1 前言
近20年來中國的改革開放和迅速發(fā)展著的市場經濟，極大地推動著高技術的研發(fā)和應用。激光和激光加工是一門發(fā)展極快的高新技術，已成為發(fā)展我國新興產業(yè)，改造傳統(tǒng)制造業(yè)的關鍵技術之一。各種激光系統(tǒng)、設備，已經或正在進入各個工業(yè)領域，為我國傳統(tǒng)工業(yè)的技術改造，新興工業(yè)領域以及制造業(yè)的現代化提供先進的技術裝備。
至今，國產激光器已能批量生產供應中、小功率（30W-500W）的Nd：YAG固體激光加工系統(tǒng)和高功率(100W-5kW)CO2激光加工系統(tǒng)。目前，中國的激光器和激光技術產業(yè)的初步規(guī)模正在形成。國內從事制造工業(yè)激光系統(tǒng)公司超過100家，正在形成研發(fā)、批量生產和供、銷、維修服務的體系。然而，2002年中國激光加工設備產值與全球激光加工市場銷售額29.9億美元（約260億人民幣）相比，約占1/26。
顯然，中國國內激光加工應用市場岡中國加入WTO以來國內正在迅速形成的“全球制造基地”而獲得快速增長。海外投資者和海外激光同行正在搶灘這一市場。因此中國的激光加工技術急需有一個大的突破，激光加工技術產業(yè)化急需有一個大的發(fā)展。國內從事激光器和激光加工技術系統(tǒng)研發(fā)、生產的企業(yè)正面臨極好機遇和挑戰(zhàn)。
2 激光加工市場
2.1 國際市場
據ILS(Industrial Laser Solutions)統(tǒng)計，全球工業(yè)激光系統(tǒng)的產值1997年為20.63億美元，1998年為23.38億美元，1999年為25.91億美元，這三年年產值年增長率一直保持在13%左右。但2000年僅為27.76億美元，年增長為7%左右，開始受到網絡經濟泡沫，美國和全球范圍經濟衰退的影響。
在2003年1月ILS發(fā)表的校正后統(tǒng)計數字中，計入了2001年中國工業(yè)激光系統(tǒng)市場額增長的因素，2001年全球工業(yè)激光系統(tǒng)產值為28.75億美元，比2000年增長9.6%。顯然，中國的激光加工市場增幅已明顯地牽動著國際激光加工市場。近兩年的年增長率保持在3-5%左右，預計未來幾年的年增長率將維持在5%左中（見表1、2、3）。
表1 全球工業(yè)激光系統(tǒng)產值（百萬美元）
表2 全球工業(yè)激光器產量臺（套）
表3 全球工業(yè)激光器產值（百萬美元）
工業(yè)激光系統(tǒng)的應用市場直接受到電子、微電子、光電子、通訊工業(yè)和微光機電一體化系統(tǒng)設備市場發(fā)展的影響。激光加工系統(tǒng)是滿足上述新興產業(yè)和先進制造技術裝備所必備的。而CO2激光器、半導體激光器、半導體泵浦固體激光器、準分子激光器及其加工系統(tǒng)正是需求最大、發(fā)展最快的工業(yè)激光加工系統(tǒng)。
從國外激光加工系統(tǒng)應用方式來看，以2001年為例，其中激光切割占總銷售額的37%，激光標記占36%激光焊接占12%，激光微加工占10%，激光打孔占2%，其它應用占3%。
激光加工在不同國家的各工業(yè)領域中的應用范圍及程度是不同的。上世紀九十年代，美國、德國和日本的激光加工應用己很普遍。例如，日本在1990年的工業(yè)激光系統(tǒng)設備己達3000臺，1997年高達5000臺，至2000年日本的工業(yè)激光加工系統(tǒng)已約占全球的1/3。
表4是美國和日本在各工業(yè)領域中的應用情況。從中可以看出，國外的激光加工市場與中國國內的激光加工市場有非常大的區(qū)別，國外激光加工的起步是立足于高科技、高技術行業(yè)，如汽車制造工業(yè)，半導體工業(yè)等，而這些工業(yè)激光應用行業(yè)恰恰是十幾年前我國比較弱小的行業(yè)。中國較發(fā)達的是輕工業(yè)、紡織業(yè)、服裝業(yè)等。這些情況現在也恰恰給海外的工業(yè)激光制造廠家提供極好機遇，便于將成熟的中、高檔工業(yè)激光系統(tǒng)打入中國市場。
