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新基建為激光行業帶來機遇 光纖激光器應擺脫同質化競爭

日期: 2020-03-20
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近期,“新基建”一詞成了各大搜索引擎的熱門關鍵詞。目前官媒定義的“新基建”主要包括七大領域:5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、人工智能、工業互聯網。盡管我們所關注的激光產業并不在“新基建”名單之列,但實際上激光技術與“新基建”密切相關。

新基建為激光行業帶來機遇 光纖激光器應擺脫同質化競爭

例如,5G基站中,機柜是必不可少的設備。隨著5G基站設備走向輕薄化、微型化,傳統的切割方式因精度低、存在應力等缺陷而難以適應5G基站的需求,而光纖激光切割具有速度快、精度高、無接觸加工等諸多優勢,將在未來5G基站的大規模建設中發揮巨大作用。特高壓輸電鐵塔由于負載大,對底座及結構的穩定性要求極高,因此對加工精度、準確度、質量等方面都有著極高要求。隨著大功率激光切割工藝走向成熟,激光切割精度高、質量好、效率高的優勢將在特高壓輸電鐵塔的建設上得以體現。此外,如城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心等的建設,同樣與激光技術緊密關聯,在此不再一一列舉。

產業現狀:規模持續增長 同質化競爭嚴重

近年來,中國激光產業蓬勃發展,其中尤以光纖激光器的發展為最。盡管受宏觀經濟、貿易戰、價格戰等因素影響,2019年光纖激光器增速有所放緩,但與制造業中其他領域相比依然顯得頗為亮眼。不可否認,席卷全國的新冠肺炎疫情會對激光行業造成一定影響,各企業都調低了收入預期,但長遠來看新基建的推進有望為激光產業帶來不容忽視的增長潛力。

盡管我國激光產業發展勢頭良好,但同樣存在一些問題,硬件方面如核心光學器件存在短板、高端技術受制于歐美等,產業環境方面則存在同質化競爭嚴重、價格競爭無序等現象。令人欣慰的是,國內激光企業不斷加大研發投入,硬件方面的差距正逐漸縮小,泵浦源、有源光纖、合束器、光柵、激光芯片等逐步實現突破,并開始實現國產器件的大批量應用。同時,部分企業也開始通過差異化布局尋求突破,試圖構建新的優勢。

眾所周知,光纖激光器的模塊化結構使得功率提高變得更加容易,而隨著萬瓦級光纖激光切割機在市場得到認可后,各品牌的萬瓦激光器如雨后春筍般涌現。當萬瓦激光器市場也呈現同質化競爭局面時,企業的差異化之路該怎么走?是繼續疊加更高的功率,還是尋求其他技術方向的突破?

差異化破局:高亮度激光器值得關注

原國防科技大學資深研究員、湖南省輻照動力學學科方向學術帶頭人、湖南大科激光副總經理江厚滿博士認為,提高激光器的單纖功率密度是一個非常重要的技術方向,高亮度激光器也是大科激光的主打產品。

所謂高亮度激光器,實際上就是模式純凈度較高的激光器。江博士向OFweek激光網介紹說:“光的一個模式相當于該系統亥姆霍茲方程的一個特解,輸出的激光實際上是若干個這種解的疊加。我們所說的單模,是指模式凈化做得好、主要成分是基模的光,當然也不可避免會有一些高階模的存在。M2<1.3時我們稱之為純單模,這時候的高階模是可以忽略的;而M2在1.3-2之間的稱為準單模,這時候會有一部分高階模存在。”

除了模式純凈度高外,大科的單模激光器還能確保在遠距離傳輸中光束質量不退化。江博士解釋說:“以2000W單模激光器為例,基本上大家都能把M2控制在1.2以內,但有的品牌可能在5米以內亮度還行,如果傳輸距離大于5米,光束質量就開始退化,這樣無法在大型機床上使用。而我們的高亮度激光器可以做到用15米QBH輸出時,M2還保持在1.2。保證遠距離高亮度的關鍵就在于控制非線性光學效應以及激光模式選擇等。”

