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中国激光强势崛起,最快的刀诞生六十年,加工制造核心元器件自主创新

由 梁丘怜翠 发布于 科技

今年是激光诞生60周年,它与“原子能、计算机、半导体”并列为二十世纪四大发明。被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。技术含量,那是相当高。为了防止中国技术外流,今年八月底,商务部、科技部发布了《中国禁止出口/限制出口技术目录》。这其中包含着一项固体激光器技术。而激光器正是多年来制约中国激光加工设备产业发展的核心元器件,此项技术的崛起说明中国激光产业领域已有部分技术领先。

先说激光设备中最为重要的部件:激光器。中国光纤激光器近十年取得巨大突破,这也使得它的价格,急剧下降。曾几何时,国内光纤激光器几乎完全依赖进口。十年前,一台来自美国IPG的20瓦光纤激光器可以卖到15万元以上,而现在,国产激光器的报价是8800元。目前低功率激光器已经实现100%的国产替代,中功率激光器实现了60%,而高功率则实现了50%。

图1 1000瓦IPG光纤激光器

再说激光加工设备。中国激光设备产业发展迅速。2018 年国内市场规模超过 600 亿元,苹果、华为、宁德时代等行业巨头,都在广泛采购中国激光加工设备。即使在印度和越南,也倍受欢迎。三星在越南的工厂,就大量使用。而价格,自然也是下降迅猛。

那么中国的激光行业,为什么发展迅速?背后就是来自应用市场的拉动。激光加工一直是高端制造的关键领域,比如在手机制造环节中,无论品牌打标、3D玻璃及 OLED面板切割、金属中框以及手机内构件的焊接等,都离不开激光加工机。而在晶硅太阳能电池生产中,则用来切割硅片和绝缘边。这些行业在中国的高速发展,也带动了中国设备。在全球激光加工设备市场上,德国通快占据30%的份额,是行业龙头;大族激光占据近10%的市场份额,排名第二。而在中国市场上,大族激光增长速度快,后面还有华工科技、帝尔激光等一批企业。

中国发展激光器,可以说是紧跟国际技术路线。有一位搞光纤通信的俄罗斯科学家,去了美国之后,发明了光纤激光器,并在1990年成立了IPG公司,这是光纤激光器的鼻祖。与传统二氧化碳激光器相比,这种激光器发射器不需要镜头,因此不需要设计和制造复杂的镜头组,从而形成激光加工的全新赛道。这也给中国激光制造带来了全新的机会。

有两个里程碑事件值得关注。一个是大族激光的诞生,早在1992年,还在南京航空学院任教的一位老师,抓住这个机会,在中国第一次完成了激光设备的集成制造,并成功市场化。在光学激光几乎都垄断在国外品牌的市场中,这是中国激光制造的一个巨大突破。第二个里程碑,则是武汉锐科激光器在2007年的成立。一位51岁的归国博士,将激光加工设备最重要也是最昂贵的部件:激光器,实现了国产化。在锐科的推动下,中国光纤激光器一日千里奔腾向前。如今的中国光纤激光器市场,美国IPG占领42%的市场,而锐科为24%左右,后面跟随着大批随之而来的国产品牌。可以说,在中功率之下的激光器,中国已经牢牢确立了自己的根基。

图2 大族激光精密切割机

如果说大族激光组装出来中国激光界第一辆汽车,那么锐科激光器就是实现了中国激光设备的第一台发动机。一前一后,精彩双雄。这两个标杆性的产品,带动后续的零部件大踏步跟着前进。例如福晶公司的多种非线性光学晶体,当前已经实现了全球市占率第一。

图3 锐科单模组连续光纤激光器

激光产业的国产元器件已经基本实现了全产业链的覆盖,某些产品甚至达到了国际领先水平。但也有诸多卡脖子的地方。制造芯片用的准分子激光器和产生X射线的大功率二氧化碳激光器,中国还没有厂家能做。而在中高功率的光纤激光器所需要的芯片、光纤、光纤光栅等重要元器件还得依赖进口。国内的激光器企业所用激光芯片主要进口自美国 Lumentum公司和美国贰陆激光,而所用的特种光纤主要采购美国恩奈的产品。

当然,国内也有跟随者。长飞光纤在全球光纤市场占有率达20%,部分可以替代国外特种光纤;而长光华芯的高功率激光芯片也开始有不少应用。如果这些上游元器件逐渐得到国产化,那么下游的激光加工设备的市场规模,还将会继续扩大。

尽管这个行业面临同质竞争和恶性价格战,但经历了三十多年的发展,激光加工设备仍然呈现了朝阳产业的特点。而背靠着中国这个大市场,在激光加工这个赛道上,中国激光,必定进一步崛起。