表4 美國和日本工業(yè)激光系統(tǒng)應用領域狀況
圖1a顯示2001年亞洲CO2激光加工系統(tǒng)產量僅占全球的15%，圖1b顯示2001年亞洲固體激光加工系統(tǒng)產量僅占全球的28%，其中日本占主要份額。
圖1a 2001年全球工業(yè)激光系統(tǒng)產量臺（套）分布示意圖
圖1b 2001年全球工業(yè)激光系統(tǒng)產量臺（套）分布示意圖
2.2 國內市場
中國國內工業(yè)激光市場銷售情況見表5。
表5 1994-2002年中國國內激光加工系統(tǒng)銷售額（萬元人民幣）
從表5可以看出，國內工業(yè)激光加工系統(tǒng)的銷售臺數和銷售額自1995年才開始有較大的增長，在1995年至1996年，1999年至2001年呈現高峰，有成倍增長。比1999年增長112%，增長較快的原因是電池激光封焊和電子元器件，小五金的激光標記采用了大量的YAG激光焊接機和激光標記機，國產激光切割、熔敷系統(tǒng)應用的增長也較大。
表6 2002年我國各類激光加工機銷售額（萬元）
除表6所列外，微調機、劃片機市場銷售額也有不同程度增長。激光熱處理機市場銷售額2002年出現下降，由2001年的7370萬元減至1148萬元，下跌了84.4%減少了6222萬元之多。
工業(yè)激光加工系統(tǒng)首先在中國國內經濟較發(fā)達、較活躍地區(qū)獲得快速應用。例如在廣東省于2002年底便約有1500多臺CO2和Nd：YAG激光標記機，用于PC鍵盤等其他元器件的加工；約有800臺激光焊接機用于電池密封焊；約有100多臺激光劃線機用于太陽能電池晶片和芯片的加工；目前有100多臺用于首飾（寶石）加工的激光焊接系統(tǒng)，其中90%購自意大利；約有20多臺高功率CO2激光切割系統(tǒng)用于鋼板切割。
中國國內已建立近100個激光加工站，為一些臨時需要激光加工業(yè)務的中小型企業(yè)提供服務。過去5年，國內已有幾十臺快速激光制模系統(tǒng)。
近幾年來，激光加工領域在不斷開拓，由鐘表、電池、衣扣等輕工行業(yè)，向電子行業(yè)、機械制造業(yè)、汽車制造業(yè)、航空、動力和能源、以及醫(yī)學和牙科儀器設備制造業(yè)等應用領域拓展。
以2001年為例，國外在激光加工領域中，激光切割已占37%，國內市場僅占21.7%，這說明國內這個市場擴大的余地較大；國外的激光標記占36%，而且主要應用于機械、微電子工業(yè)方面，國內激光標記占45.3%，并且主要應用于輕工業(yè)品、小五金工業(yè)品等領域，這表明國內激光標記將要占領的應用領域很大。
圖2 2001年中國國內激光加工應用領域狀況
近兩年來，國內的工業(yè)激光制造企業(yè)己能小批量提供低、中檔的激光標記、劃線和焊接系統(tǒng)。同時，海外公司正在快速進入中國加工市場，占領中、高檔產品空缺市場和開拓國內企業(yè)尚未進入的市場。例如，Thyssenkrupp Tailored Blank GmbH和武漢Zheng-ren汽車元配件有限公司合作，在武漢開始接受定制坯件的焊接，激光焊接生產線每年加工6萬噸�？偛吭O在德國的工業(yè)激光器制造商Rofin-Sinar已在中國臺北建立一家子公司-Rofin-Bassel臺灣有限公司，并早已進入大陸市場，2003年Rofin的市場增長將達1000-2000萬美元，產品集中在標記、切割和焊接的激光器，有望在5年后在中國市場增長率達10%以上。南京東方激光有限公司是一家南京國營772廠與美國SIDA的合資公司，引進Rofin-Sinar公司軸向快流CO2激光器制造技術，推出由Rofin-Sinar公司的元器件制造的500W、700W、1000W、1500W、1700W、2000W、2800W系列的CO2激光器。全球著名激光加工設備生產廠家德國Trumpf公司（產值占全球第一），也與瑞士營銷集團Siber Hegner聯合，在上海建立了Trumpf Siber Hegner公司，將集中精力開發(fā)核心產品一用于激光切割、打孔和成型的機床，并在江蘇省建立激光加工中心。2001年在北京工業(yè)大學建立的“中德激光技術中心”，正在推進我國和德國在激光技術和激光材料加工方面的合作與交流、人才培訓和咨詢業(yè)務，2003年已正式啟動“中德激光技術培訓中心”。
