技術(shù)與市場：激光加工設(shè)備

激光：最快的刀、最準(zhǔn)的尺、最亮的光

激光基本原理：

受激輻射光放大Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射

①原子(原子、離子和分子)系統(tǒng)出一個分立能級躍遷到另一個分立能級時，伴隨著輻射一個光子或吸收一個光子，所輻射或吸收光的頻率由玻爾(Bohr)關(guān)系式所確定：

②熱平衡狀態(tài)下，原子系統(tǒng)的原子分布，在較低能級上的布居數(shù)(粒子數(shù)密度)總多于較高能級上的布居數(shù)(如E2＞E1，有N1＞N2)。因此光輻射與原子系統(tǒng)作用時將引起光的吸收，系統(tǒng)將吸收光子的能量。

③對受激光放大，則要求原子系統(tǒng)儲存能量，即需由外部激勵提供能量(稱“泵浦”)，使電子由低能級躍遷到高能級，實現(xiàn)“布居數(shù)反轉(zhuǎn)”分布(即達(dá)到N2＞N1，也稱“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”)。

④當(dāng)入射一光波(能量為的光子)時，光子將感應(yīng)此具反轉(zhuǎn)分布的系統(tǒng)，引起一系列原子由高能級向低能級的躍遷，從而感應(yīng)發(fā)射出大量的光子，使入射光能量呈數(shù)量級地被放大，即為受激光放大。

⑤表明，激光原子系統(tǒng)的發(fā)光機制，不同于一般原子系統(tǒng)的發(fā)光機制，其根本區(qū)別是：一個是受激輻射發(fā)光，一個是自發(fā)輻射發(fā)光；一個是各原子之間發(fā)光是相干的，一個是互不相干的。

激光的產(chǎn)生機理可以溯源到1917年愛因斯坦解釋黑體輻射定律時提出的假說，即光的吸收和發(fā)射可經(jīng)由受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射三種基本過程。眾所周知，任何一種光源的發(fā)光都與其物質(zhì)內(nèi)部粒子的運動狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)處于低能級上的粒子（原子、分子或離子）吸收了適當(dāng)頻率外來能量（光）被激發(fā)而躍遷到相應(yīng)的高能級上（受激吸收）后，總是力圖躍遷到較低的能級去，同時將多余的能量以光子形式釋放出來。

如果光是在沒有外來光子作用下自發(fā)地釋放出來的（自發(fā)輻射），此時被釋放的光即為普通的光（如電燈、霓虹燈等），其特點是光的頻率大小、方向和步調(diào)都很不一致。

但如果是在外來光子直接作用下由高能級向低能級躍遷時將多余的能量以光子形式釋放出來（受激輻射），被釋放的光子則與外來的入射光子在頻率、位相、傳播方向等方面完全一致，這就意味著外來光得到了加強，我們稱之為光放大。

圖：激光產(chǎn)生機理：（左）受激吸收，（中）自發(fā)輻射，（右）受激發(fā)射

而激光的產(chǎn)生需要滿足三個條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、諧振腔反饋和滿足閾值條件。通過受激吸收，使處于高能級的粒子數(shù)比處于低能級的越多（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)），還需要在有源區(qū)兩端制作出能夠反射光子的平行反射面，形成諧振腔，并使增益大于損耗，即相同時間新產(chǎn)生的光子數(shù)大于散射吸收掉的光子數(shù)。只有滿足了這三個條件，才有可能產(chǎn)生激光。

激光器的類型

在光源中，實現(xiàn)能級粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是實現(xiàn)光放大的前提，也就是產(chǎn)生激光的先決條件。要實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，需借助外來光的力量，使大量原來處于低能級的粒子躍遷到高能級上去，這個過程我們稱之為“激勵”。

我們通常所說的激光器，就是使光源中的粒子受到激勵而產(chǎn)生受激輻射躍遷，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，然后通過受激輻射而產(chǎn)生光的放大的裝置。激光器雖然多種多樣，但使命都是通過激勵和受激輻射而獲得激光。因此激光器通常均由激活介質(zhì)（即被激勵后能產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)）、激勵裝置（即能使激活介質(zhì)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的能源，泵浦源）和光諧振腔（即能使光束在其中反復(fù)振蕩和被多次放大的兩塊平面反射鏡）三個部分組成。

激光器有多種分類方式，其中最著名的是固體，氣體，液體染料，半導(dǎo)體和光纖激光器。固態(tài)激光器介質(zhì)是類似紅寶石棒或其他固體結(jié)晶材料，并且纏繞在其上的閃光管泵送其充滿能量的原子。為了有效地工作，固體必須摻雜，這是一種用雜質(zhì)離子代替一些原子的過程，使其具有恰當(dāng)?shù)哪芗壱援a(chǎn)生一定精確頻率的激光。固態(tài)激光器產(chǎn)生高功率光束，通常是非常短的脈沖。相比之下，氣體激光器使用惰性氣體（即所謂的準(zhǔn)分子激光器）或二氧化碳（CO2）作為介質(zhì)的化合物產(chǎn)生連續(xù)的亮光。CO2激光器功能強大，效率高，常用于工業(yè)切割和焊接。液體染料激光器使用有機染料分子的溶液作為介質(zhì)，主要優(yōu)點是可用于產(chǎn)生比固態(tài)和氣體激光器更寬的光頻帶，甚至可“調(diào)諧”以產(chǎn)生不同的頻率。

