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高端裝備業投資熱點——激光

2010年10月18日,《國務院關於加快培育和發展戰略性新興產業的決定》中將節能環保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新材料、新能源汽車作為“十二五”期間中國經濟發展的戰略性支柱產業,並以此帶動中國產業結構升級,改變中國經濟發展模式,驅動中國經濟持續健康增長。作為七大戰略性新興產業之一的高端裝備制造業因其技術先進、對國民經濟的支撐作用帶動作用最大、成長潛力大、處於產業成長初期而備受投資界青睞。本文通過對激光的剖析從一個側面為投資界探究高端裝備制造業中的投資機會。激光(laser)又稱“鐳射”,原意為受激輻射產生的光的放大,其理論基礎源於1917年愛因斯坦提出的技術理論——光與物質相互作用。在現代社會中,由激光衍生出的各種激光器已經成為裝備制造業中不可或缺的元部件,激光及其產品已經成為一個龐大的產業並迸發出勃勃生機。通常所說的激光器是指用來產生激光的裝置,其基本原理是用光、電、化學能或核能等對工作物質進行激勵,工作物質吸收外來能量實現粒子數反轉,產生受激輻射,經放大或增益後產生強度高、方向性強的激光。激光器的基本結構包括激勵源(也稱激勵抽運系統、泵浦系統)、具有亞穩態能級的工作物質,此外為使光子有一致的頻率、相位和運行方向,從而使激光具有良好的方向性和相幹性,一般激光器都具有諧振腔。激光器產業鏈目前以激光器為基礎的激光工業在全球的發展勢頭非常迅猛,現已廣泛應用於工業生產、通訊、信息處理、醫療衛生、軍事、文化教育、科研等方面。激光行業已形成完整、成熟的產業鏈分佈。上遊主要包括激光材料及配套元器件;中遊主要為各種激光器及其配套設備;下遊則以激光應用產品、消費產品、儀器設備為主。總體而言,激光器自大規模商業應用以來市場一直穩步增長。2009年,受金融危機的影響,全球工業激光器行業受到重大挫折,全球工業激光器銷售總額降至14億美元,比上年下降30%。隨著2010年後全球經濟的漸漸復蘇,受固態激光器以及光纖激光器在半導體、太陽能、醫療設備、顯示、LED、航空航天、汽車等行業兩位數的增長的帶動,激光器行業出現瞭銷量和收入的急劇反彈。2012年,該行業銷售回升至歷史最高的21億美元,實現瞭“魚鉤式”反轉。激光系統的銷售趨勢與激光器類似。以CO2激光器為代表的氣體激光器仍占據行業中的半壁江山,但增長已開始放緩,以Nd:YAG激光器為代表的固體激光器增長平穩,而近年來勢頭迅猛的光纖激光器則實現瞭兩位數的增長,其他種類的激光器所占的市場份額仍然較小。在應用規模上,金屬加工仍然是激光器運用最廣泛、銷售最多的領域,占整體銷售規模的70%。2011年激光器在該領域的銷售收入達到瞭13.5億美元。其次是激光打標和激光雕刻,為3.3億美元。最後是半導體和微加工領域,達到1.47億美元。金屬加工行業使用的激光器中,CO2激光器仍然占據統治地位,銷售占比達到瞭67%。但2011年大功率光纖激光器在金屬加工領域中的占比比2010年有大幅度增長,擠占瞭固體激光器的份額。半導體和微加工市場中的激光器銷售在2011年增長瞭23%,主要用於印刷電路板鉆孔、太陽能電池刻蝕、對智能手機顯示屏的加工和通訊元器件的焊接,大多數設備集中安裝在亞洲市場。這一領域應用的主要為中小功率激光器,因此在大功率應用上占有優勢的氣體激光器和光纖激光器並沒有絕對優勢,固體激光器和半導體激光器也得以廣泛使用,其中屬於固體激光器類的超快脈沖激光器(UFP)以年均翻一番的速度快速增長。