3 國內工業(yè)激光設備企業(yè)和研制生產概況
自上世紀90年代開始，隨著市場經濟快速發(fā)展，國內出現了許多從事激光器和激光加工系統(tǒng)公司。按現代企業(yè)制度建立的這些新興公司（企業(yè)），經營理念完全定位于市場經濟，在市場中找生機，發(fā)揮企業(yè)優(yōu)勢，擇優(yōu)而用，滿足用戶要求，通過融資，壯大財力，吸納海內外技術優(yōu)勢，通過各種渠道，形成自家的技術優(yōu)勢和服務于用戶的產品優(yōu)勢。短短幾年，這些公司發(fā)展極快。至今已有100多家從事激光加工的制造企業(yè)，其中一些是由激光技術應用研究所建立的，另外一些是新興的民營激光公司。這些公司已成為國內激光加工市場的主力，他們制造的工業(yè)激光器、元器件和激光加工系統(tǒng)（激光標記、劃線、微調、切割、焊接、表面處理、微加工、直接成型）約占國內總市場90%以上份額。
表7是部分國內從事激光器和激光應用研發(fā)的激光加工中心、研究所和大學。表8是目前較具規(guī)模的部分激光加工系統(tǒng)制造廠家。這些單位具有批量、小批量供貨能力，通常在接到訂單后半年內可以交貨。大部分產品銷往國內市場，少量銷往海外。
激光加工系統(tǒng)的構成包括三部分：(1)工業(yè)激光器，主要是YAG激光器、CO2激光器、準分子激光器和大功率半導體激光器、全固體激光器、(DPSSL)等；(2)多自由度加工機（機床、控制系統(tǒng)等）；(3)激光加工工藝（即加工用的軟件等）。
表7 部分國內從事激光器和激光應用研發(fā)的激光中心、研究所和大學
表8 部分國內從事激光加工系統(tǒng)制造公司
表9是國內激光器和激光加工設備發(fā)展概況�？梢钥闯觯�(1)國內缺少適合中、大功率激光加工系統(tǒng)用的商品級可靠、穩(wěn)定的YAG和CO2激光器；(2)國內尚無適合激光加工的商品級新型大功率DPSSL；(3)國內尚無商品級的可靠、穩(wěn)定、長壽命準分子激光器和光纖激光器。
表9 國內激光器和激光加工設備發(fā)展概況
5 結語
我國激光制造技術的應用研究水平和應用規(guī)模，與發(fā)達國家相比，差距很大。在產業(yè)方面，一些中、高檔激光產品及其材料、元器件仍然停留在開發(fā)階段，或尚未形成規(guī)模，高檔、高智能、高自動化的激光產品比較缺乏。不少激光加工應用在我國仍是空白或剛起步，如激光微加工、特種材料加工、激光納米加工以及飛秒激光加工等。國內工業(yè)激光企業(yè)的力量從技術、性能、資金、規(guī)模等比較弱小；企業(yè)的核心技術競爭力不足，“產品結構”趨同，以及缺少一些重大創(chuàng)新有自主知識產權的產品，是目前國內激光產業(yè)存在著的一個較為嚴重的問題。中國加入WTO后，進口激光產品的價格降低，使國產激光產品的市場份額、價格和利潤受到嚴重威脅。由于海外公司的紛紛涌入，人才競爭局面更趨激烈。在激光加工應用推廣方面也有不少困難，例如，我國制造業(yè)中的很大一部份是組裝業(yè)，以國內現有的工業(yè)基礎很難對一些國外引進組裝機械中傳統(tǒng)工藝進行改造更新、采用諸如激光加工之類的新工藝。
激光加工是一門21世紀發(fā)展極快的新制造技術，必將為我國傳統(tǒng)工業(yè)的技術改造，新興工業(yè)領域以及制造業(yè)的現代化提供先進的技術裝備。面對日益增長的巨大的激光加工應用市場和國際競爭新格局，中國的激光加工技術急需有一個大的突破，激光加工技術產業(yè)化急需有一個大的發(fā)展。這種狀況給國內從事激光、激光加工技術設備研發(fā)、生產的企業(yè)帶來極好機遇和挑戰(zhàn)。
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