按波長來分，覆蓋的波長范圍包括遠(yuǎn)紅外、紅外、可見光、紫外直到遠(yuǎn)紫外，最近還研制出X射線激光器和正在開發(fā)的γ射線光器；

按激勵方式不同，有光激勵（光源或紫外光激勵）、氣體放電激勵、化學(xué)反應(yīng)激勵、核反應(yīng)激勵等；

按輸出方式不同，有連續(xù)的、單脈沖的、連續(xù)脈沖的和超短脈沖等；

從功率輸出的大小來看，其中連續(xù)的輸出功率小至微瓦級，最大可達(dá)兆瓦級。脈沖輸出的能量可從微焦耳至10萬以上焦耳，脈沖寬度由毫秒級到皮秒級乃至飛秒級（1000萬億分之一）。

各式各樣激光器滿足不同的應(yīng)用要求。如激光加工和某些軍用激光都要求高功率激光或高能量激光（即所謂強激光）。有的希望脈沖時間盡量縮短，以從事某些特快過程的研究。有的還對提高光的單色性、改善輸出光的模式、改善光斑的光強分布以及要求波長可調(diào)等提出了很高的要求。這些要求促使著激光器的研究者不斷探索，從而使激光器的探索深度和應(yīng)用廣度得到前所未有的發(fā)展。

激光加工

利用激光的高強度（亮度）聚焦激光束在1ms內(nèi)能發(fā)射100J的光能量，聚焦起來足以使材料在短時間內(nèi)融化或汽化，從而對不同特性難以加工的材料進(jìn)行加工處理，如：焊接、打孔、切割、熱處理、光刻等。

激光加工具有精度高、畸變小、無接觸、能量省等優(yōu)點，其應(yīng)用領(lǐng)域幾乎可以覆蓋整個機械制造業(yè)，包括礦山機械、石油化工、電力、鐵路、汽車、船舶、冶金、醫(yī)療器械、航空、機床、發(fā)電、印刷、包裝、模具、制藥等行業(yè)。其中關(guān)鍵零部件和精密設(shè)備的磨損和腐蝕都能很好地利用激光熔覆技術(shù)進(jìn)行修復(fù)和優(yōu)化，成為化腐朽為神奇的利器。

激光加工設(shè)備

激光加工設(shè)備行業(yè)屬于技術(shù)密集型行業(yè)，涵蓋光學(xué)、電子技術(shù)、機械設(shè)計與制造、自動化控制、計算機軟件開發(fā)與數(shù)字圖像處理、精密光學(xué)設(shè)計、視覺圖像處理、運動控制、光和材料作用機理等多學(xué)科領(lǐng)域。

激光加工設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工工藝領(lǐng)域的核心技術(shù)具體包括超高功率板材激光切割機技術(shù)、超大幅面板材激光切割機技術(shù)、板管一體激光切割機技術(shù)、超高速激光熔覆設(shè)備技術(shù)、激光切割加工工藝技術(shù)等；核心零部件領(lǐng)域的核心技術(shù)包括單/多模塊光纖激光器技術(shù)、光纖激光切割頭技術(shù)、激光加工數(shù)控技術(shù)等；激光加工自動化解決方案領(lǐng)域的核心技術(shù)包括自動上下料及切割一體化技術(shù)、卷料激光切割自動落料技術(shù)、鈑金成型技術(shù)等多項先進(jìn)技術(shù)。

激光加工設(shè)備廣泛應(yīng)用于汽車零部件、工程機械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔、煤炭開采及石油化工設(shè)備等領(lǐng)域的精密零部件制造，并逐步開始應(yīng)用于新能源汽車、高端農(nóng)機、航空航天等領(lǐng)域。

激光加工設(shè)備

激光加工設(shè)備的光源主要為光纖激光器，具備光電轉(zhuǎn)化效率高、光源穩(wěn)定性強等特點。該類設(shè)備廣泛應(yīng)用于金屬材料的切割、焊接及熔覆領(lǐng)域，其中激光切割、焊接設(shè)備主要面向汽車零部件、工程機械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔等行業(yè)，激光熔覆設(shè)備主要面向煤炭開采及石油化工、冶金、電力等行業(yè)。

激光加工技術(shù)概況

激光是指窄幅頻率的光輻射線通過受激反饋共振與輻射放大產(chǎn)生的準(zhǔn)直、單色、相干的定向光束。作為一種新光源，激光以其方向性好、單色性好、相干性好、能量密度高等特點，在工業(yè)、信息、醫(yī)學(xué)、商業(yè)、科研、軍事等多個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

