2017年6月27日，德国机械装备制造业联合会(VDMA)下属的“用于材料加工的激光和激光系统”工作委员会在德国慕尼黑举行了年度新闻发布会。
会议主要对包括德国、美国以及亚洲等国家和地区在内的全球激光行业的发展现状和趋势做了回顾和展望，阐述了各激光产品和技术在不同战略市场的应用潜力和前景。本期，您将先看到第一部分的内容。全球激光技术和应用趋势摘要
● 超短脉冲（USP)激光器
在越来越多的应用中—包括对用于显示器的聚酰亚胺薄膜的结构化处理和精密切割，超短脉冲的优势正与短波长有机结合。值得关注的参数范围包括紫外光谱范围内30W的平均功率和绿色光谱范围50W的功率，脉冲宽度小于1ps。在绿色光谱范围内几百μJ的脉冲能量可被用于相应的应用。该激光束更好的聚焦能力和改进的消融处理能实现更大的微加工精度，同时提高工艺稳定性。这可以通过增加在可见光谱和紫外光谱范围内操作的超短脉冲激光器的功率得以实现。USP激光源在工业应用中越来越高的接受度以及从研发向商业应用的转变是显而易见的。
● 激光光源的组合—二极管激光器，光纤激光器，碟片激光器
用于工业应用的高性能、连续发射的激光光源主要包括二极管泵浦多模固态激光器，如碟片激光器和光纤激光器。鉴于其工艺稳定性、抗反射性、智能能源管理和冷却概念以及智能工厂集成的可能性，碟片激光器已经实现了高度的技术改进。德国通快（Trumpf）已经交付了超过10,000台具有千瓦输出能力的碟片激光器。
通快的短/ 超短脉冲激光器是为微细加工开发的理想工具（图源：Trumpf)
技术进步也使高亮度的二极管激光器和基本模式的光纤激光器对于工业应用而言变得越来越重要。从长远看，高亮度直接二极管激光器有可能解决输出功率在几千瓦范围内的应用问题。通过简单的技术手段在光纤激光器中生产，这种横向基本模式可通过与工件的相互作用实现高质量的加工。这为许多精密应用提供好处。基础模式的光纤激光器应用在经济和技术方面的另一个例子是通过摆动技术焊接铝和铜。铜的加工操作也非常有效地利用了使用频率转换的绿色碟片激光器这个创新概念。
总之，所有固态激光器的配置正处于不断发展中—包括半导体激光器。钣金切割使用固态激光器替代 CO2激光器的趋势已趋于稳定，并保持在约1/3 CO2激光器以及2/3固态激光器的稳定比例。CO2激光工艺能够提供具有最小拖痕的切割图案，并且在诸如管道切割的应用中提供更广泛的加工窗口以及可靠的工艺。此外，激光活性介质的高频激发不会导致其磨损。出于这些原因，CO2激光器不会完全从工业环境中消失。
● 3D激光加工—两个不同的趋势
3D激光加工市场涵盖两个完全不同的部分：一方面是高生产率、专业系统概念；另一方面是柔性的机器。
从高效的系统概念这层来看，值得注意的是热成型部件的切割。由于汽车行业的碰撞强度要求越来越高，并且需要降低燃料消耗和污染物排放，这一工艺的使用不断扩大。笛卡尔激光系统具有极高的动态精度，在这些应用中已被证明是有效的。
在3D生产系统领域，机器人解决方案正在扩大与实时同步的机器人，扫描振镜和激光器之间的技术选择，并通过智能网络实现更高精度的“飞行”焊接。
从柔性机器的层面看，主要的要求是初始组件的快速实现。编程、设置技术和工艺知识起到决定性的作用。在其他领域，单机必须覆盖尽可能多的工艺流程。典型的目标客户包括灵活的合同制造商和研究机构。结合笛卡尔系统的使用，无论在有无填充材料的情况下，机器人焊接解决方案对合同制造业务也是极具吸引力的。
● 增材制造
随着2D和3D部件的切割和焊接需求上升，LMD（激光金属沉积）工艺的集成趋势在此也非常明显。这使得具有非常高的沉积速率的增材制造工艺能够弥合焊接过程中形成的间隔，或选择性地沉积由高强度钢制成的耐磨层。
过去几年内，金属增材制造（AM）市场每年的增长率约为40％。增材制造产业正全方位地展示出积极的发展势头，而这种活力不断促进专业知识的增进、劳动力的扩张以及国际兼并活动的激增。
AM Factory of Tomorrow（ 明日增材制造工厂） 是由德国3D 打印技术巨头Concept Laser 推出的革命性增材制造工厂解决方案。
