伴隨英國退歐、世界各地的恐怖襲擊事件、中國推遲重組、跨太平洋伙伴關(guān)系協(xié)定(TPP) 再議以及美國總統(tǒng)選舉結(jié)果等一系列事件,全球制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長前景持續(xù)呈疲軟態(tài)勢,繼而為各行各業(yè)的發(fā)展帶來了更高的不確定性。
傳統(tǒng)上看,工業(yè)激光器的收入一直與機(jī)床行業(yè)的增長曲線保持同步,直到2008-2009年全球經(jīng)濟(jì)衰退開始恢復(fù)。之后,在對(duì)高功率光纖激光鈑金切割機(jī)以及大量使用超快脈沖(UFP)固體激光器加工的智能手機(jī)組件強(qiáng)勁的購買需求的推動(dòng)下,工業(yè)激光器行業(yè)迅速從經(jīng)濟(jì)衰退中復(fù)蘇過來,年收入也發(fā)生了實(shí)質(zhì)性增長。
過去兩年內(nèi),工業(yè)激光器市場的表現(xiàn)優(yōu)于機(jī)床部門,年收入實(shí)現(xiàn)了個(gè)位數(shù)的穩(wěn)定增長。本篇報(bào)告將再次顯示這一強(qiáng)勁的增長,這與全球機(jī)床行業(yè)報(bào)告的溫和增長背道而馳。有堅(jiān)實(shí)的理由可支撐這一論斷:大功率光纖激光器的銷量實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)的增長、使用準(zhǔn)分子激光器加工的新型智能手機(jī)顯示器激增、激光增材制造技術(shù)在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件中的應(yīng)用持續(xù)擴(kuò)張,以及超快脈沖激光器在激光微細(xì)加工中的使用顯著增長等等,這些都是典型例子。
工業(yè)激光器是自動(dòng)化材料處理系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。隨著制造業(yè)越來趨向工業(yè)4.0,從集中式制造轉(zhuǎn)向分散式制造,生產(chǎn)方式因而需要自動(dòng)適應(yīng)起伏多變的供應(yīng)鏈需求。如今,與互聯(lián)網(wǎng)連通的傳感器和計(jì)算機(jī)控制的最先進(jìn)的加工設(shè)備正得到廣泛應(yīng)用,而激光器,就其本身的性質(zhì)而言,將成為合適的能量源選擇方案。
激光器市場概述
2016年的市場報(bào)告在很大程度上受到激光微加工領(lǐng)域收入增長所帶來的積極影響。例如,使用多晶硅作為薄膜晶體管材料能夠制造出外觀更好、速度更快以及功率更低的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器。將非晶硅轉(zhuǎn)化為多晶形式的最有效方式是通過使用基于準(zhǔn)分子激光器的低溫多晶硅退火工藝。美國相干公司(位于加利福尼亞州的圣克拉拉)已經(jīng)收到大量使用其開發(fā)的準(zhǔn)分子激光器加工產(chǎn)品的訂單,交貨期甚至已排到了2018年。這些激光器的不少交貨任務(wù)已于2016年完成,由此推動(dòng)了微加工部門實(shí)現(xiàn)了兩位數(shù)的收入增長。此外,在“其它”類別中,應(yīng)用于快速發(fā)展的增材制造領(lǐng)域的高功率激光器也實(shí)現(xiàn)了一定的增長率。
如表1所示:2016年,工業(yè)激光器市場的銷售總收入比2015年修正后的總收入增長10.2%。2016年收入增長率的明顯變化是CO2激光器的收入下降4%,反映出低功率產(chǎn)品的價(jià)格下跌,以及上文解釋到的因市場經(jīng)濟(jì)原因造成的用于鈑金切割的高功率CO2激光器的訂單量略有下滑。
