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光纤激光切割机的功率发展趋势与展望

2020-08-05 11:37
来源: 特域机电

光纤激光器推动行业革命

光纤激光器在过去十年的大发展是激光产业最具革命性的技术突破,在中国市场发展尤其迅猛。从较早期的脉冲光纤激光打标快速席卷标刻市场,到2014年后光纤激光应用于金属切割快速放量。光纤激光器的能力在工业加工应用大放异彩,目前已成为工业激光器的最主要类型,全球范围内占比超过55%,在各方面的应用也十分广泛。激光焊接激光切割、激光打标和激光清洗等激光加工技术,合力推动了整个激光行业市场的发展。

中国是全球最为重要的光纤激光器市场,目前市场销售额约为全球的60%。装机数量在全球也是首屈一指,脉冲式光纤激光器装机早已超过20万台,而连续激光器的装机也近3万台。有如IPG,nLight,SPI等外国主要厂商均把中国视为最重要市场,而且事实上他们在中国市场销售约占其公司业绩近4成。

光纤激光装备功率提升竞赛和发展路径

据了解,激光加工呈现高功率发展的趋势也十分明显,不断探索着切割厚度的极限。数据显示,光纤激光器成为切割应用的主流以来市场整体的装机平均功率逐年提高。

2014年,激光切割应用成为主流。当年的500W功率激光器迅速成为市场宠儿。随后迅速演变成千瓦功率至1500W。

在2016年以前,全球主要的激光设备厂商都认为6KW已经能够解决绝大部分的切割需求。但下半年大族激光率先推出8KW激光切割机,拉开了激光装备功率提升的竞赛。

2017年,万瓦激光切割机横空出世,中国光纤激光切割机市场开始迈向万瓦时代,甚至随后的2万瓦、3万瓦激光器也应运而生,国内外激光器厂商不断推出更高功率的光纤激光器,就像一场赛跑一样。究竟是激光加工需求推动了激光器功率,还是激光器功率提升推动了超高功率激光装备,已经难以说得清。

市场的选择和理性思考

这一轮的激光切割装备功率比拼里,中国的厂商明显是引领全球的,甚至早于外国巨头。直到2019年上海某展会上,主要的切割装备企业还在争先恐后推出20KW,甚至宣称拥有30KW的设备,似乎有点一股脑热沉迷于功率追逐里。

毫不否认,以国内品牌锐科、创鑫、杰普特、飞博、国志等企业不断推出万瓦级以上光纤激光器,国外的IPG,nLight和SPI也在推进,为光纤激光器的发展做出了重要贡献,也为激光加工打开了更多的应用空间和可能性。也不否认,功率的增加会带来更高的加工效率。对于同样厚度的金属板,以目前超高功率最受欢迎的12KW激光切割机,其加工速度效率几乎是6KW的两倍。随着高功率光纤激光性能效率不断提高,促使激光加工效率大幅提升,或将为未来的大规模生产制造通用化工具。

然而我们必须看到,在厚度超过40毫米的金属材料,大多出现在高端装备、大型构件,以及特殊领域、特殊应用场合。生活中、工业制造中的绝大多数常见产品,其激光加工需求在20毫米以内,这恰恰是2000至6000瓦激光器的范围。一方面我们看到外国企业如通快、百超、三菱、天田、马扎克等均没有刻意追求渲染万瓦级的切割装备,而是专注于根据用户加工情况推荐合适的功率。另一方面我们也看到了用户逐渐变得理性,市场的选择逐渐显示万瓦级以上的切割装备出货量增长并未达到预期,反而是中高功率2KW至6KW快速上升。

激光器厂商仍然在努力提高光源功率,但是具有这个功率能力不代表就是市场能形成批量,另外光学器件和配套集成产品的功率承载能否跟进也是一大问题。另外,提升加工速度不是要一味的提高功率,还要从集成的机床、控制系统、运动台、全机身设计等机械因素下功夫。用户非常清楚自己的产品和加工需求,他们最终会理性选择符合自身应用的功率段,他们最看重的其实是高功率机器的稳定性,持续加工的能力。

如今,激光加工功率已经形成了金字塔式的分层,在金字塔顶端,超高功率部分10KW以上占少数,其功率水平也将越来越高。而中高功率部分2KW至8KW是目前发展最快的领域。底部应用属于2KW以下的切割市场。回归到实际应用,超高功率批量并不大,在真正的应用层面,2000-6000瓦的用量正在快速回归。

这种金字塔结构并非一成不变,笔者预估,未来五年左右时间内,国内激光切割市场结构将向“两头小,中间大”转变。因为目前中小功率连续激光器已经很便宜了,出于采购成本的考虑,3KW、4KW的设备要蚕食1KW或者1.5KW是很容易的事情,但是12KW以上要蚕食3KW、4KW以及6KW都不是那么容易推进。

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特域提前布局未来中高功率激光市场

激光行业是一个具有明显全球化特征的行业。2020年新冠肺炎疫情的肆虐,让不少激光企业的订单遭遇滑铁卢。随之伴来的一个现象是,疫情对用户投资信心造成打击,人们的投资趋于保守,出厂激光设备的平均功率下降非常快。

然而进入四月份,我国疫情基本消退,各行业得到快速复苏,加上国家各项政策扶持力度加大,激光的制造需求迅速回升。在中高功率应用,2000至6000瓦仍然是最值得关注的。原因主要在于,这个功率段可以满足大多数加工需求,在市场中已形成成熟完整的产业链,在通用化应用场景中性价比较高。因此可以预见,未来几年里,中高功率市场容量是最大的。

广州特域机电有限公司作为国内领先的激光冷却设备供应商,针对连续光纤激光器应用的发展趋势,自主研发了相应的冷水机系列CWFL,从500瓦到万瓦级的设备应用均能够配套。

以其自主研发的CWFL-6000双温激光冷水机为例,专门为6000瓦高功率激光器定制,具备两个独立的温控系统,可独立冷却激光器和切割头,温控精度达±1°C,支持ModBus-485通讯,具有多种故障和警报功能,并开启实时监控,多重保障,为激光器使用寿命护航,同时很好地保证了加工效果和稳定性。特域机电倾力为国内激光制造提供良好的冷却设备,致力于与同行为我国激光产业发展做更多的贡献。

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