直將激光作為“先進製造技術”列為國家重點發展項目。隨著中國經濟快速發展和國內“全球製造基地”規模的迅速擴大,中國也將迅速成為全球激光器和激光加工設備應用的重要市場。麵對日益增長的巨大的激光加工應用市場和國際競爭新格局,中國的激光器和激光加工技術產業必將有一個大的發展,這種狀況給國內外從事激光、激光加工技術設備研發、生產和經營的企業和投資者帶來極好機遇和挑戰。
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