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2020年中国激光切割控制系统行业发展规模及行业发展趋势分析[图]

2020年03月20日 13:02:02字号:T|T

    激光设备在智能装备制造环节中必不可少,也是中国制造走向高端化、智能化的关键角色之一。相较于传统的加工设备,激光设备加工能力更强,精度更高,加工效率也提升了许多。

    激光切割是一个高度开放和完全市场化竞争的行业。目前,低功率激光器基本实现国产替代,中功率激光器市场国产化率大幅提升。高功率激光切割控制系统领域中,目前国际厂商依然占据绝对优势,主要的知名企业包括德国倍福、德国PA、西门子等,国产激光运动控制系统仅占据中国市场约10%的市场份额。

    一、激光切割控制系统

    (一)、中国激光产业未来 3 年复合增速高达 20%以上

    智研咨询发布的《2020-2026年中国工业激光产品行业发展战略规划及投资机遇分析报告》显示:激光产业下游应用种类丰富,产业总体市场规模达 1440 亿元,预计未来三年复合增速达 20%。(1) 激光产业链包括上游元器件和材料、中游激光器及设备,下游激光应用服务。 产业链下游应用服务包括激光切割、焊接、打标、钻孔、医疗、美容、显示、增材制造等,其中激光切割是激光应用中的一种, 可广泛应用于金属和非金属材料的加工中。(2)2018 年我国激光产业市场规模达1440 亿元,同比增长 22.14%。其中,激光元器件市场规模为 288 亿元,同比增长22.03%,激光应用市场规模为 547 亿元,同比增长 22.1%,激光设备市场规模为 605亿元,同比增长 22.22%。预计 2021 年总体市场规模将达到 2489 亿元,未来三年复
合增速达 20%。

    激光产业链

性爱天堂数据来源:公开资料整理

    中国激光行业市场规模(亿元)

数据来源:公开资料整理

性爱天堂    (二)、低功率切割成功经验在高功率领域的复制是未来最大驱动

性爱天堂    激光是上世纪最重要的发明之一。在过去的20年里,它在工业领域内的应用不断增长并取得了很大的成功。激光切割技术是激光加工技术的重要组成部分。激光切割机应高速、高精的要求在向数控激光切割机的方向发展。为满足新型激光切割机的要求,开发效率高、精度高的激光切割数控系统,本课题采用双振镜扫描系统加二维直线马达工作台,实现振镜扫描运动和工作台运动的结合,既提高了切割速度和精度,又解决了振镜切割范围小的难题,实现大范围加工。

    目前在中低功率激光切割控制系统领域中,柏楚电子、维宏股份、奥森迪科产生的激光运动系统合计在中国市场占有率约为90%。也就是说,这三家都随时面临着中低功率激光切割市场竞争加剧的风险。

    超快激光科研最早出现在30年前,而在2003年后科研用超快激光器逐渐增加应用,至2010年后工业用超快激光器应用逐渐得到认可,到今天为止,超快激光仍然是国内外工业激光的一个热点。

    超短脉冲激光器以皮秒、飞秒激器为代表,它的工业应用非常广泛,随着消费电子、新型显示、生物医疗、3D打印、高端装备等新应用的发展,对于激光加工精细度要求越来越高,超快激光已经成为精密加工的重要方向。国内外激光企业纷纷布局激光器、超快激光设备市场。

    1) 国产控制系统凭借着良好的产品使用性能和综合性价比,已经基本实现了进口替代,目前国产激光运动控制系统已占据中国市场的主导地位,其中业内前三家企业(柏楚电子、维宏股份、奥森迪科)市场占有率约为 90%,柏楚电子在中低功率领域的相关技术水平已达到国际领先,其生产的中低功率产品在稳定性、可靠性、精度、速度、易用性等各方面均具备明显优势:

性爱天堂    2) 而在高功率激光切割控制系统领域中, 技术要求更高,壁垒较大。 目前国际厂如德国倍福、德国 PA、西门子等依然占据绝对优势,国产激光运动控制系统仅占据约 10%的市场份额。

性爱天堂中低功率与高功率加工设备技术差异

中低功率激光加工设备技术特点及难点
高功率激光加工设备技术特点及难点
加工的板材厚度
对 10mm 以下厚度的板材进行加工,工艺较为简单
主要对 10mm 以上厚度的板材进行加工; 更高的速度和加速度;更高的实时性减少系统延时;
加工的品质
对切割断面的纹路,粗糙度,和垂直度要求较低,同时因被切割的板材较薄,断面一般品质较好
对切割断面的纹路,粗糙度,和垂直度要求较高,为实现高品质加工,控制系统需要内置多种激光加工工艺与参数
材料利用率
切割材料较为便宜,对材料的利用率要求不高。
加工材料较贵,对材料的利用率要求高。
自动化、智能化程度
不要求自动化与智能化,完成简单的平面板材切割即可。
对设备自动化和智能化程度要求较高。需要系统可以控制各类自动化外设和装置,甚至能够与工厂自动化管理软件对接
安全性
对可靠性、安全性要求较低,产品出错之后可及时更新。
对它的安全性,可靠性的要求较高。需要控制系统具有更强的抗干扰能力,更高的稳定性
成本敏感性
受众人群多,学历较低,简单易用,成本敏感性高
操作人员学历较高,学习成本较高,对成本相对不敏感
下游行业
机箱机柜,门业、杯业、五金制品,电子行业,家电厨具,广告装饰业等;
轨道机车、船舶行业、汽车行业的零部件制造,重型机械、模型制作、建筑行业等

