對(duì)于國(guó)內(nèi)的情況來(lái)說(shuō),光纖激光器的技術(shù)與發(fā)展都比較成熟,如果使用光纖激光器可以考慮國(guó)內(nèi)的,在交期和成本上較優(yōu),如果是要選擇固體激光器,那么一般還是選擇國(guó)外的,因?yàn)閲?guó)內(nèi)的固體激光器起步比較晚,而且受制于技術(shù)所限,國(guó)內(nèi)具有規(guī)模的固體激光器制造商都比較少,往往很難找到合適的產(chǎn)品。那么固體激光器和光纖激光器有哪些不同?
一、應(yīng)用場(chǎng)景的差異
固體激光器與光纖激光器均能被應(yīng)用于打標(biāo)、切割、鉆孔、焊接及增材制造等主要激光加工領(lǐng)域,但因光纖激光器和固體激光器本身的特點(diǎn),在各細(xì)分領(lǐng)域的具體應(yīng)用場(chǎng)景存在差異:
微加工領(lǐng)域
該領(lǐng)域大部分應(yīng)用場(chǎng)景使用固體激光器,部分情況可以采用脈沖光纖激光器。固體激光器能夠通過(guò)倍頻晶體在諧振腔內(nèi)將紅外光轉(zhuǎn)換為綠光、紫外光及深紫外光等短波長(zhǎng)激光并對(duì)外輸出,更短波長(zhǎng)是微加工激光器的發(fā)展趨勢(shì),其產(chǎn)生熱效應(yīng)較低,能量利用效率高,從而能夠有效提升加工精度,實(shí)現(xiàn)超精超微加工。固體激光器憑借其短波長(zhǎng)(紫外、深紫外)、短脈寬(皮秒、飛秒)、高峰值功率的特點(diǎn)被主要應(yīng)用于非金屬材料和薄性、脆性等金屬材料的精密微加工領(lǐng)域。此外,固體激光器被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域的前沿科學(xué)研究。
宏觀加工領(lǐng)域
該領(lǐng)域主要采用光纖激光器,一般不采用固體激光器。連續(xù)光纖激光器具有高平均功率的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于厚金屬材料的切割、焊接等宏觀加工。連續(xù)激光器在宏觀加工領(lǐng)域的滲透程度較高,在該領(lǐng)域已逐漸替代傳統(tǒng)加工方式。
綜上所述:
①脈沖光纖激光器可以被用于微加工領(lǐng)域,但由于其僅能輸出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光,單脈沖能量較小,熱效應(yīng)明顯,加工精度相對(duì)較低,且部分材料無(wú)法吸收紅外光導(dǎo)致其適用范圍受限,因此脈沖光纖激光器在微加工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍有限,一般僅用于加工精度大于20微米的微加工場(chǎng)景;
②固體激光器被廣泛應(yīng)用于微加工領(lǐng)域,因?yàn)槠淇梢酝ㄟ^(guò)非線性晶體倍頻的方式將紅外光轉(zhuǎn)換輸出綠光、紫外光等多種波長(zhǎng)的光束,材料適用范圍廣,光束質(zhì)量好,單脈沖能量大,熱效應(yīng)小,能夠?qū)崿F(xiàn)“冷加工”,可以應(yīng)用于加工精度小于 20微米(加工精度可達(dá)納米級(jí))的高精度微加工場(chǎng)景,因此在微加工領(lǐng)域具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì);
③ 光纖激光器的主要品種為連續(xù)光纖激光器。連續(xù)光纖激光器憑借其高輸出功率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于加工精度在毫米級(jí)別以上的宏觀加工領(lǐng)域,如工業(yè)金屬的激光切割、焊接等,宏觀加工對(duì)激光設(shè)備的需求大,宏觀加工的市場(chǎng)容量大于微加工;
總體來(lái)說(shuō):
固體激光器,體積大,易受到外界振動(dòng)、溫度變化等因素干擾,穩(wěn)定性差,難維護(hù),且維護(hù)成本高,但輸出峰值功率可以很高,光束質(zhì)量好,性噪比高。
光纖激光器,結(jié)構(gòu)小巧,性能穩(wěn)定,不易受外界干擾,易操作、維護(hù),光束質(zhì)量差,性噪比差,峰值功率難以做高。
二、用戶不同
光纖激光器憑借其高輸出功率的特點(diǎn)主要被應(yīng)用于宏觀加工領(lǐng)域(激光宏觀加工一般指激光光束對(duì)加工對(duì)象的影響范圍為毫米級(jí)的尺寸和形狀的加工;微加工一般指精度達(dá)到微米甚至納米級(jí)的尺寸和形狀的加工);固體激光器則具有短波長(zhǎng)、窄脈寬、高峰值功率等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于微加工領(lǐng)域,導(dǎo)致固體激光器和光纖激光器的用戶存在一定差異。
固體激光器與光纖激光器應(yīng)用領(lǐng)域各有側(cè)重,各自有其應(yīng)用領(lǐng)域。二者在絕大部分領(lǐng)域不存在直接競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,在微加工領(lǐng)域重合的金屬材料加工領(lǐng)域,在金屬達(dá)到一定厚度的情況下因成本原因該領(lǐng)域一般采用傳統(tǒng)方式或光纖激光器,僅在金屬厚度薄或?qū)庸ひ蟾咔覍?duì)成本不敏感的場(chǎng)景采用固體激光器。此外,二者競(jìng)爭(zhēng)重合度低,固體激光器主要用于非金屬材料(玻璃、陶瓷、塑料、聚合物、包裝物、其他脆性材料等)加工,在金屬材料領(lǐng)域用于對(duì)精度要求高且對(duì)成本相對(duì)不敏感的場(chǎng)景。
三、市場(chǎng)占有率
我國(guó)正處于制造業(yè)從中低端制造向高端制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的過(guò)程,中低端制造占比高,宏觀加工市場(chǎng)同時(shí)覆蓋中低端制造和部分高端制造,市場(chǎng)需求大,因此,光纖激光器的市場(chǎng)容量較大。