激光在工業(yè)上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料進(jìn)行加工處理，激光加工按激光束對材料的作用效果可劃分為激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光清洗、激光打標(biāo)等。激光加工技術(shù)憑借其精度高、速度快、加工效果好等優(yōu)勢正逐步實現(xiàn)對傳統(tǒng)加工技術(shù)的替代，并成為國家大力支持和推廣的高新技術(shù)之一。在當(dāng)前全球經(jīng)濟逐步回暖、制造業(yè)投資顯著增加以及智能制造加速推進(jìn)的大背景下，激光加工技術(shù)下游應(yīng)用的深度和廣度將得到進(jìn)一步擴展。

（1）激光加工技術(shù)具備可加工材料范圍廣、加工效率高、加工精度高、工件形變小等優(yōu)勢，可廣泛運用于工業(yè)領(lǐng)域

截止目前，激光加工技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、信息、醫(yī)學(xué)、商業(yè)、科研、軍事等領(lǐng)域。在工業(yè)領(lǐng)域，激光加工可用于多種金屬、非金屬材料的加工，尤其是高硬度、高脆性以及高熔點的材料。激光加工相較傳統(tǒng)加工方式具有可加工材料范圍廣、加工效率高、加工精度高、工件形變小等優(yōu)勢，是對傳統(tǒng)加工技術(shù)的革新，可推動傳統(tǒng)制造業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級和跨越發(fā)展。

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，激光加工可細(xì)分為激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光清洗、激光打標(biāo)等，激光加工技術(shù)在以上領(lǐng)域均展現(xiàn)出突出優(yōu)勢。

激光切割

利用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來完成切割。激光器產(chǎn)生的特定能量密度的光束，通過光路傳導(dǎo)及反射并經(jīng)過聚焦透鏡組聚焦在生產(chǎn)物體的外表上面，形成高能量光斑，以瞬時高溫融化或氣化被加工材料。與傳統(tǒng)的切割方式相比，激光切割具有環(huán)保無污染、精度良率高、速度快、生產(chǎn)成本低等明顯優(yōu)勢

激光焊接

焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。最后液態(tài)熔池重新冷卻凝固，形成焊接區(qū)域，實現(xiàn)材料的焊接效果。無需電極和填充材料，可實現(xiàn)精準(zhǔn)加熱，焊接時無接觸，焊接區(qū)受污染小，可對高熔點、厚度大的金屬材料進(jìn)行焊接

激光熔覆

是一種新的材料表面改性技術(shù)，它通過在基材表面添加熔覆材料，并用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成冶金結(jié)合的添料熔覆層。采用激光熔覆方式加工的熔覆層稀釋程度低但結(jié)合力強，與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點

激光清洗

通過用激光束照射從固體（或液體）表面去除材料的過程。在低激光通量下，材料被吸收的激光能量加熱并蒸發(fā)或升華。在高激光通量下，材料通常會轉(zhuǎn)換為等離子體。通常，激光燒蝕是指用脈沖激光去除材料，如果激光強度足夠高，則可以用連續(xù)波激光束燒蝕材料。與機械摩擦清洗、化學(xué)腐蝕清洗、液體固體強力沖擊清洗、高頻超聲清洗等傳統(tǒng)清洗方法相比，激光清洗具有綠色環(huán)保、無研磨、無接觸、清洗效率高以及運行成本低等特點

激光打標(biāo)

利用高能量密度的激光聚焦于材料表面，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的一種打標(biāo)方法。激光打標(biāo)能夠打出各種文字、符號和圖案，精密程度能夠從毫米到微米量級，可用作防偽標(biāo)識。激光打標(biāo)的特點是非接觸加工，工件不產(chǎn)生任何機械應(yīng)力，適用于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材等材料的標(biāo)記

（2）激光加工技術(shù)特點順應(yīng)高端制造、精密制造趨勢，正加速實現(xiàn)對傳統(tǒng)加工方式的替代

激光加工技術(shù)憑借可加工材料范圍廣、加工效率高、加工精度高、工件形變小等優(yōu)勢，在材料切割、焊接、增材制造、噴碼打標(biāo)等領(lǐng)域正逐步取代傳統(tǒng)加工工藝，并被廣泛應(yīng)用于材料加工與光刻、通信與光存儲、儀器與傳感器、醫(yī)療與美容、科研與軍事、娛樂及打印等領(lǐng)域。此外，激光加工數(shù)控工業(yè)軟件還可與計算機數(shù)控技術(shù)、機械自動化技術(shù)等相結(jié)合，組成智能激光加工裝備，實現(xiàn)對不同材質(zhì)、不同形狀及不同體積的材料的精密加工。

當(dāng)前國家大力支持傳統(tǒng)制造業(yè)向高附加值、高技術(shù)壁壘的高端制造及精密制造轉(zhuǎn)型升級，同時，隨著激光技術(shù)的進(jìn)步與快速迭代，激光加工設(shè)備的成本逐步下降，預(yù)期激光加工技術(shù)將加速在制造業(yè)諸多領(lǐng)域全面取代傳統(tǒng)加工技術(shù)，大幅提升工業(yè)生產(chǎn)效率，推動制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

