三大視角詳解激光加工設(shè)備行業(yè)應(yīng)用前景
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時(shí)間：2023-08-15
短期來看，激光切割設(shè)備仍將是激光加工設(shè)備市場的第一大組成部分，而鋰電池和光伏的持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)將為激光加工設(shè)備帶來可觀的增量市場。
從宏觀加工視角來看，工業(yè)中主要的切割設(shè)備包括激光、火焰切割機(jī)、等離子切割機(jī)、水射流切割機(jī)、線切割機(jī)以及剪切機(jī)床等。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)切割的質(zhì)量、精度和效率要求不斷提高，在所有的切割方式中，激光切割的綜合優(yōu)勢最為明顯。以往制約在下游應(yīng)用的主要障礙是其價(jià)格過于高昂，但是近幾年國產(chǎn)激光器的價(jià)格持續(xù)下降帶動(dòng)激光切割機(jī)價(jià)格降低后，激光切割機(jī)成為了越來越多廠商的選擇。由于目前激光器的降價(jià)空間已比較小，且激光切割設(shè)備的替代市場和迭代市場依然巨大，所以通用激光切割設(shè)備短期內(nèi)仍是激光加工設(shè)備中的第一大市場，市場規(guī)模保持穩(wěn)健增長的趨勢。
鋰電專用激光加工設(shè)備鋰電池加工過程中使用到的激光加工技術(shù)如下：前道環(huán)節(jié)：正負(fù)極的激光極耳切割成型、激光極片切割、激光極片分條，以及隔膜的激光切割。中道環(huán)節(jié)：極片/極耳激光清洗，殼體、頂蓋、密封釘、極耳等的激光焊接。后道環(huán)節(jié)：電池 PACK 模組時(shí)的連接片激光焊接，電池激光打標(biāo)。激光加工所特有的無耗材、無毛刺粉塵、柔性自動(dòng)化集成、生產(chǎn)效率高、工藝穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)使其在鋰電池生產(chǎn)中難以被其他加工方式替代。中期來看，工業(yè)焊接市場和工業(yè)清洗市場龐大，而激光焊接和激光清洗在下游的滲透率仍然較低，有望接棒激光切割設(shè)備成為激光加工設(shè)備市場的主要增長極。
自動(dòng)化激光焊接設(shè)備
從整個(gè)大工業(yè)制造領(lǐng)域來看，自動(dòng)化激光焊接可以被應(yīng)用到了汽車、高鐵、船舶、 飛機(jī)、火箭等各種產(chǎn)品的生產(chǎn)中。以激光焊接最主要的應(yīng)用領(lǐng)域汽車為例，激光焊接20世紀(jì)80年代就被用在了汽車白車身制造中。21 世紀(jì)初，以奔馳、寶馬、奧迪、大眾等為首的德系品牌汽車制造商，率先在國內(nèi)合資公司的車身制造領(lǐng)域應(yīng)用激光焊接工藝。如今，激光焊接生產(chǎn)線已成為車身焊裝車間的標(biāo)配。激光焊接可以給汽車制造業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。和車身裝配中使用最多的電阻點(diǎn)焊相比，激光焊的主要優(yōu)點(diǎn)如下：降低車身重量，節(jié)約生產(chǎn)成本。電阻點(diǎn)焊在生產(chǎn)過程中需要消耗電極帽、電極桿、刀具等配件， 而激光焊幾乎無配件消耗。今后在大型金屬構(gòu)件的制造中，激光焊接將打開更為廣闊的市場。而在微型結(jié)構(gòu)焊接領(lǐng)域，激光焊非接觸、高精密、柔性化的特點(diǎn)也使其能實(shí)現(xiàn)各類3C 產(chǎn)品的精細(xì)微焊接，進(jìn)一步擴(kuò)充激光焊接市場。
手持激光焊接設(shè)備
除自動(dòng)化激光焊接設(shè)備之外，手持激光焊接技術(shù)的進(jìn)步也為激光焊接帶來了更多應(yīng)用場合。自動(dòng)化激光焊接設(shè)備占地面積大、設(shè)備成本高、使用不靈活， 這使得手持激光焊接設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，成為金屬加工制造商的理想解決方案。手持激光焊機(jī)經(jīng)過了多年的發(fā)展，逐漸克服了此前手持激光焊機(jī)體積大、對(duì)配合精度要求高、操作安全性有隱患等痛點(diǎn)。