Рынок лазерных технологий и успех волоконных лазеров.

Дата публикации: 28/03/2008
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Волоконные лазеры производства IPG Photonics сегодня демонстрируют почти в три раза более высокую эффективность резки по сравнению с СО2 – лазерами … Эффективны при сверлении …
До сих пор СО2 – и твердотельные лазеры были наиболее популярными в силу отработанности технологий, технической стабильности оборудования, развитой системы поддержки и обслуживания систем.
Появление мощных волоконных лазеров подвинуло их позиции на рынке.
Пока эти лазеры остаются дорогими, но дальнейшее их развитие несомненно приведет к снижению стоимости

Эпоха лазеров началась в середине XX века…
Ранний этап становления отрасли был отмечен стремлением потребителей лазерных технологий и производителей лазерного оборудования к взаимному обогащению, чтобы максимально приблизить свою продукцию к требованиям рынка. Первый экономически значимый результат по прибыли, заметный на рынке, был достигнут примерно в 1970 году. С этого момента ежегодный экономический рост отрасли составил приблизительно 20%.

Этапы развития лазерной отрасли в мире:
• 1970 г. - прибыль отрасли около $2 млн;
• 1980-е годы - значительный рост прибыли в связи с повышением спроса на раскрой листового металла;
• середина 90-х гг. XX в. - первое внедрение систем лазерной сварки в автомобильную промышленность;
• 2005 г. - в промышленности используется около 35 000 лазерных комплексов общей стоимостью около $1,3 млрд. при этом доход от продаж промышленных систем составил $4,4 млрд.
В 2006 году мировой рынок промышленных лазеров и лазерных услуг выглядел приблизительно следующим образом:
Продано лазеров (по количеству единиц лазерного оборудования):
9% - для резки;
46% - для маркировки;
45% - для иных целей.
Доходы от продаж лазерных систем распределились следующим образом:
40% - системы для резки;
15% - системы маркировки;
45% - системы дпя иных применений.

МАРКИРОВКА И ГРАВИРОВКА
Эта часть рынка генерирует почти 15% от всего дохода рынка лазерных систем.
В 2006 году было продано и установлено почти 16 000 твердотельных и СО2 - лазерных маркеров. Пожалуй, на сегодня это наиболее сформировавшийся и зрелый рынок, хотя бы с той точки зрения, что лазерные маркеры - это продукт, наиболее полно отвечающий требованиям конечных пользователей по удобству и безопасности оборудования, по гарантийным обязательствам производителей и постгарантийной поддержке, с наиболее глубоко проработанными технологиями и программным обеспечением.

РЕЗКА
Резка листового металла - это еще один пример внедрения лазерных технологий в глобальном масштабе. И в Китае, и в Мексике, и в Канаде режут одинаковый листовой металл - инструментальную, нержавеющую сталь, алюминиевые сплавы - примерно с одними и теми же толщинами, скоростями и производительностью. Малые предприятия по оказанию лазерных услуг завоевывают рынок благодаря гибкости подходов к работе, быстрым срокам исполнения заказов и их доставкой в любую точку мира.
Поэтому неудивительно, что лазерный раскрой металла уверенно потеснил традиционные технологии, такие как плазменная и гидроабразивная резка. Мощность лазерных источников растет вместе с ростом требований к производительности раскройных установок и к толщине раскраиваемого металла.
Если в 70-х гг. мощность самых распространенных СО2 - установок составляла 500 Вт, то сегодня станки, оборудованные твердотельными и СО2 - лазерами мощностью ниже 2,5 кВт, мало востребованы.
Лидирующие производители станков ориентируются на уровни мощности 5-6 кВт.
При этом, мощные волоконные лазеры производства IPG Photonics демонстрируют почти в три раза более высокую эффективность резки по сравнению с СО2 – лазерами (волоконный лазер мощностью в 1 кВт следует сравнивать с СО2 – лазером мощностью в 3 кВт).
В остальном, на сегодняшний день технологический уровень станков лазерного раскроя металла достиг такого уровня, что производительность и качество резки у всех предприятий очень близки.
В связи с этим сильно снизились цены на услуги резки. Например, в США 4000 лазерных предприятий с трудом удерживают достаточную доходность только на этой услуге. Чтобы повысить доходность, им приходится не только увеличивать производительность за счет скорости, но и оптимизировать раскладку деталей на листах для уменьшения объема отходов, оптимизировать форму контура реза детали под лазерную резку, что позволяет увеличить скорость обхода углов, снизить количество врезок, а также уменьшить процент брака.
Российские предприятия, сталкиваясь с подобными проблемами, также решают их за счет увеличения производительности и расширения ассортимента лазерных услуг.
Фирм, занимающихся раскроем листового металла примерно в два раза больше тех, которые предоставляют услуги сварки. И во столько же раз больше тех, которые занимаются и сваркой, и резкой.
За последние два года производители лазерного оборудования совершили реальный технологический прорыв.
Например, компания Mitsubishi предлагает оборудование с таким уровнем проработки систем подачи газов и системы управления станком, благодаря которым оператор тратит лишь 15 минут на смену режущей головки для резки черного металла толщиной 14-16 мм на головку для ЗD сварки на том же станке. Аналогичные эксперименты по проведению резки и сварочных работ на одном и том же станке со сменными головами уже проводятся в России в Дубне.