（3）經(jīng)過長期技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用實踐，激光加工行業(yè)已形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈體系

經(jīng)過長期技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用實踐，激光加工行業(yè)已形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈體系。產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括光學(xué)材料和元器件、機械、數(shù)控、電源及輔助材料等，中游主要為各種激光器及其配套裝置與設(shè)備，下游則以激光應(yīng)用產(chǎn)品、激光制造設(shè)備、消費產(chǎn)品為主。

激光加工設(shè)備行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

激光加工技術(shù)作為對傳統(tǒng)加工技術(shù)的替代，具有應(yīng)用廣泛、市場規(guī)模廣闊的特點，其下游行業(yè)囊括廣大工業(yè)制造業(yè)領(lǐng)域，行業(yè)周期與整體宏觀經(jīng)濟周期存在一定正相關(guān)性。

總體上看，我國激光加工設(shè)備行業(yè)近年來發(fā)展迅速，但在核心技術(shù)水平及應(yīng)用滲透率等方面較發(fā)達(dá)國家仍存在一定差距。作為實現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造邁進(jìn)的核心技術(shù)之一，國家高度重視并大力支持激光加工技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并為進(jìn)一步擴大應(yīng)用范圍提供政策引導(dǎo)，持續(xù)推動我國制造業(yè)生產(chǎn)方式和制造工藝的轉(zhuǎn)型升級。當(dāng)前，我國激光加工設(shè)備行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢如下：

（1）核心零部件逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化

激光器是激光加工設(shè)備的核心部件，而激光器核心器件包括泵浦源、光學(xué)諧振腔等，由于其技術(shù)壁壘較高，導(dǎo)致長期以來我國激光器核心器件的進(jìn)口依存度較高。為降低對激光器核心部件的進(jìn)口依賴和生產(chǎn)成本，近年來國內(nèi)廠商紛紛加大自主研發(fā)力度，投入更多科研資源，我國激光器行業(yè)逐漸步入快速成長階段，國產(chǎn)化程度逐年提升。

以光纖激光器為例，根據(jù)《2022中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，從市場滲透率來看，在1-3KW功率段光纖激光器市場，2022年國產(chǎn)光纖激光器市場份額預(yù)計將達(dá)到97.3%，已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化；在3-6KW功率段光纖激光器市場，國產(chǎn)激光器滲透率由2018年的15.8%迅速提升至2022年（預(yù)計）的95.7%；在6-10KW功率段光纖激光器市場，2022年國產(chǎn)滲透率預(yù)計將達(dá)到58.6%。在10KW以上功率段光纖激光器市場，國產(chǎn)激光器滲透率更是從2018年的5.7%快速增長至2022年（預(yù)計）的64.1%。

隨著國內(nèi)激光器企業(yè)綜合實力的增強，國產(chǎn)激光器與國際技術(shù)差距逐步縮小，低功率激光器已基本實現(xiàn)國產(chǎn)替代，中功率、高功率光纖激光器國產(chǎn)化率快速提升。未來隨著技術(shù)差距的進(jìn)一步縮小，預(yù)計國產(chǎn)激光器功率和性能將逐步提高，高功率段光纖激光器領(lǐng)域的國內(nèi)外品牌競爭將愈演愈烈，激光設(shè)備核心零部件的國產(chǎn)化率也將進(jìn)一步提升。

（2）激光加工設(shè)備行業(yè)下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，持續(xù)向高功率、短波長、窄脈寬方向發(fā)展

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展與國家戰(zhàn)略的深入實施，工業(yè)生產(chǎn)中各類金屬、非金屬工件的加工需求持續(xù)旺盛。隨著激光技術(shù)的進(jìn)步及對傳統(tǒng)加工工藝的替代，近年來激光加工設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域快速拓展，國內(nèi)激光加工設(shè)備市場迎來高速增長期。

目前，激光加工設(shè)備廣泛應(yīng)用于汽車零部件、工程機械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔、材料加工與光刻、航空航天、通訊與光儲存、醫(yī)療美容等多個行業(yè)。具體而言，在宏觀加工領(lǐng)域，汽車、工程機械、航空航天器等領(lǐng)域大型加工件的切割、焊接可通過激光加工方式實現(xiàn)，相較傳統(tǒng)加工方式可大幅提高加工效率和加工精度；在微觀加工領(lǐng)域，激光加工覆蓋半導(dǎo)體、LED、OLED、液晶顯示等領(lǐng)域的精密加工環(huán)節(jié)。整體上看，激光加工具有精度高、效率高等顯著優(yōu)勢，在諸多加工領(lǐng)域替代傳統(tǒng)加工設(shè)備，一方面其廣泛應(yīng)用顯著促進(jìn)了下游產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展，同時催生了新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)，另一方面下游應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展亦促進(jìn)了激光加工技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化升級。