目前的風(fēng)冷手持激光焊機(jī)體積已和傳統(tǒng)手工弧焊機(jī)近似，擺動(dòng)光斑技術(shù)使得焊機(jī)對(duì)工件配合間隙的要求大大降低，傳感器的加入使得設(shè)備安全性大大提高，最重要的是手持激光焊機(jī)的價(jià)格從早年的十幾萬一臺(tái)下降到了如今的幾萬元，這使得手持激光焊對(duì)廣告、模具修補(bǔ)、不銹鋼衛(wèi)浴、鈑 金機(jī)柜、電箱電柜、不銹鋼門窗和衣柜家具等行業(yè)有極高的吸引力。傳統(tǒng)的工業(yè)清洗方法包括機(jī)械清洗、化學(xué)清洗、干冰清洗、噴丸清洗、超聲清洗等。與其他清洗方式對(duì)比，激光清洗在工件損傷、清洗效率、耗材費(fèi)用、清洗效果等方面具有明顯優(yōu)勢，更重要的是它不需要任何破壞臭氧層的 CFC 類有機(jī)溶劑，無污染，無噪聲，對(duì)人體和環(huán)境無害，是一種“綠色”清洗技術(shù)。激光清洗設(shè)備與激光焊接設(shè)備類似，相比于激光切割和激光打標(biāo)，下游應(yīng)用場景復(fù)雜多樣，對(duì)設(shè)備更多個(gè)性化需求，設(shè)備的推廣有賴于技術(shù)的進(jìn)步。近年激光加工設(shè)備的行業(yè)的快速發(fā)展同樣帶動(dòng)了激光清洗技術(shù)的進(jìn)步以及設(shè)備價(jià)格的降低，大型自動(dòng)化激光清洗設(shè)備和手持激光清洗設(shè)備均有較多的成功應(yīng)用場景。
可以預(yù)見，激光加工技術(shù)在未來相當(dāng)長的時(shí)間里都會(huì)是主流的材料加工技術(shù)之一， 科學(xué)界和工業(yè)界對(duì)激光加工技術(shù)的各種探索也從未停止。在激光的前沿應(yīng)用方面， 細(xì)觀制造領(lǐng)域的激光微納加工以及宏觀制造領(lǐng)域的激光3D打印均能夠在未來進(jìn)一步打開激光加工設(shè)備的市場空間。
激光作為一種非接觸式加工手段，在微納加工方面具備獨(dú)特優(yōu)勢。激光在半導(dǎo)體光刻領(lǐng)域一直至關(guān)重要，比如 DUV 光刻機(jī)所用的光源由準(zhǔn)分子激光器提供，而 EUV 光刻機(jī)則需要使用 CO2 激光器作為初始光源。隨著半導(dǎo)體和顯示等行業(yè)對(duì)細(xì)觀領(lǐng)域的精密加工要求越來越高，激光加工技術(shù)或?qū)⒊掷m(xù)提供最佳解決方案。
激光3D打印將推動(dòng)新一輪制造業(yè)變革
材料的加工制造從原理上可分為三類：減材制造、等材制造和增材制造。減材制造：即使用車、銑、刨、磨等設(shè)備對(duì)材料進(jìn)行切削加工，以達(dá)到設(shè)計(jì)形狀。等材制造：即通過鑄、鍛、焊等方式生產(chǎn)制造產(chǎn)品，材料重量基本不變。增材制造：即通過光固化、選擇性激光燒結(jié)、熔融堆積等技術(shù)，使材料一點(diǎn)一 點(diǎn)累加，形成需要的形狀。增材制造也被稱作3D打印。3D打印的工業(yè)級(jí)應(yīng)用占比達(dá)到 65%-70%，目前有超半數(shù)應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，一方面是因?yàn)橐恍┖娇蘸教炝悴考Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)方式很難實(shí)現(xiàn)加工制造；另一方面是因?yàn)楹娇蘸教煺麢C(jī)產(chǎn)品價(jià)值量高，對(duì)單個(gè)零部件價(jià)格敏感度較低，對(duì)3D打印這種加工方式的接受程度高。目前的3D打印較為適合航空航天等領(lǐng)域小批量、定制化生產(chǎn)特點(diǎn)，能夠解決輕量化、功能化等設(shè)計(jì)要求，但隨著3D打印技術(shù)發(fā)展與成本控制，其未來有望應(yīng)用到更大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)中。由于規(guī)模化生產(chǎn)制造成本較高，當(dāng)前增材制造仍然是作為減材制造和等材制造之外的一種補(bǔ)充，用于傳統(tǒng)加工方式難以解決的制造場景。雖然增材制造暫時(shí)無法達(dá)到減材制造和等材制造的生產(chǎn)效率，但鑒于其主要制造高價(jià)值產(chǎn)品，在總價(jià)值量上必將持續(xù)攀升。作為增材制造最主要的組成部分，激光增材制造設(shè)備未來的市場空間十分可觀。
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