不断增长的机器生产力成为促使原型设计发生转变以及帮助小批量生产迈向多产的批量制造的推动力。除此外，这使得可以实施更创新的多光束激光系统技术以及具有智能部件和粉末管理概念的完整解决方案，从而实现更大的机器利用率。具有多激光解决方案的新一代机器也不断应运而生，例如，能够以经济方式批量生产部件。工业解决方案涵盖整个流程链，其特点包括三个成功因素：智能数字化、强大的机械和服务。因此，制造商也将注意力转向工业软件、监控解决方案以及一致的服务。此外，新的机械解决方案和自动化概念正在解决特殊的行业要求。
当前有一个重要课题，同时也是VDMA下属增材制造协会讨论的核心便是探索增材制造和工业4.0之间的联系。目的是在整个流程步骤中实现网络化的业务，并在增材制造领域建立标准流程。
亚洲激光市场的发展现状和趋势
亚洲激光市场与中国的高生产能力紧密相连。尽管去年经济增长放缓，但中国仍然是亚洲激光产品增长的主导市场。在未来5到10年中，预计中国的激光和光电产业的年增长率将在10-15％之间。这一时期中国激光行业也将取得更大的进步。中国激光企业正越来越多地与西方生产商竞争。外国制造商必须对这一趋势做出反应，并适应中国经济的步伐。
实质上，亚洲几乎所有的激光应用市场都在增长。今天，一些微电子产业几乎将目光完全锁定亚洲。
随着机器和激光技术的进步，制造商在2D 激光切割领域不断向更好的激光功率挺进。（图源：Trumpf）
基于新的应用领域不断拓展，核心市场的增长远远没有结束。然而，在某些地区，个别工业部门的专业化水平越来越高。例如：越南的电子制造业、泰国和马来西亚的代工生产、孟加拉国和巴基斯坦的纺织业，以及新加坡的医疗工程行业。
● 机械制造业
在机械行业，激光制造产品的国内需求上升是中国首要增长动力。目前，人力密集型制造业向更高程度的自动化方向发生了明显的转变，这提高了对高品质机械和易于自动化流程工艺的需求。
过去的一年间，1-2kW的光纤激光器在中国的需求仍然居高不下。但是，目前来看，对切割应用更高的功率趋势也在提升。在较低和中等功率范围，如今越来越多的激光光源可从当地的激光制造商处获得，其中不少公司还推出了功率高达1kW的机架式激光器。今年，切割型激光器的需求已经转向3-4kW，而趋势正朝着6-8kW持续挺进。
然而，第一台10-12kW功率的激光系统也已经交付。日本切割机制造商向国内市场主要提供2-4kW输出范围的机器，而超过6kW的大幅面激光切割系统则出口欧洲和美国。
● 汽车行业
汽车行业的增长是由亚洲驱动的，而这种力量主要来自中国和印度巨大的销售市场。2016年，仅中国就生产了2,810万辆汽车（来源：中国汽车工业协会）。在此过程中，中东国家进一步扩大了其作为全球最大汽车市场的地位。在这一市场中，乘用车部门的同比增幅最大，达16％。由于印度的整体购买力较低，市场增速并不如中国那么快。印度的汽车产量为450万辆，世界排名第五。另外，韩国制造商向中国贡献大量的市场份额，其产量在2016年出现了7％的下滑。尽管如此，韩国一线汽车制造商依旧扩大了其在亚洲的市场份额，单这部分就占据了韩国汽车出口总量的62％。而日本不得不面对另一轮轻微的生产低迷。
激光器在中国的应用如今也已很成熟，特别是在“白身车”部分。与国内汽车制造商合作的海外合资企业也帮助加快激光工艺的引进。在“白身车”这块，日本越来越多的传统工艺也被激光加工所取代。观察者预计在铝焊接应用中使用激光加工的增长尤其明显。
同时，当地的资金和激励计划正在推动这一增长，旨在减轻轻量化和电动出行方式背景下汽车的重量。随着汽车车身制造中典型的切割、焊接和打标应用，电动化趋势越来越多地主宰着激光应用在汽车行业的发展速度。电池制造商尤其成为激光光源的重要消费者，去年的投资也大幅增加。这些激光器涵盖广泛的应用，包括电池、其外壳、模块化设计及其包装。1μm激光器成为加工铝和铜等材料的理想工具。此外，高度动态的振镜扫描解决方案可以提高电池行业几乎所有应用的生产。
通过激光辅助加工实现汽车制造中的材料轻量化目标。（图源：Fraunhofer ILT）