根據(jù)《2022中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》數(shù)據(jù)，2021年我國激光加工設(shè)備行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到821億元，預(yù)計2022年國內(nèi)激光加工設(shè)備行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到876億元。隨著傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的進(jìn)一步推進(jìn)以及激光技術(shù)不斷發(fā)展成熟，各行業(yè)對激光加工設(shè)備的需求將不斷增長，激光加工設(shè)備市場將迎來較長的發(fā)展機遇期。

此外，在國內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級不斷深化的背景下，為更好的滿足高端制造業(yè)日益增長的高強度加工、精密加工需求，激光技術(shù)不斷向高功率、短波長、窄脈寬方向發(fā)展。更高的功率能夠提高設(shè)備對工件的加工速度和強度，提升加工效率；波長更長可使激光束集聚性更好，在加工中形成更小的光點，提升加工精度；更窄的脈寬能夠降低加工時對工件表面的損傷，從而使加工的效果得到優(yōu)化。

（3）激光加工設(shè)備日趨數(shù)字化、智能化

當(dāng)前全球已步入數(shù)字經(jīng)濟時代，隨著信息技術(shù)發(fā)展和跨領(lǐng)域應(yīng)用逐漸增加，其與制造業(yè)的融合日趨緊密，推動制造業(yè)不斷向著云化、智能化方向發(fā)展，其中工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是重要的實現(xiàn)方式。在此背景下，處于制造業(yè)前端的激光加工設(shè)備已不僅僅是獨立運行的工業(yè)機器，而是通過結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與激光加工技術(shù)，可實現(xiàn)生產(chǎn)計劃管理、設(shè)備在線監(jiān)控和維護(hù)、故障在線診斷等一系列功能的數(shù)字化設(shè)備，可幫助生產(chǎn)企業(yè)提升效率、降低成本。未來隨著各類信息技術(shù)與激光加工技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合，激光加工設(shè)備將能夠更好的為制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供支持。

此外，通過激光技術(shù)與數(shù)控技術(shù)的融合還可使激光加工設(shè)備具備對加工流程的分析、判斷、執(zhí)行等能力，從而更好地實現(xiàn)制造流程的自動化、智能化。目前，市場上主流的激光切割、焊接、熔覆設(shè)備已可通過數(shù)控系統(tǒng)和自動化傳動裝置實現(xiàn)對加工頭運行、出光的精準(zhǔn)控制，而數(shù)控系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)整個激光加工生產(chǎn)線中各臺設(shè)備間的協(xié)調(diào)高效運行，在減少人力成本的同時，進(jìn)一步提升加工效率和品質(zhì)。未來隨著國家智能制造戰(zhàn)略的進(jìn)一步落地，我國激光加工設(shè)備領(lǐng)域持續(xù)向數(shù)字化、智能化發(fā)展將成為必然趨勢，也將有更多智能化激光加工設(shè)備涌現(xiàn)并應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各領(lǐng)域，推動制造業(yè)向著智能制造方向發(fā)展。

（4）激光加工設(shè)備日趨集成化、柔性化

隨著國民經(jīng)濟日益發(fā)展，裝備制造業(yè)下游客戶的應(yīng)用場景和個性化加工需求日趨增多，要求激光加工設(shè)備具備更廣闊的適用領(lǐng)域和更完善的協(xié)同加工能力以滿足客戶的多元化需求。在生產(chǎn)實務(wù)中，功能單一的激光加工整機設(shè)備已逐漸無法滿足制造業(yè)企業(yè)精密、復(fù)雜工件的加工需要，因此，采用產(chǎn)線集成化設(shè)計、模塊柔性化生產(chǎn)，能夠根據(jù)客戶需要實現(xiàn)多環(huán)節(jié)、多工序加工的激光加工智能制造生產(chǎn)線日益受到制造業(yè)企業(yè)的青睞。相較僅能完成單一加工環(huán)節(jié)的單臺激光加工設(shè)備，激光柔性加工生產(chǎn)線可根據(jù)客戶需要完成包括切割、折彎、焊接、熔覆、打標(biāo)、智能搬運與碼垛等在內(nèi)的多道工序，幫助客戶大幅提升整體生產(chǎn)效率。預(yù)計集成化、柔性化將成為未來激光加工設(shè)備行業(yè)新的發(fā)展方向和機遇。

（5）激光加工設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展

隨著激光技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，激光加工設(shè)備的應(yīng)用場景不斷拓展。面對不同領(lǐng)域日新月異的加工需求，激光加工技術(shù)還可與其他眾多技術(shù)融合，進(jìn)而孕育出新興技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。近年來，激光加工技術(shù)越來越多地滲透進(jìn)入材料加工與光刻、高端工程機械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔、航空航天、通訊與光儲存、醫(yī)療美容等工業(yè)及消費領(lǐng)域，上述領(lǐng)域未來廣闊的發(fā)展空間為激光加工設(shè)備提供了廣闊的發(fā)展機遇。