表1:工業(yè)激光器市場的銷售收入(貨幣單位:百萬美元)
光纖激光器在2015 年努力實(shí)現(xiàn)了十億美元的水平,并且在2016年延續(xù)了強(qiáng)勁的雙位數(shù)增長。光纖激光器不斷侵蝕其他激光器的市場份額,特別是用于鈑金切割的大功率CO2激光器。在2016年下半年舉行的兩個(gè)規(guī)模最大的金屬加工展(德國的EuroBlech和美國的Fabtech)上,展出的數(shù)十臺(tái)高功率激光切割機(jī)中,只有一臺(tái)是由CO2激光器驅(qū)動(dòng)的,而上一年,則有數(shù)臺(tái)大功率CO2激光切割機(jī)被展出。除了用戶切割非金屬材料的需求,與銷量激增的光纖激光器相比,售出的CO2激光切割機(jī)少之又少。如今,潛在的買家可以從全球60家供應(yīng)商處購買到輸出功率介于2kW 到12kW 的光纖激光平板切割機(jī)。在8kW到12kW的功率區(qū)間,光纖激光器的切割質(zhì)量能媲美CO2 激光器,但切割速度卻更快。
表2清晰顯示了2016年用于硅退火應(yīng)用的高功率準(zhǔn)分子激光器對(duì)微加工領(lǐng)域的收入造成的影響。同時(shí),激光打標(biāo)應(yīng)用的收入有所下滑,因?yàn)楦偁幍募觿?duì)產(chǎn)品的單位售價(jià)產(chǎn)生了壓力,而單位銷售持續(xù)強(qiáng)勁,這一趨勢在2017 也將保持不變。
表2:按應(yīng)用分類的激光器銷售收入(貨幣單位:百萬美元)
2016年,雖然高功率激光應(yīng)用的收入在材料加工板塊依然保持最高份額(47%),但卻逐漸受到微細(xì)加工帶來的挑戰(zhàn)(份額為35%),這主要?dú)w因于激光退火領(lǐng)域的準(zhǔn)分子激光器的收入總額超過預(yù)期的1.9 億美元。
激光打標(biāo)市場空間廣闊
近年來,激光打標(biāo)(其中包括雕刻應(yīng)用)市場的銷售逐年遞增。年復(fù)一年,無論經(jīng)濟(jì)狀態(tài)如何,該產(chǎn)業(yè)部門始終保持增長態(tài)勢,這是因?yàn)榇驑?biāo)是一個(gè)隨處可見的工藝,它幾乎已成為類似于復(fù)印機(jī)的一種商品。和打印機(jī)一樣,隨著越來越多的公司在全球范圍內(nèi)提供激光打標(biāo)設(shè)備,產(chǎn)品的單價(jià)也逐年下降。多年來,單位產(chǎn)品銷量繼續(xù)增長,如經(jīng)過激光打標(biāo)的雞蛋便有望獲得更好的售價(jià)。
表3:用于打標(biāo)領(lǐng)域的激光器銷售收入(貨幣單位:百萬美元)
用于打標(biāo)/ 雕刻的CO2激光器的收入面臨了新一波的競爭壓力,從而導(dǎo)致單價(jià)下降。同時(shí),用于這些應(yīng)用領(lǐng)域的低功率光纖激光器對(duì)CO2 激光器和固體激光器的銷售產(chǎn)生了影響,從而使這兩類激光器產(chǎn)品在2016年的營收比率出現(xiàn)了負(fù)值。
去年,ILS雜志有發(fā)布過數(shù)篇關(guān)于激光打標(biāo)的專題文章,有些文章涉及高反材料的打標(biāo),而有些則介紹了用于各種難加工材料的超快脈沖(UFP)/ 紫外(UV)激光打標(biāo)技術(shù)。這些新型激光打標(biāo)工藝為打標(biāo)市場的持續(xù)增長提供了廣闊的空間。
激光微加工市場
2016年激光微加工市場的收入(表4)增長了23.5%,其中,有一個(gè)增幅巨大(102.8%)的板塊主要?dú)w因于上述提及的用于OLED 顯示器退火工藝的準(zhǔn)分子激光器的應(yīng)用不斷提升。