在激光打標/雕刻領域,據統計,2011年全年全球共安裝瞭超過22000臺固體激光器和光纖激光器以及11000 臺CO2激光器,產品的主要市場在亞洲。光纖激光器繼續從二極管泵浦固體激光器中搶占市場份額。2011年光纖激光器的銷售額同比增長34%,而固體激光器的銷售額僅增長4%。2011年半導體激光器的銷量約為1300臺,主要分佈在微加工和打標行業。其他應用主要是指激光器在添加制造、表面處理、熱處理、快速制造中的應用。2011年該類別的銷售收入為1.27億美元,不算是一個大市場,其主要的銷售業績(43%)是由固體激光器所壟斷,預計將在未來幾年內會被光纖激光器取代。整體裝機率方面,東亞市場以34%的激光器及系統安裝率超過瞭先前的市場領導者歐洲(30%)。中國是該地區的工業激光系統的主要用戶,占東亞地區所有裝置比例估計高達85%。主要應用技術激光可用於各種金屬和非金屬材料的切割。由於切邊受熱影響很小,激光切割基本沒有工件變形。激光切割具有無毛刺、無皺折、精度高的優點,因此明顯優於等離子切割,同時由於激光切割工件變形極小,無刀具磨損,不受被切材料的硬度影響,更優於傳統切割。對許多機電制造行業來說,由於微機程序控制的現代激光切割系統能方便切割不同形狀與尺寸的工件,它往往比沖切、模壓工藝更被優先選用。盡管其加工速度慢於模沖,但它沒有模具消耗,無須修理模具,節約瞭更換模具時間,從而節省瞭加工費用,降低瞭生產成本。激光切割主要應用於汽車行業、計算機、電氣機殼、各種金屬零件和特殊材料的切割、航天工業使用的鈦合金等。目前主要使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器、光纖激光器。激光焊接由於其獨特的優點,已成功應用於微、小型零件的精密焊接中。而高功率CO2及高功率YAG激光器的出現,開辟瞭激光焊接的新領域,以小孔效應為理論基礎的深熔焊接,在機械、汽車、鋼鐵等工業部門獲得瞭日益廣泛的應用。與其他焊接技術比較,激光焊接的主要優點是:激光焊接速度快、深度大、變形小。能在室溫或特殊條件下焊接,焊接設備裝置簡單。例如,激光通過電磁場,光束不會偏移;激光在真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊,並能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。激光聚焦後,功率密度高,在用高功率激光器焊接工件時,深寬比可達5:1,最高可達10:1。可焊接難熔材料如鈦、石英等,並能對異性材料施焊,效果良好。例如,金剛石鋸片,用激光將基材(65Mn)和高強超硬的人造金鋼石焊接,使這種鋸片壽命、價值倍增。可進行微型焊接,激光束經聚焦後可獲得很小的光斑,且能精密定位,可應用於大批量自動化生產的微、小型元件的組焊中。例如,集成電路引線、鐘表遊絲、顯像管電子槍組裝、手機電池的封焊等。采用激光焊不僅生產效率可大大提高,且熱影響區小,焊點無污染,從而大大提高瞭焊接的質量。而且還能焊接難以接近的部位,施行非接觸遠距離焊接,具有很大的靈活性。近幾年來,由於在YAG激光加工技術中采用瞭光纖傳輸技術,使激光焊接技術獲得瞭更為廣泛的推廣與應用。激光束易實現光束按時間與空間分光,能進行多光束同時加工及多工位加工,為更精密的焊接提供瞭條件。目前廣泛用於激光焊接的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導體激光器。由於激光具有高能量、高聚焦等特性,激光打孔加工技術廣泛應用於眾多工業加工工藝中,使得硬度大、熔點高的材料越來越容易加工。