СВАРКА
Около 11% твердотельных и СО2 – лазеров интегрированы в сварочные системы, применяемые в самых разных отраслях, начиная от микросварки в производстве стоматологического и хирургического инструмента и заканчивая сваркой кузовов в автомобильном производстве. Любая сварка (процесс и оборудование) ориентирована на конечный продукт.
И лазерная cварка - не исключение.
Хотя, как правило, лазерную сварку используют для новых производств, а не рассматривают в качестве возможной замены существующего сварочного оборудования. Это - одна из причин, почему лазерная сварка занимает всего 10-15% всего лазерного рынка.
Производители лазерного оборудования продолжают поиски отрасли, куда можно внедрить большое количество однотипного оборудования.
Более всего для этого подходит автомобильная промышленность, где лазеры применяются, в частности, для сварки крыши и рамы кузова. Несмотря на то, что мировая автомобильная промышленность использует для своих нужд не самое большое количество единиц лазерного сварочного оборудования, потребность в нем убывать не будет. Это связано с постоянным появлением новых автомобилей.
В список предприятий, использующих лазерную сварку, стоит также включить вагоностроительные заводы и производителей сельскохозяйственного, холодильного, химического оборудования, профессионального кухонного и ресторанного оборудования, мебели, а также рекламно-производственные компании.
Типичным примером применений твердотельных лазерных сварочных систем является сварка корпуса и подвески автомобиля или подвижного состава.

МИКРО- И НАНООБРАБОТКА
Приложения этой области относятся к операциям лазерной обработки материалов микронного масштаба. В 2005 году продажа промышленных лазеров в этом секторе отрасли составили примерно 12%, что ниже показателя предыдущего года на 15%. Это снижение носило локальный временной характер и было связано с общим спадом в мировой микроэлектронной промышленности. По прогнозам в ближайшие десятилетия ожидается резкий рост доли этого направления в мировом лазерном рынке.
Максимальную долю рынка занимают два базовых приложения лазерной микрообработки - прошивка (сверление) сквозных микроотверстий (как в металлах, так и перфорация неметаллов), резка и сверление катетеров. Потенциал первого связан с развитием микроэлектронной промышленности, а второго - с постоянным ростом государственных и частных инвестиций в развитие здравоохранения.
Другие приложения, относящиеся к микрообработке - это быстрое прототипирование и нанообработка, то есть обработка материалов с точностью выше 1 мкм. К последнему, как правило, относятся приложения, основанные на процессе лазерной абляции. Типичный продукт - элементы сопел для струйных принтеров, тонкопленочные резисторы с высокой точностью номинала, используемые для авиационных ЖК-дисплеев, фильтры с калиброванными отверстиями высокой точности для медицинских приборов, катетеров и т. д. Прошивка микроотверстий традиционно проводилась СО2 – лазерами с высоким качеством излучения, твердотельными лазерами на гармониках от основного излучения, и в ряде случаев - эскимерными лазерами. Однако, в последнее время этот рынок постепенно занимают волоконные лазеры.

СТРУКТУРА МИРОВОГО РЫНКА ПО ТИПАМ ЛАЗЕРОВ
До сих пор СО2 – и твердотельные лазеры были наиболее популярными в силу отработанности технологий, технической стабильности оборудования, развитой системы поддержки и обслуживания систем.
Но появление мощных волоконных лазеров подвинуло их позиции на рынке. Пока эти лазеры остаются дорогими, но дальнейшее развитие технологий несомненно приведет к снижению их стоимости.
Лазерные источники других типов - эксимерные и диодные - продолжают стабильно занимать небольшую долю рынка, связанную с фотолитографией и микрообработкой.
В 2006 году лазерный эксперт Дэвид Белфорте оценил долю СО2 – лазеров в 58% по количеству единиц и 52% по прибыли, при интегрировании в системы, их прибыль также составила 52% от продажи систем.
Доля твердотельных лазеров (включая волоконные) составила почти 40% по количеству и 44% по прибыли. Доля остальных лазеров составила 2% по количеству, 4% по прибыли от продажи лазеров и 2% по прибыли от продажи систем.
Мощные СО2 – лазеры демонстрируют отличные эксплуатационные показатели ($ за Ватт). Производители SLAB СО2 – лазеров добились высокого качества излучения уже для машин c мощностью ~ 6 кВт.
Интенсивное развитие мощных технологических диодных и волоконных лазеров снизило аналогичный показатель для этих лазерных источников до $40/Ватт. Это привело к оживлению интереса пользователей станков.

ДУМАЯ О ДИЗАЙНЕ, НЕ ЗАБЫВАЙ О ЛАЗЕРАХ
Как повысить эффективность внедрения лазерных технологий в промышленность?
Этот вопрос надо адресовать проектировщикам и конструкторам, работающим над дизайном следующего поколения продукции, поскольку ее себестоимость и качество на 70% закладывается на этапе проектирования. Для этого надо разработать и сделать доступной соответствующую документацию по требованиям к допускам, материалам и возможностям лазерных технологий, и еще важнее вырастить поколение специалистов, прошедших высшую школу лазерных технологий. Позитивные сдвиги в этом направлении в России уже наметились - во многих центральных и региональных технических университетах существенно возросло количество кафедр и факультетов лазерных технологий, имеющих прямые связи с промышленными предприятиями.

НАИБОЛЕЕ «ЗРЕЛЫЕ» ДЛЯ ВНЕДРЕНИЙ ПРИЛОЖЕНИЯ
Пока это все те же маркировка (гравировка), резка, сверление, сварка.
Но наблюдается повышение интереса со стороны промышленности к внедрению термоупрочнения, легирования, лазерной пайки, прототипирования и микрообработки.

Источник: «РИТМ», 2007, декабрь (30), с.50-53, WWW.RITM-MAGAZINE.RU

Статьи по теме: