激光切割踏上“奔二之路” 国产光源突破二万五大关

在当今的工业生产中,激光技术扮演着越来越重要的角色。随着“中国制造2025”战略的推进,中国制造业正在向高端化、智能化转型,传统加工工艺已难以满足市场对产品生产更高效率、更高精度的要求。激光技术凭借其效率高、耗材少、材料变形小、对加工对象适应性强等优点,在工业生产的各环节渗透率不断提高,成为高端制造中不可或缺的重要加工工具。

借助这样的时代背景,高端激光加工设备越来越受到重视。据OFweek产业研究院统计,2017年我国激光设备市场规模接近450亿元,预计2020年能接近819亿元,2022年接近1179亿元。其中,2017年激光切割设备市场规模超过200亿元,占全国工业激光加工设备市场规模的46%。在激光器的选配方面,光纤激光器又是激光加工市场的主流选择,2017年光纤激光器的市场占比达到47%。可以说,在当前的激光加工应用中,激光切割是最为主流的应用方案,而光纤激光器则是最为普及的光源系统。

激光切割设备的“奔二之路”

2018年,国内关于激光切割提到最多的一个词就是“万瓦级”。实际上早在2017年,大族激光、奔腾激光等国内领先的激光设备厂商便先后推出了12KW的激光切割设备并实现小批量出货。到了2018年,12KW激光切割机在各大展会上如雨后春笋般涌现,而在大族激光、奔腾激光推出15KW激光切割设备之后,“万瓦级激光切割”更是成了激光加工行业的热点词汇。不论是终端加工用户,还是激光设备厂商,还是激光器供应商,都在朝着“万瓦级”的方向靠近。

尽管这一趋势明显,但万瓦级设备的推广并没有想象中那么容易。由于大功率激光切割机相比于中低功率激光切割机发展较晚,对国外进口依赖较大,进口高功率激光器及功能部件价格居高不下,导致设备整体价格非常高。同时,“万瓦级”激光切割设备刚推向市场,设备稳定性、加工质量、投入产出比等一系列问题还需要经过较长时间的市场检验。因此,现阶段万瓦级激光切割设备还处在“吃螃蟹”阶段,只有少数加工用户选择了“高性能、高价位、稳定性待验证”的“万瓦级”激光切割设备。

当然,多数用户选择观望,并不意味着这一市场是个虚幻的泡沫。随着中厚板材加工需求的大幅增长,超高功率激光切割设备相比中小功率激光切割设备的优势十分明显。一方面,同等厚度的板材,万瓦级切割设备的效率远远高于中小功率,另一方面,功率大幅提高之后切割工艺也随之发生了革命式的升级,在保证切割效率的同时还大大降低了用户加工的成本,同时也解决了“厚碳钢板生产不稳定”等老大难问题。可以认为,尽管目前“万瓦级”切割设备距离大批量走向市场、走向终端用户还需要一段时间,但随着稳定性和高价位问题的逐步解决,“万瓦级”切割设备在加工方面的优势将会得到全面释放。

看到了这样的发展前景,激光设备厂商当然不会满足于让15KW成为激光切割的上限。2019年3月9日,大族激光宣布20KW光纤激光切割机成功签约并即将交付,将激光切割设备的发展推向了“奔二之路”。

国产激光光源再攀高峰

前文提到,万瓦级激光设备的装机量不大,很重要的一个原因便是进口激光器价格过高。这对国内的激光器制造商而言是个机会。实现技术突破,打破国外垄断,既能提升自己的竞争力,更能促使外商降价,推动产业更好发展。激光设备踏上“奔二之路”,也在鞭策着国内激光器制造商加大研发投入,提前进行技术储备。

在业内瞩目的上海慕尼黑光博会上,我们见证了国产激光器在高功率探索上的最新突破。创鑫激光推出了25000W超高功率光纤激光器,这是目前市面上用于切割应用功率最高的光纤激光器。创鑫激光工程师在现场进行了70mm不锈钢的切割演示。从现场切割效果可见,70mm不锈钢端面平滑完整,锥度远小于火焰、等离子切割等传统加工工艺,可免去二次加工。可以说,超高功率光纤激光器在超厚板材加工方面有着得天独厚的优势。

据OFweek激光网编辑了解,这款超高功率光纤激光器使用超高功率全光纤合成,高效率泵浦耦合及高亮度激光合束,能实现高能量密度与超高功率输出。其激光输出头最大可承受输出功率>50000W,采用双层密封循环水冷技术,回返光消除比例>80%,可实现高反材料的连续稳定切割。

依托在激光光学器件及器件上游的光学原材料冷加工上的技术沉淀,创鑫激光在高功率/高光束质量的激光合成单元、超高功率/高可靠性、光束质量可控激光能量合成器件、超高功率/可靠性激光输出头器件三大核心技术方面实现突破,最终推出超高功率工业激光器。

就目前而言,超高功率激光设备的市场还有待开拓,超高功率激光器也处在探索阶段,但对科技型公司而言,提前布局,及早进行技术储备是把握未来发展的重要手段之一。据了解,早在2016年2月,创鑫激光便开始进行25000W光纤激光器的项目预研。经过三年的不懈努力,这一产品终于面向市场。

除25000W超高功率光纤激光器外,创鑫激光还同步发布了4000W单模光纤激光器及M5 BOX激光器。创鑫激光的4000W单模光纤激光器已应用在25000W超高功率光纤激光器上,是当前国内单一模块功率最高的产品。与多模连续光纤激光器相比,4000W单模连续光纤激光器体积减小了16%,重量减轻了51%,但切割效率却有着明显提升(切割1-4mm碳钢效率提高29%-51%;切割1-12mm不锈钢效率提高55%-86%),切割效果也更为稳定。

总结

目前,高于1.5KW的高功率光纤激光器国产化率仅为11%,对外进口依赖高,国产替代空间大。在特种汽车制造工业、船舶制造工业、机械级器械制造工业、冶金行业、建筑行业、铁道交通建设行业、油气开采行业、科研及军事等领域需求的推动下,通过采用更高功率的泵浦源、更先进的特种光纤设计和高功率光纤合束技术,光纤激光器输出功率达到数万瓦级。同时,模块化的设计缩短了新产品开发周期,大大提高产品的稳定性和可靠性。

在未来,配置万瓦、数万瓦的大功率光纤激光器的工业装备将在高端制造的应用场景中发挥更大的作用。

话题: 激光
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