與傳統打孔工藝相比,激光打孔機具有以下優點:速度快,效率高,打一個孔的作用時間隻有0.0001至0.000001秒。在不同的工件上激光打孔與電火花打孔及機械鉆孔相比,效率可以提高l0~1000倍;可獲得大的深徑比;可加工硬、脆、軟等各類材料;無工具損耗,等。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主,也有一些準分子激光器、同位素激光器和半導體激光器。激光打標是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射,通過表層物質的蒸發露出深層物質,或者是通過光能導致表層物質的化學物理變化而“刻”出痕跡,或者是通過光能燒掉部分物質,顯出所需刻蝕的圖案和文字。激光打標可以打出各種文字、符號和圖案等,字符大小從毫米到微米量級,這對產品的防偽有著特殊的意義。激光打標使用的“刀具”是聚焦後的光點,不需要額外增添其他設備和材料,加工由計算機自動控制,生產時不需人為幹預。激光打標的特點有:非接觸加工,可在任何規則或不規則表面打印標記,且打標後工件不會產生內應力;材料適用面廣,可在金屬、塑料、陶瓷、玻璃、紙張、皮革等不同種類或不同硬度的材料上打印;可與生產線上的其他設備集成,提高生產線的自動化程度;標記清晰、持久、美觀,並可有效防偽;使用壽命長、無污染;加工效率高,計算機控制下的激光光束可以高速移動(速度達5~7米/秒),打標過程可在數秒內完成。激光打標在各種材料和幾乎所有行業均得到廣泛應用,目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導體激光器。激光雕刻和激光打標的原理類似,但一般而言,激光打標機工作面小,屬於微加工范疇,在精度和效果方面的要求高於激光雕刻機。激光打標機可以加工金屬材料,針對的行業比較專業,設備價格通常遠高於激光雕刻機。激光雕刻機不適合加工金屬材料,且工作面大,工作行程長,精度要求相對較低。目前已有兼顧雕刻和打標功能的大型打標機,但價格很高。激光雕刻一般指的是在非金屬材料上進行雕刻或切割。激光雕刻按雕刻方式的不同分為點陣雕刻和矢量切割。點陣雕刻酷似高清晰度的點陣打印。激光頭左右擺動,每次雕刻出一條由一系列點組成的一條線,然後激光頭同時上下移動雕刻出多條線,最後構成整版的圖象或文字。與點陣雕刻不同,矢量切割是在圖文的外輪廓線上進行。一般雕刻機可雕刻的材料有:木制品、有機玻璃、金屬板、玻璃、石材、水晶、氧化鋁、皮革、樹脂、噴塑金屬等。激光熱處理是利用高能激光照射到金屬表層,通過激光和金屬的交互作用達到改善金屬表面性能的目的。激光表面熱處理技術包括激光相變硬化技術、激光塗覆技術、激光合金化技術、激光沖擊強化技術等,這些技術對改變材料的機械性能、耐熱性和耐腐蝕性等有重要作用。激光相變硬化〔即激光淬火〕是激光熱處理領域研究最早、最多、進展最快、應用最廣的一種新工藝,適用於大多數材料和不同形狀零件的不同部位,可提高零件的耐磨性和疲勞強度。激光合金化和激光塗覆是利用高功率激光束快速掃描金屬工件表面,使一種或多種合金元素與工件材料表面一起快速熔化再凝固,共同形成硬化層。激光表面合金化技術是材料表面局部改性處理的新方怯,激光沖擊強化使用脈沖寬度極短的激光照射到材料表面,可以產生高強度沖擊被,使得金屬材料的機械性能改善,阻止裂紋的產生和擴展,提高鋼、鋁、鐵等合金的強度和硬度,改善其抗疲勞性能。激光熱處理技術在汽車工業中應用廣泛,如缸套、曲軸、活塞環、換向器、齒輪等零部件的熱處理,同時在航空航天、機床行業和其它機械行業也應用廣泛。我國的激光熱處理應用比國外廣泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主。