对于一级制造商来说，喷射喷嘴的焊接和气囊材料的切割等应用越来越重要。亚洲的汽车制造商也对玻璃切割等最新应用愈发感兴趣。
● 医疗工程行业
在亚洲许多地区，对医疗设备和植入物的强烈需求，再加上政府的支持，为激光应用创造了很大的空间。
在医疗器械工程中，使用从紫外到中红外范围的不同激光技术。对于给定的材料使用正确的波长确保了有效的操作和良好的产能特性。根据精度要求，可以使用短脉冲纳秒激光器或（超短脉冲）皮秒激光器。超短脉冲减小加热区域的尺寸，而结合冷加工工艺，继而成为精度最高的技术。该方法用于高要求的应用领域，如支架生产。
在支架领域，还不断面临着国家价格法规的制约，就如同近来在印度发生的那样。在那里，政府设定支架价格，以规范医疗工程产品的成本。因此，美国和其他地方的供应商已经从印度市场撤出支架。对于激光制造商来说，这既带来了机遇，也伴有些不确定因素。
随着使用激光器来制造医疗设备，激光打标或刻字功能也正进一步增长。通过改变材料的颜色 ，并结合金属退火、碳化或用塑料发泡等手段，可以产生无腐蚀的标记，而不需使用毛刺来对表面做改性处理，并且不需要引入额外的材料。激光打标的形式和内容几乎没有技术上的限制，无论涉及植入物，或是医疗设备的打标。即使仅具有数μm高度的字符的微细打标也是可能的。
● 显示器
亚洲无疑是使用激光器生产显示器的热点地区。高分辨率的趋势持续保持，不仅包括移动设备（如智能手机和平板电脑），同时还涉及大型电视屏。显示技术快速发展，AMOLED（有源矩阵有机发光二极管）显示器具有极高的分辨率和非常宽的色谱特征，正逐渐攻占市场，特别是在移动领域。 OLED屏幕的物理尺寸和形状及其使用柔性基板的能力正在扩大应用领域。这反过来又对新的加工方法和基于激光的相应机械设备产生了强烈需求。随着移动显示器中的LCD向柔性OLED技术转换，大型显示器产业也正在进行大量的新投资。
非常高分辨率的系统，如超高清UHD（3840 x 2160像素）正在主导市场并提高精度要求。更大的屏幕对角线的趋势需要较大的基板。未来将标志着移动显示器的技术变革以及电视屏幕采用极高分辨率的趋势。 2017和2018年期间，预计新生产机械的投资额将高达170亿欧元，比2016年增长约30％。此外，OLED技术的投资在2017年继续扩大，预计会增长50％。连同OLED电视屏幕，移动显示器在其中将占据最大的份额。预期激光光源和设备的相应需求也会保持坚挺。
在显示器的生产中，大多数激光工艺已得到采用：制造特征体现在处理具有薄层（50-500nm）的大面积区域，同时提高精度要求。在这种情况下，激光在许多处理步骤中是必不可少的。其中，某些工艺允许激光在最大程度上显示其在精度和选择性方面的优势。这种“启动器”包括具有高功率UV激光输出的准分子激光退火工艺，玻璃和塑料基板的极高精度切割以及激光剥离工艺。
● 其它不同的行业
如一开始就已提到的，亚洲其他的核心市场在纺织和包装行业，半导体和微电子行业或太阳能技术等市场持续呈现积极的增长势头。激光加工的重要性与制造商希望生产出体积越来越小，功能更强大，更可靠的设备的愿景不谋而合。基于其波长越来越短，功率和可靠性越来越高，激光器的可行性也在不断扩大。
最后同样重要的是，亚太地区的增材制造（SLM / SLS）业务也在大幅增长—特别是日本、韩国和中国的制造商。
二极管激光技术在美国的应用情况
◆二极管激光光源的发展趋势
● 二极管激光光源是于20年前首次在德国慕尼黑举行的“慕尼黑国际应用激光、光电技术贸易博览会(LASER-World of Photonics) ”上作为最大功率为2kW的非光纤耦合系统展出的。当时很少有激光专家能够预见到，二极管激光技术的发展会如此迅速并且发展得如此之好。
● 当前，二极管激光光源的全球市场份额约为1.7亿欧元，已占据全球激光市场总额的两位数份额。
● 2016年，二极管激光光源设法呈现出不同于CO2和固体激光器的发展趋势，并且以接近光纤激光器的速度增长着。
