产品 求购 供应 文章 问题

0431-81702023
光学博览
新基建为激光行业带来机遇 光纤激光器应摆脱同质化竞争

近期,“新基建”一词成了各大搜索引擎的热门关键词。目前官媒定义的“新基建”主要包括七大领域:5G基建、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网。尽管我们所关注的激光产业并不在“新基建”名单之列,但实际上激光技术与“新基建”密切相关。

新基建为激光行业带来机遇 光纤激光器应摆脱同质化竞争

图片来自视频截图

例如,5G基站中,机柜是必不可少的设备。随着5G基站设备走向轻薄化、微型化,传统的切割方式因精度低、存在应力等缺陷而难以适应5G基站的需求,而光纤激光切割具有速度快、精度高、无接触加工等诸多优势,将在未来5G基站的大规模建设中发挥巨大作用。特高压输电铁塔由于负载大,对底座及结构的稳定性要求极高,因此对加工精度、准确度、质量等方面都有着极高要求。随着大功率激光切割工艺走向成熟,激光切割精度高、质量好、效率高的优势将在特高压输电铁塔的建设上得以体现。此外,如城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心等的建设,同样与激光技术紧密关联,在此不再一一列举。

产业现状:规模持续增长 同质化竞争严重

近年来,中国激光产业蓬勃发展,其中尤以光纤激光器的发展为最。尽管受宏观经济、贸易战、价格战等因素影响,2019年光纤激光器增速有所放缓,但与制造业中其他领域相比依然显得颇为亮眼。不可否认,席卷全国的新冠肺炎疫情会对激光行业造成一定影响,各企业都调低了收入预期,但长远来看新基建的推进有望为激光产业带来不容忽视的增长潜力。

尽管我国激光产业发展势头良好,但同样存在一些问题,硬件方面如核心光学器件存在短板、高端技术受制于欧美等,产业环境方面则存在同质化竞争严重、价格竞争无序等现象。令人欣慰的是,国内激光企业不断加大研发投入,硬件方面的差距正逐渐缩小,泵浦源、有源光纤、合束器、光栅、激光芯片等逐步实现突破,并开始实现国产器件的大批量应用。同时,部分企业也开始通过差异化布局寻求突破,试图构建新的优势。

众所周知,光纤激光器的模块化结构使得功率提高变得更加容易,而随着万瓦级光纤激光切割机在市场得到认可后,各品牌的万瓦激光器如雨后春笋般涌现。当万瓦激光器市场也呈现同质化竞争局面时,企业的差异化之路该怎么走?是继续叠加更高的功率,还是寻求其他技术方向的突破?

差异化破局:高亮度激光器值得关注

原国防科技大学资深研究员、湖南省辐照动力学学科方向学术带头人、湖南大科激光副总经理江厚满博士认为,提高激光器的单纤功率密度是一个非常重要的技术方向,高亮度激光器也是大科激光的主打产品。

所谓高亮度激光器,实际上就是模式纯净度较高的激光器。江博士向OFweek激光网介绍说:“光的一个模式相当于该系统亥姆霍兹方程的一个特解,输出的激光实际上是若干个这种解的叠加。我们所说的单模,是指模式净化做得好、主要成分是基模的光,当然也不可避免会有一些高阶模的存在。M2<1.3时我们称之为纯单模,这时候的高阶模是可以忽略的;而M2在1.3-2之间的称为准单模,这时候会有一部分高阶模存在。”

除了模式纯净度高外,大科的单模激光器还能确保在远距离传输中光束质量不退化。江博士解释说:“以2000W单模激光器为例,基本上大家都能把M2控制在1.2以内,但有的品牌可能在5米以内亮度还行,如果传输距离大于5米,光束质量就开始退化,这样无法在大型机床上使用。而我们的高亮度激光器可以做到用15米QBH输出时,M2还保持在1.2。保证远距离高亮度的关键就在于控制非线性光学效应以及激光模式选择等。”

此外,对光纤激光器而言,功率密度越高,模式净化也就越难。江博士表示:“目前市面上常见的多模光纤激光器M2>10,而我们的多模6000W可以做到M2<4,接近准单模的水准。此外,我们的5000W准单模激光器M2<2,能实现更好的聚焦,因此我们的激光器称为高亮度激光器。”

除了在高亮度上有独到之处外,抗高反也是大科激光器的特色之一。江博士透露说:“实际上抗高反是一套系统性技术,总体来讲有几个环节必须要重视。第一点是如何控制高功率密度下的非线性光学效应;第二点是要对泵浦方式进行优化;第三点在于如何把回返光进行合理的剥离、消除。这几个环节要结合起来,不仅要有理论上的方案,还要在工艺上实现。目前大科激光器对常用工业材料中反射率最高的紫铜进行了连续一小时的切割、焊接测试,激光器工作非常稳定。”

高亮度激光器的应用:切割、焊接优势明显

对切割应用而言,由于高亮度激光器光束质量好,同等输出光纤芯径的发散角比多模激光器要小,瑞利长度更长,因此在较大的离焦量范围内不产生毛边,对长时间稳定加工有积极的影响。同时,单模激光器切割2mm以下板材的速度能比多模激光器提高50%以上,在切割铜、铝等高反材料时,切割速度更快,切割质量也更好,主要表现为铝板毛刺更少,铜断面更细腻。

而对焊接应用而言,高亮度激光器优势同样明显。由于单模激光的焦点光斑尺寸小,能量集中,因此与多模激光相比,单模激光得到的小孔更小、更深,孔内压力更大更稳定,在结合光束摆动技术之后也能实现紫铜、铝等高反材料的稳定焊接。据了解,大科2000W激光器焊接紫铜深度可达2.3mm,焊缝质量好;焊接铝合金时可很大程度避免焊缝缺陷,确保焊缝质量;而高亮度激光器焊接普通材料的优点则可概括为:熔深更大、深宽比更大、热影响区更小、焊缝上下宽度差小(更接近矩形焊缝形貌)。

图片来源:大科激光

总结:摆脱同质化竞争势在必行

随着新基建的推动,国内激光产业将获得更大的发展空间,但若继续维持同质竞争局面,再大的市场增量也将被蜂拥而上的商家和永无休止的价格战所吞没。靠低价抢市场,没有利润支撑研发,只得在同质竞争的基础上寻求降成本,继续降低价格。长此以往,整个市场将失去活力。

幸运的是,激光产业虽然存在一些动荡,但整体是健康的。OFweek激光网认为,2019年光纤激光器市场毛利率持续下行,是市场增长过快后的消化过程,这一现象会随着各企业摆脱同质化竞争、构建差异化壁垒而逐步扭转。

所谓构建差异化壁垒,包括锐科激光立足高功率进行全产业链布局,开发高门槛的特殊应用市场;创鑫激光在不断突破更高功率的同时,凭借强大的器件研发实力基本实现了核心光学器件的自给自足;杰普特除了MOPA脉冲光纤激光器独步江湖外,更是在激光器基础上开发激光、光学智能装备,在高端应用市场占据重要地位;此外还包括飞博激光的环形光斑技术、光恵激光的高功率单腔连续光纤激光器的技术、大科激光的模式净化技术和抗高反技术等等。

可以看出,目前不少激光企业已然为摆脱同质化竞争迈出了实际步伐。我们有理由相信,凭着中国人民的智慧与勤奋,凭着中国完整的工业体系与巨量需求,激光产业能够走出价格战与疫情阴影,通过良性洗牌迎来更好的明天。