激光微調技術可對指定電阻進行自動精密微調,精度可達0.01%~0.002%,比傳統加工方法的精度和效率高,而成本低。激光微調包括薄膜電阻(0.01~0.6微米厚)與厚膜電阻(20~50微米厚)的微調、電容的微調和混合集成電路的微調。激光去重平衡技術是用激光去掉高速旋轉部件上不平衡的過重部分,使慣性軸與旋轉軸重合,以達到動平衡的過程。激光去重平衡技術具有測量和去重兩大功能,可同時進行不平衡的測量和校正,效率大大提高,在陀螺制造領域有廣闊的應用前景。對於高精度轉子,激光動平衡可成倍提高平衡精度,其質量偏心值的平衡精度可達1%或千分之幾微米。激光劃線技術是利用激光器作為光源,經過一組透鏡組合整合後發射出高準直度的點狀光源,在經過特制棱鏡打散後形成一條亮度均勻的光線。由於采用特殊設計的棱鏡擴散光線,有效避免瞭采用普通柱鏡擴散光線後產生光線兩端光弱、中間光強的缺點。激光制版技術是把聚焦的激光束射向印版,把印版的指定范圍熔化,然後去除不需要的部分,制出凸、凹的圖像,圖像的形狀、大小、尺寸等可由電子調制來控制。激光防偽技術是通過激光制版,將影像制作在塑料薄膜上,產生五光十色的衍射效果。並使圖片具有二維、三維空間感。在普通光線下,隱藏的圖像、信息會重現;當光線在某一特定角度照射時,又會呈現新的圖像。這種模壓全息圖片可以像印刷一樣大批量快速復制,成本較低,且可以與各類印刷技術相結合使用。近十年,中國激光產業增長迅速,年增長率在15%左右,幾乎比國外高出一倍。但行業缺乏整體規劃,整個產業發展相當無序。技術上看,大功率激光器發展迅速,已經打破國外產品的壟斷,武漢光谷科威晶已研發出10000W大功率軸快流CO2激光器,功率僅次於德國通快產品,居世界第二位。國內半導體激光器、全固態激光器也有長足進步。國內一些科研機構和企業已經研制出包括光纖激光在內的新的激光技術和產品。國內有些高校還對碟片激光器的研究開展瞭工作。在產業分佈上,中國激光產業主要集中在武漢、廣東、上海、北京等地,已基本形成以上述省市為主體的華中、環渤海、長江三角洲、珠江三角洲四大激光產業群。其中,武漢光谷是國內僅次於北京中關村(000931,股吧)的第二大智力密集區,園區內與激光產業相關的企業達200多傢,擁有華工科技(000988,股吧)、楚天激光、武漢銳科、光谷科威晶等大批業內領軍企業,年度總收入超150億元,穩據中國激光加工設備市場一半份額,成為中國激光產業最重的一極。行業規模上,國內激光加工設備市場行業規模迅速發展,增長維持在20%以上。2010年,市場規模突破55億元,2011年市場規模在60億元以上,其中大功率的激光設備產值約占七成,低功率的激光設備占三成左右。2001至2010年,該行業的復合年均增長率為21.7%,呈現出穩定、高速增長的態勢。預計“十二五”期間,中國激光加工設備行業市場規模年均增速將超過20%,市場規模有望突破130億元。投資重點關註領域作為目前最為活躍的激光光源器件,光纖激光器是在EDFA(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier,摻鉺光纖放大器)技術基礎上發展起來的,屬於激光技術的前沿領域。光纖激光器的研究始於上世紀60年代,在80年代取得實用性突破。目前,美國IPG公司是世界最大的光纖激光器供應商,其產品涵蓋30KW以內連續光纖激光器和100W以內脈沖光纖激光器,占全球約85%的市場份額,2010年該公司實現銷售額約3億美元。英國SPI公司的產品涵蓋400W以內連續光纖激光器和40W以內脈沖光纖激光器,占全球10%的市場份額。