● 目前市场上可提供高达60kW功率输出范围的二极管激光器。功率的增加也伴随着光束质量的改善。这里主要观察到两个趋势：
-光束质量为 4-8mm mrad ，以及功率范围介于3-4kW 的直接二极管激光器重点关注“切割”功能。
-光束质量得到改进（30-100mm mrad），以及功率范围介于4-20kW的直接二极管激光器重点关注以下应用：金属3D打印（增材制造）、涂层、硬焊和热处理。
● 在许多地区，焊接产业部门如今由光纤激光器引领。然而，用户愈发意识到，与这种已经得到认可的激光器相比，二极管激光器也非常有吸引力，并且是焊接应用的理想激光光源。在焊接领域，二极管激光器正呈现大幅的增长势头。
● 尽管直接二极管激光器趋向于为一种利基产品，但由于市场上的激光企业在其加工流程中越来越多地尝试使用二极管激光器，产品日益增长的吸引力是显而易见的。
● 此外，集成商和系统安装及设备供应商正在为二极管激光器提供越来越多的解决方案。除了技术应用方面的优势，这类激光光源易于集成、低成本和高可靠性等特点也成为其认可度不断增长的重要因素。
● 多年来，二极管激光器始终无法实现CO2和固态激光器的光束质量。因此，二极管激光器的应用开发主要跳出了这两种激光光源以外的领域。这也解释了为什么二极管激光器在早年就已经引入了经过改良的光束整形概念，如均质化的矩形、方形、线性和其他几何形状。在这方面，二极管激光器处于领先地位。许多新的多光斑解决方案都是基于二极管激光器，例如用于汽车行业的热镀锌钢板的三光斑激光钎焊技术。
◆激光器及激光技术在美国的整体应用和市场趋势
2016年，美国的激光市场保持稳定的个位数增长。其原因是高功率光纤激光器强劲的销量、准分子激光器持续增长的销量、用于飞机发动机部件的增材制造应用的激光器销量的增长，以及超短脉冲(USP)激光器在微加工应用领域的销量大幅增加。此外，工业激光器是自动化材料处理系统的重要组成部分，并且也是符合工业4.0理念的激光光源。
北美激光市场正受到来自能源、航空航天和医疗工业部门强劲需求的推动。在美国市场上，以下行业在2016年经历了变化：
● 汽车行业
车身制造中的铝焊接、远程焊接、钎焊和切割应用持续增长。越来越多的激光手段和新型材料正被广泛应用于美国的汽车行业：例如，高强度不锈钢（HSSS）、新材料和碳纤维增强塑料（CFRP）的硬化/软化工艺。由于油价下跌，许多美国汽车制造商正在停止生产小型汽车，而将重点转移到多用途车辆（卡车，皮卡等）上。
就美国的小型汽车生产而言，这意味着一些生产线已迁至墨西哥，或甚至已经停产。就输出功率超过1kW的高功率二极管激光器而言，它已经为车身制造中的某些钎焊和焊接应用创造了利基市场。这与高功率二极管激光器较高的电效率、紧凑性以及其与生产中使用的加工材料所形成的兼容性息息相关。
● 工具和模具制造业
多千瓦功率范围的激光系统的另一个重要应用领域是工具和模具制造。各种大面积的表面处理应用需要越来越高的激光输出。高性能的激光器被广泛用于涂层、修补焊接或用于除漆等用途。
● 增材制造或3D打印
2016年，美国成为迄今为止全球最大的3D打印市场。美国在全球增材制造工艺领域占据的市场份额约为70％左右。作为航空航天行业许多公司生产过程中的重要组成部分，增材制造技术已经成为不可或缺的元素。这一点对于汽车行业和其他产业版块也同样如此。
此外，很多初创企业、大学和科研机构目前也正在积极地研究增材制造和3D打印技术的深入应用。这些研究项目正受到国家资助。越来越多的公司正在采用增材制造机器和设备。在美国，增材制造的发展趋势是持续使用各种新型材料，如铝、钛、镁和其他新合金材料。
该市场的另一个推动因素是新型粉床法的应用以及着眼于更大零部件的自由形态的几何结构。同时，增材制造中使用金属丝材而非粉末的趋势也使该市场变得更为多元化。
● 固体激光器的切割应用
在美国，光纤激光器和碟片激光器在很多工业应用领域持续取代了CO2激光器。目前，大多数的新型激光系统都配置了固体激光器。然而，CO2激光系统的某些利基应用依然存在。
2016年德国激光材料加工版块业绩概述：替代型工艺下滑迹象明显
2016年，德国地区与VDMA激光工作委员会相关的公司共生产的各类激光辅助制造系统（配置CO2、固态和二极管激光器）总额达8.78亿欧元，与上一年相比下降近9％（上一年有12％的增长）。所有设备中，CO2激光系统版块大幅下滑。同时，切割应用中使用的固态激光器正在抑制这种替代工艺：产品的前景必须基于特定的应用基础来判断。
2016年，德国地区激光相关产品的产值为4.68亿欧元，比上年下降7％（2015年涨幅为1％），订单总额为4.81亿欧元，比2015年下降2％。这其中包括用于直接应用领域的CO2激光器、固体激光器和半导体激光器等。随着激光加工系统的不断演变，不难看出，CO2激光产品的产量有所下滑，并且持续被其它类型的激光光源所替代。
这个产量也包括由VDMA激光加工委员会下属的会员企业所贡献的各种激光二极管材料以及准分子激光器等产品的产值，2016年共计达到了2.72亿欧元（同比增长5％，而上一年的增幅为11％）。当前，准分子激光器是打造微观结构，以及实验室和医疗工程项目的首选激光器。
国内外订单对总订单量的贡献使总销售额呈现出略微受限的发展趋势，主要表现在国内订单业务下滑了6%。而订单价值几乎翻了一番的国外订单量占订单总额的66%，且国外需求的涨幅为1%。
2016年，德国出口的各类激光光源产品的总额为3.2亿欧元，降幅为7%（2015年的增幅达到11%）。产值的比重上升到目前69％的水平。非常引人注目的一点是亚洲市场的极大渗透力，其份额占据总出口额的54％（2015年为49%）。相比之下，欧洲和美国地区所占据的出口份额分别为33%和10%。
欧洲各国市场走势概述
◆德国
就激光技术而言，德国是所有相关技术领域渗透率最高的市场。其需求水平仍然处于高位，但由于竞争激烈，各种激光光源（光纤激光器、碟片激光器和二极管激光器）的价格压力继续增加。因此，预期将会有适度增长，尤其是增材制造、微加工领域的短脉冲和超短脉冲激光器，以及新产品和光学解决方案的引入。
◆英国
英国退欧（BREXIT）对该国业务产生的主要影响是英镑对欧元汇率下降了15％。虽然产品价格有所上涨，但出于此原因，一些客户比原定计划更早就做出了投资决策。这继而又导致了订单的意外增加。英国临时性的低价出口对于某些公司来说是有益的，例如捷豹路虎。航空航天、汽车和医疗工程是目前规模最大以及相对稳定的激光技术投资行业。
在爱尔兰，医疗工程行业持续呈现增长潜力。目前，爱尔兰约有200家医疗工程公司（包括从事药品制造和包装业务）。这些公司的雇员总数为2.5万人，年出口货物总值为72亿欧元。
◆意大利
机械制造和自动化技术是该国激光光源的关键市场。当前激光系统的投资环境非常好，特别在资金激励的支持下。预计销售额在当前和未来的一年内将持续保持在稳定的高水平。
◆法国
在法国，延期至2017年3月实施的“工业激励计划”将帮助打造稳定的投资环境。然而，激光材料加工领域的投资主要流向研发设施，而非生产作业。此外，法国激光制造业的一个重要且稳定的增长市场仍然是航空航天产业。
◆斯堪的纳维亚
石油的低价格对挪威的经济形势产生重大影响。就汽车行业看，乘用车领域呈现上升趋势。丹麦是全球高薪国之一，这主要归因于该国对自动化生产解决方案的高需求。
◆东欧
今年，东欧市场将依旧保持积极的走势。东欧激光技术的主要增长动力来自汽车产业。此外，预计增材制造领域也会呈现新的发展势头。
前景，机遇和负面影响
总体来看，未来激光产业将呈现如下几大核心发展趋势：
◆趋势1：激光技术领域受到了一股“技术热”的推动。特别是在超短脉冲(USP)激光器和柔性系统领域。USP激光光源在工业应用中越来越高的接受度以及其从研发向商业应用的转变是显而易见的。
◆趋势2：从CO2激光器延伸到变频USP激光器等在内的各种激光光源仍然维持原样，且规模趋向于不断扩大。
◆趋势3：增材制造正在向批量生产持续演变。
◆趋势4：商品投资的订单量稳定。除了几个例外（英国，比利时等），经济形势正在复苏或显著扩张。在东欧，来自土耳其和俄罗斯的订单量（由于持续制裁）已经有所减少。