國(guó)內(nèi)中低功率光纖激光器國(guó)產(chǎn)化程度高,國(guó)內(nèi)規(guī)?;a(chǎn)廠商眾多。根據(jù)《中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示,小功率光纖激光器已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代;中功率連續(xù)光纖激光器方面,國(guó)產(chǎn)品質(zhì)與其沒有明顯劣勢(shì),價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯,市場(chǎng)份額相當(dāng);高功率連續(xù)光纖激光器方面,國(guó)產(chǎn)品牌已實(shí)現(xiàn)部分銷售。
至于固體激光器,由于國(guó)內(nèi)發(fā)展較晚,目前還沒有以該產(chǎn)品為主要業(yè)務(wù)的上市公司,一般是購(gòu)買國(guó)外品牌。
四、固體激光器應(yīng)用領(lǐng)域劃分
1,消費(fèi)類電子產(chǎn)品
消費(fèi)電子行業(yè)對(duì)精密電子零部件的加工要求不斷提升,激光加工技術(shù)憑借其精度高、速度快、無(wú)損傷等特點(diǎn)成為該行業(yè)主要的加工手段。以固體激光器在印制電路板(PCB/FPC)的切割、鉆孔、打標(biāo)等生產(chǎn)工序均有廣闊的應(yīng)用空間,以發(fā)行人產(chǎn)品為例,中低功率納秒固體激光器可應(yīng)用于PCB 打標(biāo),中高功率納秒固體激光器和皮秒、飛秒激光器可應(yīng)用于PCB/FPC板的切割、鉆孔及PI膜的切割。
除印制電路板外,激光微加工技術(shù)還被應(yīng)用于脆性材料、金屬材料的切割、標(biāo)記、鉆孔、微焊接等領(lǐng)域。
2、3D打印
3D 打印是快速成型技術(shù)的一種,以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運(yùn)用粉末狀金屬、塑料、液態(tài)光敏樹脂等可粘合材料,通過(guò)逐層打印的方式構(gòu)造物體。。而固體激光器是液態(tài)光敏樹脂固化領(lǐng)域的行業(yè)選擇,發(fā)行人的中低功率納秒紫外激光器在該領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。
3,新能源
固體激光器在太陽(yáng)能電池片及硅片的切割和精密劃線、鋰電池材料的標(biāo)記、切割、焊接等關(guān)鍵工序上均有廣闊的應(yīng)用,以發(fā)行人產(chǎn)品為例,在光伏太陽(yáng)能領(lǐng)域中高功率納秒固體激光器和皮秒激光器可以用于太陽(yáng)能電池片及硅片的切割和精密劃線,低功率納秒紫外激光器可用于太陽(yáng)能電池片及硅片的刻槽;在新能 源汽車領(lǐng)域中低功率納秒固體激光器和皮秒激光器可應(yīng)用于鋰電池的外殼打標(biāo),中高功率納秒固體激光器和皮秒、飛秒激光器可應(yīng)用于電池材料的精密切割與焊 接。
4,5G通信
2019年被視為5G技術(shù)商用“元年”,5G技術(shù)的逐步商用化將為微加工激光行業(yè)提供廣闊的發(fā)展空間。5G網(wǎng)絡(luò)具有高速率和低延遲的特點(diǎn),對(duì)化合物半導(dǎo)體性能要求較高,手機(jī)材質(zhì)及制造工藝將為適配5G技術(shù)而發(fā)生改變,同時(shí)手機(jī)生產(chǎn)中有多個(gè)環(huán)節(jié)需應(yīng)用激光加工技術(shù),激光打標(biāo)、激光焊接、激光切割、激光打孔、激光蝕刻、激光直接成型等技術(shù)被廣泛應(yīng)用于手機(jī)制造的不同生產(chǎn)環(huán)節(jié),微加工激光技術(shù)將在5G手機(jī)制造領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。根據(jù)Canalys預(yù)計(jì),未來(lái)5年全球5G手機(jī)出貨量將達(dá)約19億部,以固體激光技術(shù)為代表的激光微加工行業(yè)將大幅受益;此外,隨著5G基站進(jìn)入密集建設(shè)期,加工精度要求更高的PCB/FPC板作為主要電子材料將呈現(xiàn)需求快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
五、光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)
光纖耦合激光器通過(guò)光纖導(dǎo)入更好的實(shí)現(xiàn)多維任意空間的生產(chǎn)和加工,通過(guò)光纖耦合激光器促使機(jī)械設(shè)計(jì)的原理更簡(jiǎn)單,能夠行之有效的簡(jiǎn)化工作生產(chǎn)的相關(guān)步驟,從而促使繁瑣的生產(chǎn)流程更簡(jiǎn)便更有條理性,保證實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程;
光纖耦合激光器經(jīng)過(guò)不斷的升級(jí)改進(jìn),功耗較低,通過(guò)調(diào)整產(chǎn)品配件組合,可以使光纖耦合激光器達(dá)到強(qiáng)勢(shì)的運(yùn)轉(zhuǎn)效果,光纖耦合激光器能夠迎合高強(qiáng)度的加工需求并改進(jìn)生產(chǎn)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)提升運(yùn)轉(zhuǎn)效率的目的。而且光纖耦合激光器還有散熱快恢復(fù)力強(qiáng)的特點(diǎn),能夠保證構(gòu)成的機(jī)器設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作下不出現(xiàn)發(fā)熱等問(wèn)題,即使是在惡劣的環(huán)境下也能運(yùn)行順暢。