激光加工設(shè)備細(xì)分行業(yè)簡介

（1）激光切割簡介及應(yīng)用

①激光切割技術(shù)概述

激光切割技術(shù)是利用經(jīng)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、燒蝕或達(dá)到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而將工件割開。激光切割具有切割質(zhì)量好、切割效率高、切割速度快、非接觸式切割、可切割材料種類多等優(yōu)勢。

②激光切割行業(yè)市場規(guī)模

根據(jù)《2022中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》數(shù)據(jù)，2021年我國激光加工設(shè)備行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到821億元，其中激光切割設(shè)備為激光加工技術(shù)的第一大應(yīng)用領(lǐng)域，市場規(guī)模達(dá)280.1億元，占比高達(dá)34%。預(yù)計2022年國內(nèi)激光加工設(shè)備行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到876億元，其中激光切割設(shè)備行業(yè)市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到300億元。

③激光切割應(yīng)用市場廣泛且不斷拓展

我國激光切割設(shè)備應(yīng)用的終端行業(yè)廣泛，最主要應(yīng)用于工業(yè)材料加工和通信存儲行業(yè)，其次是醫(yī)療美容、科研軍事等領(lǐng)域。

在材料加工領(lǐng)域，切割是不可或缺的重要工藝之一。過去由于激光加工設(shè)備成本高昂，激光切割在制造業(yè)滲透率較低，而近年來隨著激光切割設(shè)備成本的不斷下降和激光切割性能的不斷提升，激光切割逐步取代傳統(tǒng)切割方式，在汽車零部件、工程機械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔、航空航天、通訊與光儲存、醫(yī)療美容及其他更多領(lǐng)域獲得廣泛的運用。

在汽車零部件行業(yè)，激光切割設(shè)備可應(yīng)用于汽車五金零件、汽車車身、車門框后備箱、車頂蓋、安全氣囊、保險杠、中控板、立柱、座套、地毯等金屬和非金屬板材、管材的平面切割和三維立體切割；在工程機械行業(yè)，激光切割設(shè)備可應(yīng)用于碳鋼、中厚板或超厚板切割、鈑金件預(yù)留工藝豁口、制作鈑金樣板和鉆孔樣等；在特變電輸送鐵塔行業(yè)，激光切割設(shè)備可應(yīng)用于板材和管材下料、制孔、打標(biāo)識、開坡口等生產(chǎn)工序。幾乎在所有需要材料切割的領(lǐng)域，激光切割均可以滿足相應(yīng)需求，下游應(yīng)用行業(yè)廣泛。

（2）激光焊接簡介及應(yīng)用

①激光焊接概述

激光焊接利用激光束優(yōu)異的方向性和高功率密度等特性進(jìn)行工作，通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時間內(nèi)使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區(qū)，從而使被焊物溶化并形成牢固的焊點和焊縫。

激光焊接根據(jù)焊接作用深度，可分為熱傳導(dǎo)焊和深熔焊；根據(jù)激光是否透過被焊物料，分為穿透焊和縫焊；根據(jù)使用激光的工作模式分為脈沖模式焊接和連續(xù)模式焊接。各類激光焊接技術(shù)及工藝具體如下：

②激光焊接行業(yè)市場規(guī)模

隨著激光焊接在汽車制造、新能源電池、數(shù)碼加工、精密加工等領(lǐng)域應(yīng)用的崛起，國內(nèi)激光焊接設(shè)備市場規(guī)模不斷擴大。根據(jù)《2022中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，近年來受新能源汽車、鋰電池、半導(dǎo)體及新興市場的需求驅(qū)動，同時受益于激光功率的不斷提升和激光器價格的下降，激光焊接設(shè)備在各行業(yè)滲透率不斷提高。2021年中國激光焊接成套設(shè)備市場銷售收入為66.5億元，同比增長29.9%，預(yù)計2022年將突破80億元。

③激光焊接在多方面領(lǐng)先傳統(tǒng)焊接技術(shù)，下游應(yīng)用廣闊

相比電阻焊、釬焊、氬弧焊、等離子焊和超聲波焊接等傳統(tǒng)焊接技術(shù)，激光焊接的主要優(yōu)勢在于：

A.能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊縫深寬比大；

B.激光束易于聚焦、對準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引；

C.熱輸入量低，熱影響區(qū)小，工件殘余應(yīng)力和變形?。?/p>

D.焊接能量可精確控制，焊接效果穩(wěn)定，焊接外觀好；

E.非接觸式焊接，光纖傳輸，可達(dá)性較好，自動化程度高；進(jìn)行薄材或細(xì)徑線材焊接時，無電弧焊接般的回熔現(xiàn)象；

F.能為各種材料組合提供高強度焊接，是唯一可將電鍍鎳焊接至銅材料上的技術(shù)。

在汽車零部件行業(yè)，激光焊接設(shè)備已廣泛應(yīng)用于汽車車身、車頂、底盤、車門、發(fā)動機蓋、發(fā)動機架、排氣管、儀表盤、電池組焊接等各種結(jié)構(gòu)和零部件的平面焊接和三維立體焊接，顯著提升了汽車制造水平和品質(zhì)，為實現(xiàn)汽車輕量化、高強度創(chuàng)造了條件；在工程機械行業(yè)，激光焊接設(shè)備可應(yīng)用于大尺寸碳鋼、厚板、薄板、高強度結(jié)構(gòu)件焊接等；在特變電輸送鐵塔行業(yè)，激光焊接設(shè)備的應(yīng)用場景主要包括塔角焊接、結(jié)構(gòu)件焊接等。

