楠木軒

中國激光強勢崛起,最快的刀誕生六十年,加工製造核心元器件自主創新

由 梁丘憐翠 發佈於 科技

今年是激光誕生60週年,它與“原子能、計算機、半導體”並列為二十世紀四大發明。被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。技術含量,那是相當高。為了防止中國技術外流,今年八月底,商務部、科技部發布了《中國禁止出口/限制出口技術目錄》。這其中包含着一項固體激光器技術。而激光器正是多年來制約中國激光加工設備產業發展的核心元器件,此項技術的崛起説明中國激光產業領域已有部分技術領先。

先説激光設備中最為重要的部件:激光器。中國光纖激光器近十年取得巨大突破,這也使得它的價格,急劇下降。曾幾何時,國內光纖激光器幾乎完全依賴進口。十年前,一台來自美國IPG的20瓦光纖激光器可以賣到15萬元以上,而現在,國產激光器的報價是8800元。目前低功率激光器已經實現100%的國產替代,中功率激光器實現了60%,而高功率則實現了50%。

圖1 1000瓦IPG光纖激光器

再説激光加工設備。中國激光設備產業發展迅速。2018 年國內市場規模超過 600 億元,蘋果、華為、寧德時代等行業巨頭,都在廣泛採購中國激光加工設備。即使在印度和越南,也倍受歡迎。三星在越南的工廠,就大量使用。而價格,自然也是下降迅猛。

那麼中國的激光行業,為什麼發展迅速?背後就是來自應用市場的拉動。激光加工一直是高端製造的關鍵領域,比如在手機制造環節中,無論品牌打標、3D玻璃及 OLED面板切割、金屬中框以及手機內構件的焊接等,都離不開激光加工機。而在晶硅太陽能電池生產中,則用來切割硅片和絕緣邊。這些行業在中國的高速發展,也帶動了中國設備。在全球激光加工設備市場上,德國通快佔據30%的份額,是行業龍頭;大族激光佔據近10%的市場份額,排名第二。而在中國市場上,大族激光增長速度快,後面還有華工科技、帝爾激光等一批企業。

中國發展激光器,可以説是緊跟國際技術路線。有一位搞光纖通信的俄羅斯科學家,去了美國之後,發明了光纖激光器,並在1990年成立了IPG公司,這是光纖激光器的鼻祖。與傳統二氧化碳激光器相比,這種激光器發射器不需要鏡頭,因此不需要設計和製造複雜的鏡頭組,從而形成激光加工的全新賽道。這也給中國激光製造帶來了全新的機會。

有兩個里程碑事件值得關注。一個是大族激光的誕生,早在1992年,還在南京航空學院任教的一位老師,抓住這個機會,在中國第一次完成了激光設備的集成製造,併成功市場化。在光學激光幾乎都壟斷在國外品牌的市場中,這是中國激光製造的一個巨大突破。第二個里程碑,則是武漢鋭科激光器在2007年的成立。一位51歲的歸國博士,將激光加工設備最重要也是最昂貴的部件:激光器,實現了國產化。在鋭科的推動下,中國光纖激光器一日千里奔騰向前。如今的中國光纖激光器市場,美國IPG佔領42%的市場,而鋭科為24%左右,後面跟隨着大批隨之而來的國產品牌。可以説,在中功率之下的激光器,中國已經牢牢確立了自己的根基。

圖2 大族激光精密切割機

如果説大族激光組裝出來中國激光界第一輛汽車,那麼鋭科激光器就是實現了中國激光設備的第一台發動機。一前一後,精彩雙雄。這兩個標杆性的產品,帶動後續的零部件大踏步跟着前進。例如福晶公司的多種非線性光學晶體,當前已經實現了全球市佔率第一。

圖3 鋭科單模組連續光纖激光器

激光產業的國產元器件已經基本實現了全產業鏈的覆蓋,某些產品甚至達到了國際領先水平。但也有諸多卡脖子的地方。製造芯片用的準分子激光器和產生X射線的大功率二氧化碳激光器,中國還沒有廠家能做。而在中高功率的光纖激光器所需要的芯片、光纖、光纖光柵等重要元器件還得依賴進口。國內的激光器企業所用激光芯片主要進口自美國 Lumentum公司和美國貳陸激光,而所用的特種光纖主要採購美國恩奈的產品。

當然,國內也有跟隨者。長飛光纖在全球光纖市場佔有率達20%,部分可以替代國外特種光纖;而長光華芯的高功率激光芯片也開始有不少應用。如果這些上游元器件逐漸得到國產化,那麼下游的激光加工設備的市場規模,還將會繼續擴大。

儘管這個行業面臨同質競爭和惡性價格戰,但經歷了三十多年的發展,激光加工設備仍然呈現了朝陽產業的特點。而背靠着中國這個大市場,在激光加工這個賽道上,中國激光,必定進一步崛起。