数据来源:公开资料整理

    中低功率激光控制系统(万元/套)

数据来源:公开资料整理

    高功率激光控制系统(万元/套)

数据来源:公开资料整理

高功率项目储备情况

项目名称
高功率储备项目描述
进展
平面总线切割系统
基于 EtherCAT 的总线式激光切割系统。与板卡系统相比,增加了主机和触摸屏,采用HTML5 做前端设计,支持触摸操作。并解决了通讯实时性问题,支持更高级的运动控制算法和软 PLC,支持各类 EtherCAT 从站外设,如伺服,传感器,激光器,冷水机等,I/O 扩展模块。
研发中
智能传感器控制系统
基于 EtherCAT 总线的智能从站,与平面总线切割系统配套使用。支持温度,湿度,气压,镜片污染,激光反射,穿孔等各类传感器,实现切割过程的实时智能监控。提高切割过程的稳定性和安全性。
研发中
三维总线切管系统
基于EtherCAT的总线式三维管材切割系统,增加带RTCP的五轴联动功能,支持坡口切割功能,实现任意相贯线的加工,进一步提升产品的附加值
研发中
智能卡盘控制系统
基于EtherCAT总线的智能从站,与三维总线切管系统搭配使用。支持自动调节卡盘夹紧力,自动校正卡盘中心等功能,进一步提升管材加工的效率和精度。

性爱天堂数据来源:公开资料整理

性爱天堂    (三)、预计未来三年激光切割控制系统销量增速超过 30%

    未来三年中低功率激光切割设备需求复合增速达 17.99%,高功率需求复合增速达 38.49%。 中国制造业的快速发展,传统工业制造技术的更新升级,带动了激光切割成套设备的销售。2017 年,中低功率激光切割设备销售数量达到 22500 台,较 2016 年增长了近 60%, 2018 年受到宏观经济下行影响, 销量达到 26000 台,同比增长 15.6%; 而高功率激光切割设备销售数量 2018 年销量将增长至 6250 台,同比增长 30.2%。 综合考虑整体行业高达 20%的复合增速及中低功率、高功率的历史增速水平,预计在市场自然增长与存量更新换代下, 2019-2021 年中低功率激光切割成套设备销量分别为 31200/36816/42707 台,年复合增速 17.99%,高功率激光切割成套设备销量分别为 9100/12700/16600 台,年复合增速 38.49%。

    中低功率激光切割成套设备销量(台)

性爱天堂数据来源:公开资料整理

    高功率激光切割成套设备销量(台)

数据来源:公开资料整理

性爱天堂    三、数控激光切割技术的发展趋势

性爱天堂    未来我国的激光切割技术在发生器的选择上将会更具多样性,发生器的动力供应类型更加多样化,能量输出更加稳定,结构具有一定的特色,激光器切割机的使用费用将会显着降低,对人体的伤害也会显着减少。

    数控激光切割技术应用领域不断增多,我国三维立体切割、自动聚焦和恒光路技术逐渐成熟,使用机载激光器通过移动光束对大幅面厚板材进行激光切割的技术操作也将逐步完善。

    (一) 、 数控激光切割技术的内涵分析

    从整体上来说,激光切割的工作原理是使用反射镜处理激光束对被割材料进行处理。激光器对反射镜的特定位置发射激光束,经过反射镜折射之后,由一个特殊透镜对激光束进行聚拢对焦处理。

    在激光切割的过程中,辅助气体由喷嘴喷出加入到激光对焦光束中,最终形成了蕴含较强能量的切割工具。激光切割的功率大小受到喷嘴移动速度的影响,被割材料上的切割处理需要参考机床平台的运动轨迹来实现。数控激光切割主要用来切割金属,除了切割这种高硬度的物质,不同的激光技术能够完成三维切割、皮革木头纸张切割和玻璃陶瓷类切割等,使用激光直写技术还能够完成医学治疗方面的操作活动。

性爱天堂    在激光切割质量系统控制中,技术人员应该合理调整不同聚焦透镜的位置,使用多轴运动控制卡,对滤光片与 CCD 光束运动轨迹进行控制。在数控激光控制活动中,技术人员应该根据数控系统中可承受加工板材尺寸的参数,合理调整激光束运动的定位速度(X/Y 轴)。根据有效切割长度确定最大加工速度,在激光束的方向处理上,将切割的定位精度误