此外,國際各主要工業激光器制造商,如通快Trumpf、Rofin以及GSI等都相繼推出瞭自己的光纖激光器產品。國內光纖激光器的研究開展得較晚,但近幾年來取得瞭較快發展。從銷售額和市場情況看,光纖激光器最大的市場在千瓦級以上的應用。目前二維鈑金切割是千瓦級光纖激光器的主要應用,國內大功率切割機市場每年有近兩千臺的需求。高功率激光的焊接和其他應用的市場潛力更大。根據預測,國產千瓦級的工業光纖激光器會在一年之內進入市場,並有望在兩年內占據中國市場60%的份額,而且該領域會呈現激烈競爭的態勢。激光快速成型技術也稱為“3D打印”,原理是用CAD生成的三維實體模型,通過分層軟件分層,以每個薄層斷面的二維數據來驅動控制激光光束,掃射液體、粉末或薄片材料,加工出符合要求形狀的薄層,逐層積累最後形成實體模型。3D打印技術流派3D打印目前處於技術發展早期,即將進入市場爆發的時刻。據統計,2010年全球3D打印設備市場規模達13.25億美元,其中服務收入為6.51億美元,2011年3D打印設備銷售額為17.14美元,同比增長29%。個人3D打印機銷量呈爆發式增長,銷售額從5987臺猛增至23265臺,增幅達289%。2011年工業3D打印系統占比迅速提升至24%。亞太地區中國和日本是主要的市場。3D打印面臨著迅速增長的市場需求,有機構預測,到2015年全球市場規模將超過30億美元,2019年將超過60億美元。中國科技部編制並印發的《新型顯示科技發展“十二五”專項規劃》(以下簡稱《專項規劃》)重新定義瞭激光顯示產業的戰略地位,在“十二五”期間中國將大力發展激光顯示和3D顯示為代表的下一代顯示技術。《專項規劃》明確瞭新型顯示科技“十二五”發展的經濟指標:“十二五”時期產業鏈新增產值5000億元/年,建立規模化示范基地7個、工程化示范基地10個;激光顯示產值100億元/年,產量50萬臺/年;3D顯示產值3700億元/年,形成3D電視、3D顯示器、3D投影產業集群,建立3D電影院體系;有機發光顯示產值300億元/年,年產能1.5億片;電子紙顯示產值30億元/年,產量1000萬片/年;移動互聯網終端顯示產值1000億元/年。激光顯示以激光為光源,充分利用瞭激光波長可選擇和高光譜亮度的特點,因此顯示圖像具有更大的色域,其色域覆蓋率可達熒光粉的2倍以上,可以達到人眼所能識別色彩空間的90%以上,而且具有很高的色飽和度。據瞭解,顯示產業是年產值超過千億美元的戰略性新興產業,是信息時代的先導性支柱產業,產業帶動力和輻射力強。隨著電子消費產品的更新換代,中國顯示產業轉型升級的需求非常迫切。激光顯示被認為是“一次顯示領域的革命”,具有每年500億美元以上的市場前景。Sony、三菱電氣、精工愛普生、三星、德國歐士朗等國際產業巨頭正在加緊激光顯示技術和產品的研發。目前,國際激光顯示技術已發展到產業化前期階段,核心材料與器件的工業化生產和配套產業的完善以及爭奪先期市場成為當前發展的重點,未來3~5年將是全球激光顯示技術產業化發展的關鍵時期。國際跨國顯示企業已經開始扮演激光等新型顯示概念推廣者的角色。2005年,索尼公司斥資在愛知世博會上建起瞭一個有500平方米巨幕的巨大激光影院,2006年三菱推出瞭40英寸激光電視樣機,2007年索尼再次高調推出瞭60英寸激光電視樣機,松下、日立、東芝、愛普生、三星等企業也都傳出積極研究激光電視、激光投影產品的消息。台中房屋借錢

新聞來源http://news.hexun.com/2013-08-02/156731765.html

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