激光焊接設(shè)備自動化程度高，焊接速度快，可以大幅提升焊接效率和質(zhì)量，在大規(guī)模產(chǎn)線和柔性制造中都對社會資源優(yōu)化分配、社會效率提升方面擁有重要意義。

（3）激光熔覆簡介及應(yīng)用

①激光熔覆技術(shù)概述

激光熔覆技術(shù)，又稱激光增材制造技術(shù)，是一種以激光為能量源的增材制造技術(shù)，采用高能量激光作為熱源，金屬合金粉末作為熔覆材料，通過激光與合金粉末同步作用于金屬表面快速融化形成熔池，再快速凝固形成致密、均勻并且厚度可控的冶金結(jié)合層，從而達(dá)到顯著改善工件的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能，或達(dá)到修復(fù)工件表面尺寸、強化延長壽命的效果。

激光具有能量密度高的特點，可實現(xiàn)難加工金屬的制造，同時激光增材制造技術(shù)還具有不受零件結(jié)構(gòu)限制的優(yōu)點，可用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難加工以及薄壁零件的加工制造。目前，激光增材制造技術(shù)所應(yīng)用的材料已涵蓋鈦合金、高溫合金、鐵基合金、鋁合金、難熔合金、非晶合金、陶瓷以及梯度材料等，在航空航天領(lǐng)域中高性能復(fù)雜構(gòu)建和生物制造領(lǐng)域中多孔復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造具有顯著優(yōu)勢。

根據(jù)材料在沉積時的不同狀態(tài)，激光增材制造技術(shù)分為定向能量沉積和粉末熔覆兩類，具體如下：

②激光熔覆行業(yè)市場規(guī)模

根據(jù)《2022中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》數(shù)據(jù)，2021年我國激光熔覆設(shè)備行業(yè)市場規(guī)模達(dá)42.9億元，預(yù)計2022年將達(dá)到48.1億元。

③激光熔覆在多方面領(lǐng)先傳統(tǒng)表面處理工藝，發(fā)展前景廣闊

激光熔覆技術(shù)可以顯著改善工件的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能，或達(dá)到修復(fù)工件表面尺寸、強化延長壽命的效果，可以替代TIG電弧增材、超高速火焰噴涂、等離子噴涂、電鍍硬鉻等傳統(tǒng)表面處理工藝。激光熔覆技術(shù)的優(yōu)勢對比如下：

此外，激光熔覆還具有顯著的成本優(yōu)勢和效率優(yōu)勢，修復(fù)成本顯著低于重置成本，同時大大縮短維修時間，解決了企業(yè)成套設(shè)備連續(xù)可靠運行所必須解決的轉(zhuǎn)動部件快速搶修難題。激光熔覆設(shè)備在煤炭開采行業(yè)主要應(yīng)用于礦用綜采支架立柱的中缸及活柱的維修及強化等；在石油化工行業(yè)中主要應(yīng)用于石油勘探、開采設(shè)備葉輪、大型轉(zhuǎn)子、輪盤、軸套、軸瓦等貴重耗損件的修復(fù)、強化；在航空工業(yè)領(lǐng)域可用于航空發(fā)動機葉片、葉輪和空氣密封墊等飛機零部件的修復(fù)。

我國是裝備制造大國，十四五期間以智能制造、新能源汽車、海洋工程裝備、軌道交通裝備、航空航天裝備為代表的高端裝備制造業(yè)快速發(fā)展。在海洋裝備、軌道交通裝備制造等領(lǐng)域中，涉及到磨損及腐蝕失效的各種軸類、鐵軌均可以利用激光熔覆技術(shù)進(jìn)行表面強化，提高零部件的耐磨、耐腐蝕性能，延長使用壽命。對于失效零部件，激光熔覆可以實現(xiàn)綠色、無污染修復(fù)，實現(xiàn)節(jié)約成本、節(jié)能、節(jié)材、降耗。激光熔覆未來將逐步替代電鍍、噴涂和電弧增材等傳統(tǒng)修復(fù)方式應(yīng)用到煤炭開采、石油化工、海洋裝備、軌道交通等高端裝備制造行業(yè)中，市場空間廣闊。