表4:用于微加工市場的激光器銷售收入(貨幣單位:百萬美元)
除去激光退火應(yīng)用的微加工在本報(bào)告中提及的三個(gè)工業(yè)激光板塊顯示出最快的增長速度。2016年,固態(tài)激光器的收入負(fù)增長是由于2015 年修訂后的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的偏差。該產(chǎn)業(yè)部門是由上百種為大量應(yīng)用領(lǐng)域服務(wù)的工業(yè)激光器所組成的,這些激光器合力擴(kuò)大了收入水平,但激光退火工藝缺少一種“絕殺”型應(yīng)用——例如鈑金切割能夠?yàn)楦吖β蕬?yīng)用所創(chuàng)造的收入。
2016年,光纖激光器的收入繼續(xù)取代CO2 激光器和長脈沖固態(tài)激光器,工藝開發(fā)師越來越多地使用新開發(fā)且展現(xiàn)出實(shí)質(zhì)性收入增長潛力的UV和2μm光纖激光器。
如果更深入地分析激光微加工工藝(表5),便會(huì)發(fā)現(xiàn)其對(duì)當(dāng)前和未來收入的影響是顯而易見的。顯示屏產(chǎn)品門類統(tǒng)計(jì)出來的105.4%的增長率是基于2016年季度報(bào)告的分析結(jié)果,顯示的是該年度準(zhǔn)分子激光退火系統(tǒng)的出貨量。由于該系列產(chǎn)品的出貨量在2017年和2018年會(huì)持續(xù)增加,它們將可能推動(dòng)這一應(yīng)用市場的銷售份額。
表5:激光微加工領(lǐng)域的銷售收入(貨幣單位:百萬美元)
隨著行業(yè)接受度的逐漸提升,以薄板下料應(yīng)用和增強(qiáng)聚合物材料的非金屬加工為首的精密金屬加工有望成為推動(dòng)收入增長的技術(shù),從而擴(kuò)大市場份額。2016年,具有“致勝”應(yīng)用潛力的增材制造技術(shù)顯示出強(qiáng)勁的兩位數(shù)增長。如前所述,用于此應(yīng)用領(lǐng)域的高功率激光器的銷售涵蓋在材料加工的“其他”類別中。此外,2016年,太陽能加工領(lǐng)域的發(fā)展較為緩慢,導(dǎo)致收入減少。
高功率激光加工市場強(qiáng)勢依舊
2016年,最大的收入來源依然是高功率激光加工業(yè)務(wù)(表6),功率超過1kw的激光器的銷售額在一個(gè)重要類別中增長了4.5%,而這一產(chǎn)業(yè)類別之前因?yàn)樾屡d國家和金磚四國經(jīng)濟(jì)受阻而經(jīng)歷了一段資本設(shè)備投資的“干旱期”。2016 年,高功率激光加工類別的收入占據(jù)所有工業(yè)激光器營收總額的47% 以上。
表6:高功率加工領(lǐng)域的激光器收入(單位:百萬美元)
在這一類別中,大量應(yīng)用于鈑金切割加工的高功率光纖激光器的增長(以替代CO2 激光器)是非常明顯的,因?yàn)楣饫w激光器的銷量增幅與CO2 激光器相比高出30%,繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。光纖激光器收入在所有高功率激光加工板塊中占據(jù)了近50% 的份額,主要因?yàn)樽罱K用戶越來越多地將這類激光器用于焊接和切割等應(yīng)用領(lǐng)域,就工藝速度和質(zhì)量來看,光纖激光器能夠媲美同等功率的CO2 激光器,但前者在營運(yùn)成本和能源效率方面卻要優(yōu)于后者。