性爱天堂    (二) 、 数控激光切割技术的发展趋势介绍

    激光切割技术的应用比较广泛,它是我国数控机床生产中的一种精密技术,它有多种不同的模式和属性。不同的激光种类工作模式不同,激光功率和光束偏振的差异,决定了激光在切割过程中具有不同的模式稳定性。

    激光加工新技术中主要有激光三维刻蚀、激光微结构制造、激光 -SPM 复合加工和准分子掩膜刻蚀等。我国工业加工和生产领域对于数控激光技术比较重视,技术研发人员应该认真分析数控激光切割技术的特征与应用现状,对数控切割的技术应用模式进行优化。我国数控激光切割技术将会向高速度和多自由度的方向发展,由于近年来国内高功率数控激光切割机市场增长趋势明显,工业制造领域对于激光切割机的需求总量不断上升。

    为了迎合市场需求的发展,国内数控激光机器生产与制造领域,将会出现高速高精激光切割机、三维立体激光切割机、大幅面厚板材激光切割机以及其他专用激光切割机设备等。激光切割机的切割能力逐渐增强,切割技术的适应性和自由度也会不断增加。横向激光切割机使用龙门移动光路处理技术,在切割的同时完成等离子云检测等作业。新型的 2.5D 和 3D 激光切割机带有双激光器的切割系统能够满足工业制造领域中的高速切割要求,满足对高难度零件进行加工的需求。使用光纤激光切割机设备还能够对高硬度的材料进行切割,并且切割之后的创面比较整齐,利于后期的涂装加工作业。

性爱天堂    (三) 、 我国数控激光切割技术的应用分析

    1、 数控激光切割技术的通用标准分析

性爱天堂    目前我国激光切割机的行业参数通用标准,主要为德国激光切割机等。数控激光切割技术的发展趋势向耗能量最省的方向发展,并且可供激光器运转的工作气体种类适应性更强。目前数控激光技术领域中常见的两种激光切割机为 SLAB-D025 激光器(2500W)和轴快流激光器(3000W),这两种激光切割技术代表了当前工业生产领域的主流发展内容。

性爱天堂    SLAB-D025 激光器的结构原理为板式放电、扩散冷却,它没有固定的气体流动装置,气体无需流动,因此无气体动力装置。这种激光器的光束特性为 TEM00 模式,光束的发散角为 0.15mrad, 激光器输出窗口镜片寿命为 40000 小时左右,脉冲频率为5000HZ,且仅有门脉冲功能。SLAB-D025 激光切割机的工作气体种类较多,主要为一氧化碳、氦气、氮气、二氧化碳等,这种切割机还可以使用德国专用的混合气体,混合气体的一氧化碳总量为 6%,其他气体为 94%。

    这种激光切割机的耗气量最省,仅为 0.2L/H。而当前另一款主流的激光切割机为轴快流的机器设备,它的结构原理为快速轴流放电的运动特征,涡轮机为气体流动东西装置。这种激光切割机的耗气量比较大,高达 35L/H,但是它的切割效率最高。轴快流数控激光切割机的脉冲频率可以调节,具有超脉冲、特超脉冲的多种功能,可以输出 2.5 倍的额定功率。(即 3000W 的激光器可以输出 7500W 的功率),及其的穿孔能力和切割能力都比较强。

性爱天堂    2、 我国激光切割技术的发展展望分析

性爱天堂    我国目前已经能够独立生产数控切割机,并且使用二氧化碳和光纤作为激光器的发生器,可以使用搭载式龙门激光切割,不会受到光路衰减的限制,其主要优势为切割中厚板材。

性爱天堂    激光切割技术的新市场朝着超高精度作业领域发展,激光切割的切口宽窄度和切口表面粗糙度等控制精度更高。激光切割市场处理材料的类型更加广泛,材料切割市场中新的发展领域将会进入到纺织机械、粮食机械、医疗机械、灯具装饰、包装业、船舶、汽车、航空和钢铁工业等领域。激光加工开发新市场包括激光数控车床加工设备市场,进入应用领域主要包括磨具、器件、机械、船舶、汽车、航空和钢铁工业等领域。

性爱天堂    采用运动控制器进行轴 I 伺服控制和轴 N 伺服控制,调节 I/O 输入与输出的方向,确保被割材料的切割表面更加平滑,降低激光切割中造成的边角毛料磨损现象。根据数控系统的硬件结构,进行控制系统的简化审计,使用主板(PC 总线)实现对于整个激光处理系统的控制。在激光切割技术的发展中,重点对软件控制板块功能实现进行优化升级。

性爱天堂    (四)、结语

    我国数控激光切割技术将朝着新的领域发展,工业生产对于激光处理类研发产品的需求,要求技术人员不断开发新的市场。为了提升数控激光切割技术的工作效率,技术人员应该对数控激光系统的控制板块进行优化。其中,数控激光切割的系统管理模块中,技术人员应该做好系统数据库管理工作。根据标准工艺库管理标准,对激光切割模式进行实时监督检测,按照常用加工方法的要求进行现行加工工艺参数的检测,并且对比行业工艺标准参数进行分析,对不合理的工艺编制信息进行修改。 

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