經(jīng)過多年發(fā)展，目前小型、低功率的激光切割設(shè)備已成為行業(yè)內(nèi)成熟產(chǎn)品，產(chǎn)品附件值逐漸走低，市場競爭日益激烈。但對于大型高功率加工設(shè)備、核心零部件、應(yīng)用于特定高精尖領(lǐng)域的加工設(shè)備、智能制造生產(chǎn)線等產(chǎn)品，因其對激光設(shè)備廠商的跨學(xué)科、多領(lǐng)域綜合技術(shù)研發(fā)實力、產(chǎn)品定制化設(shè)計開發(fā)能力要求較高。

激光器國產(chǎn)替代帶來成本優(yōu)勢

隨著銳科激光、創(chuàng)鑫激光等國內(nèi)激光器廠商日益發(fā)展壯大，國產(chǎn)激光器的市場認(rèn)可度逐漸提升且正在加速對進(jìn)口激光器的替代。根據(jù)《2022中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，在1-3KW功率段光纖激光器市場，2022年國產(chǎn)光纖激光器市場份額預(yù)計將達(dá)到97.3%，已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化；在3-6KW功率段光纖激光器市場，國產(chǎn)激光器滲透率由2018年的15.8%迅速提升至2022年（預(yù)計）的95.7%；在6-10KW功率段光纖激光器市場，2022年國產(chǎn)滲透率預(yù)計將達(dá)到58.6%；在10KW以上功率段光纖激光器市場，國產(chǎn)激光器滲透率更是從2018年的5.7%快速增長至2022年（預(yù)計）的64.1%。而德國通快產(chǎn)品通常搭載其自產(chǎn)或IPG等激光器，相較之下國產(chǎn)激光器成本優(yōu)勢顯著。

行業(yè)內(nèi)的主要企業(yè)

（1）德國通快

德國通快成立于1923年，總部位于德國迪琴根，是全球工業(yè)生產(chǎn)機床和激光領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者之一。德國通快業(yè)務(wù)領(lǐng)域涵蓋機床、激光技術(shù)、電器及醫(yī)藥技術(shù)，核心業(yè)務(wù)為柔性與精密鈑金加工，具體包括激光加工、沖壓與成型、金屬折彎等。歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，德國通快已成長為一家在全球擁有超過13,000名員工的大型跨國企業(yè)集團(tuán)。2021/22財年，德國通快銷售額達(dá)到42.23億歐元。

（2）瑞士百超

瑞士百超成立于1964年，總部位于瑞士恩茨。瑞士百超于1981年開始致力于激光切割領(lǐng)域的研發(fā)生產(chǎn)，是全球領(lǐng)先的激光切割設(shè)備、折彎設(shè)備以及水切割設(shè)備制造商。瑞士百超主要產(chǎn)品包括高功率光纖激光切割機（2-10KW）和中功率光纖激光切割機（2KW以下）。瑞士百超2022年凈收入為10.16億瑞士法郎。

（3）大族激光（002008.SZ）

大族激光成立于1999年，2004年在深交所上市。大族激光是全球領(lǐng)先的激光加工設(shè)備生產(chǎn)商，主要從事激光加工設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售業(yè)務(wù)。大族激光2022年末總資產(chǎn)為319.12億元，凈資產(chǎn)為154.16億元，2022年營業(yè)收入149.61億元，凈利潤為12.82億元。

（4）華工科技（000988.SZ）

華工科技成立于1999年，2000年在深交所上市。華工科技是華中地區(qū)首家以高校產(chǎn)業(yè)重組上市的高科技企業(yè)，主要從事激光器、激光加工設(shè)備及成套產(chǎn)線、激光全息綜合防偽標(biāo)識及包裝材料、敏感電子元器件、光通信器件與模塊等產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。華工科技2022年末總資產(chǎn)為167.93億元，凈資產(chǎn)為82.63億元，2022年營業(yè)收入120.11億元，凈利潤為8.91億元。

（5）海目星（688559.SH）

海目星成立于2008年，2020年在上交所上市。海目星主要從事動力電池、消費電子、鈑金加工等領(lǐng)域激光及自動化設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售業(yè)務(wù)。海目星2022年末總資產(chǎn)為88.69億元，凈資產(chǎn)為20.39億元，2022年營業(yè)收入41.05億元，凈利潤為3.75億元。

（6）聯(lián)贏激光（688518.SH）

聯(lián)贏激光成立于2005年，2020年在上交所上市。聯(lián)贏激光主要從事精密激光焊接機及激光焊接自動化成套設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。聯(lián)贏激光2022年末總資產(chǎn)為56.61億元，凈資產(chǎn)為17.80億元，2022年營業(yè)收入28.22億元，凈利潤為2.67億元。

（7）宏石激光

宏石激光成立于2009年，是國內(nèi)領(lǐng)先的激光切割設(shè)備供應(yīng)商。宏石激光主要從事激光切割設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售業(yè)務(wù)。宏石激光2021年末總資產(chǎn)為16.19億元，凈資產(chǎn)為6.52億元。2021年營業(yè)收入為23.64億元，凈利潤為2.61億元。宏石激光2022年末總資產(chǎn)為18.62億元，凈資產(chǎn)為8.94億元，2022年營業(yè)收入19.57億元，凈利潤2.31億元。