高功率和高亮度的直接半導(dǎo)體激光器正獲得越來越大的市場份額,因?yàn)楦嗟募缮陶陂_發(fā)和引入用于釬焊、焊接和切割應(yīng)用的激光系統(tǒng)。例如,在2016 年于歐美地區(qū)舉行的一系列金屬加工展上(Euroblech, Fabtech), Mazak Optonics 公司(位于美國伊利諾伊州的埃爾金)全球首發(fā)了一款4kW 功率的創(chuàng)新型直接二極管激光切割機(jī)。其它一些系統(tǒng)集成商也推出了各類由二極管驅(qū)動(dòng)的切割機(jī)系統(tǒng),而還有一些則處于高級(jí)開發(fā)階段。目前,大功率、高光束質(zhì)量的直接二極管激光器按照同等功率的光纖激光器的溢價(jià)出售,隨著訂單的日益增長,這種情況可能會(huì)發(fā)生變化。
表7:高功率激光加工領(lǐng)域的銷售收入(貨幣單位:百萬美元)
如表7顯示,金屬切削是高功率激光加工收入的增長驅(qū)動(dòng)因素,特別是鈑金切割,2016年共售出超過7,000套相關(guān)的激光系統(tǒng)和激光器,占總收入的76%以上;而這一年,巴西等國家的固定設(shè)備投資卻明顯減少,不如預(yù)期。在這一經(jīng)濟(jì)放緩勢頭來襲后,中國的固定設(shè)備銷售額卻逆勢上揚(yáng),政府批準(zhǔn)的設(shè)備投資份額顯示出上升走勢??梢钥吹絹喼奕匀皇羌す忖k金切割的最大市場,共計(jì)38 家國內(nèi)及14家國際企業(yè)能夠提供光纖激光切割設(shè)備(系統(tǒng))。即便如此,金屬切削市場僅顯示出3.5%的適度增長。
加速的大功率激光焊接應(yīng)用,其中包括對(duì)石油管道的超高功率的光纖激光焊接,持續(xù)推動(dòng)了高功率激光加工市場的發(fā)展。此外,大功率激光器在增材制造中也獲得了越來越多的用武之地,這是因?yàn)樯a(chǎn)需求呼吁在一系列其它應(yīng)用,如熔覆和脫漆等工藝中使用功率更高的激光器。
2016年總結(jié)
2016年,由于單格下降,激光打標(biāo)業(yè)務(wù)的收入增長低于預(yù)期。高功率激光加工的收入也同樣低于預(yù)期水平,部分原因是當(dāng)時(shí)基于美國總統(tǒng)選舉的不確定性、英國退歐、固定設(shè)備投資總體放緩以及一些不利的貨幣變化等因素。另外一方面,激光微加工的收入高于去年的預(yù)測,這是根據(jù)記錄在案的用于OLED顯示屏的退火激光器的訂單數(shù)據(jù)所統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。
除了這些收入,工業(yè)激光器市場在2016年經(jīng)歷了適度增長,這是全球制造業(yè)動(dòng)蕩的一年,市場增長率為10.2%。這種逆勢表現(xiàn)主要?dú)w因于得到汽車、航空航天、能源、通信和微電子等關(guān)鍵工業(yè)部門的生產(chǎn)需求的支持,其中,激光材料加工是重要的貢獻(xiàn)者。
2017年展望
展望2017年,激光設(shè)備供應(yīng)商預(yù)計(jì)今年的市場形勢將沿襲2016年,總收入預(yù)計(jì)增長近9%。包括激光退火在內(nèi)的微細(xì)加工業(yè)務(wù)有望增長18%,而激光打標(biāo)(1% 增長率)和高功率激光加工(5% 增長率) 市場將顯示適度的增益。
CO2激光器的收入份額將會(huì)持續(xù)下降,主要因?yàn)楦吖β始す馄髟谇懈钍袌錾系姆蓊~增長??傮w上看,光纖激光器市場收入預(yù)計(jì)增長8%,而準(zhǔn)分子激光器和二極管激光器(在“其他”類別中)將會(huì)顯示出強(qiáng)勁的兩位數(shù)增長模式。
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