此外,對光纖激光器而言,功率密度越高,模式凈化也就越難。江博士表示:“目前市面上常見的多模光纖激光器M2>10,而我們的多模6000W可以做到M2<4,接近準單模的水準。此外,我們的5000W準單模激光器M2<2,能實現更好的聚焦,因此我們的激光器稱為高亮度激光器。”

除了在高亮度上有獨到之處外,抗高反也是大科激光器的特色之一。江博士透露說:“實際上抗高反是一套系統性技術,總體來講有幾個環節必須要重視。第一點是如何控制高功率密度下的非線性光學效應;第二點是要對泵浦方式進行優化;第三點在于如何把回返光進行合理的剝離、消除。這幾個環節要結合起來,不僅要有理論上的方案,還要在工藝上實現。目前大科激光器對常用工業材料中反射率最高的紫銅進行了連續一小時的切割、焊接測試,激光器工作非常穩定。”

高亮度激光器的應用:切割、焊接優勢明顯

對切割應用而言,由于高亮度激光器光束質量好,同等輸出光纖芯徑的發散角比多模激光器要小,瑞利長度更長,因此在較大的離焦量范圍內不產生毛邊,對長時間穩定加工有積極的影響。同時,單模激光器切割2mm以下板材的速度能比多模激光器提高50%以上,在切割銅、鋁等高反材料時,切割速度更快,切割質量也更好,主要表現為鋁板毛刺更少,銅斷面更細膩。

而對焊接應用而言,高亮度激光器優勢同樣明顯。由于單模激光的焦點光斑尺寸小,能量集中,因此與多模激光相比,單模激光得到的小孔更小、更深,孔內壓力更大更穩定,在結合光束擺動技術之后也能實現紫銅、鋁等高反材料的穩定焊接。據了解,大科2000W激光器焊接紫銅深度可達2.3mm,焊縫質量好;焊接鋁合金時可很大程度避免焊縫缺陷,確保焊縫質量;而高亮度激光器焊接普通材料的優點則可概括為:熔深更大、深寬比更大、熱影響區更小、焊縫上下寬度差小(更接近矩形焊縫形貌)。

總結:擺脫同質化競爭勢在必行

隨著新基建的推動,國內激光產業將獲得更大的發展空間,但若繼續維持同質競爭局面,再大的市場增量也將被蜂擁而上的商家和永無休止的價格戰所吞沒。靠低價搶市場,沒有利潤支撐研發,只得在同質競爭的基礎上尋求降成本,繼續降低價格。長此以往,整個市場將失去活力。

幸運的是,激光產業雖然存在一些動蕩,但整體是健康的。OFweek激光網認為,2019年光纖激光器市場毛利率持續下行,是市場增長過快后的消化過程,這一現象會隨著各企業擺脫同質化競爭、構建差異化壁壘而逐步扭轉。

所謂構建差異化壁壘,包括銳科激光立足高功率進行全產業鏈布局,開發高門檻的特殊應用市場;創鑫激光在不斷突破更高功率的同時,憑借強大的器件研發實力基本實現了核心光學器件的自給自足;杰普特除了MOPA脈沖光纖激光器獨步江湖外,更是在激光器基礎上開發激光、光學智能裝備,在高端應用市場占據重要地位;此外還包括飛博激光的環形光斑技術、光恵激光的高功率單腔連續光纖激光器的技術、大科激光的模式凈化技術和抗高反技術等等。

可以看出,目前不少激光企業已然為擺脫同質化競爭邁出了實際步伐。我們有理由相信,憑著中國人民的智慧與勤奮,憑著中國完整的工業體系與巨量需求,激光產業能夠走出價格戰與疫情陰影,通過良性洗牌迎來更好的明天。

(來自:飛象網)

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