2020年中國激光切割控制系統行業發展規模及行業發展趨勢分析[圖]

激光切割管小紅 2020-03-20 05:02 來源：智研咨詢

激光設備在智能裝備制造環節中必不可少，也是中國制造走向高端化、智能化的關鍵角色之一。相較于傳統的加工設備，激光設備加工能力更強，精度更高，加工效率也提升了許多。

激光切割是一個高度開放和完全市場化競爭的行業。目前，低功率激光器基本實現國產替代，中功率激光器市場國產化率大幅提升。高功率激光切割控制系統領域中，目前國際廠商依然占據絕對優勢，主要的知名企業包括德國倍福、德國PA、西門子等，國產激光運動控制系統僅占據中國市場約10%的市場份額。

一、激光切割控制系統

（一）、中國激光產業未來 3 年復合增速高達 20%以上

智研咨詢發布的《2020-2026年中國工業激光產品行業發展戰略規劃及投資機遇分析報告》顯示：激光產業下游應用種類豐富，產業總體市場規模達 1440 億元，預計未來三年復合增速達 20%。（1）激光產業鏈包括上游元器件和材料、中游激光器及設備，下游激光應用服務。產業鏈下游應用服務包括激光切割、焊接、打標、鉆孔、醫療、美容、顯示、增材制造等，其中激光切割是激光應用中的一種，可廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工中。（2）2018 年我國激光產業市場規模達1440 億元，同比增長 22.14%。其中，激光元器件市場規模為 288 億元，同比增長22.03%，激光應用市場規模為 547 億元，同比增長 22.1%，激光設備市場規模為 605億元，同比增長 22.22%。預計 2021 年總體市場規模將達到 2489 億元，未來三年復
合增速達 20%。

激光產業鏈

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中國激光行業市場規模（億元）

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（二）、低功率切割成功經驗在高功率領域的復制是未來最大驅動

激光是上世紀最重要的發明之一。在過去的20年里,它在工業領域內的應用不斷增長并取得了很大的成功。激光切割技術是激光加工技術的重要組成部分。激光切割機應高速、高精的要求在向數控激光切割機的方向發展。為滿足新型激光切割機的要求,開發效率高、精度高的激光切割數控系統,本課題采用雙振鏡掃描系統加二維直線馬達工作臺,實現振鏡掃描運動和工作臺運動的結合,既提高了切割速度和精度,又解決了振鏡切割范圍小的難題,實現大范圍加工。

目前在中低功率激光切割控制系統領域中，柏楚電子、維宏股份、奧森迪科產生的激光運動系統合計在中國市場占有率約為90%。也就是說，這三家都隨時面臨著中低功率激光切割市場競爭加劇的風險。

超快激光科研最早出現在30年前，而在2003年后科研用超快激光器逐漸增加應用，至2010年后工業用超快激光器應用逐漸得到認可，到今天為止，超快激光仍然是國內外工業激光的一個熱點。

超短脈沖激光器以皮秒、飛秒激器為代表，它的工業應用非常廣泛，隨著消費電子、新型顯示、生物醫療、3D打印、高端裝備等新應用的發展，對于激光加工精細度要求越來越高，超快激光已經成為精密加工的重要方向。國內外激光企業紛紛布局激光器、超快激光設備市場。

1）國產控制系統憑借著良好的產品使用性能和綜合性價比，已經基本實現了進口替代，目前國產激光運動控制系統已占據中國市場的主導地位，其中業內前三家企業（柏楚電子、維宏股份、奧森迪科）市場占有率約為 90%，柏楚電子在中低功率領域的相關技術水平已達到國際領先，其生產的中低功率產品在穩定性、可靠性、精度、速度、易用性等各方面均具備明顯優勢：

2）而在高功率激光切割控制系統領域中，技術要求更高，壁壘較大。目前國際廠如德國倍福、德國 PA、西門子等依然占據絕對優勢，國產激光運動控制系統僅占據約 10%的市場份額。

中低功率與高功率加工設備技術差異

－	中低功率激光加工設備技術特點及難點	高功率激光加工設備技術特點及難點
加工的板材厚度	對 10mm 以下厚度的板材進行加工，工藝較為簡單	主要對 10mm 以上厚度的板材進行加工；更高的速度和加速度；更高的實時性減少系統延時；
加工的品質	對切割斷面的紋路，粗糙度，和垂直度要求較低，同時因被切割的板材較薄，斷面一般品質較好	對切割斷面的紋路，粗糙度，和垂直度要求較高，為實現高品質加工，控制系統需要內置多種激光加工工藝與參數
材料利用率	切割材料較為便宜，對材料的利用率要求不高。	加工材料較貴，對材料的利用率要求高。
自動化、智能化程度	不要求自動化與智能化，完成簡單的平面板材切割即可。	對設備自動化和智能化程度要求較高。需要系統可以控制各類自動化外設和裝置，甚至能夠與工廠自動化管理軟件對接
安全性	對可靠性、安全性要求較低，產品出錯之后可及時更新。	對它的安全性，可靠性的要求較高。需要控制系統具有更強的抗干擾能力，更高的穩定性
成本敏感性	受眾人群多，學歷較低，簡單易用，成本敏感性高	操作人員學歷較高，學習成本較高，對成本相對不敏感
下游行業	機箱機柜，門業、杯業、五金制品，電子行業，家電廚具，廣告裝飾業等；	軌道機車、船舶行業、汽車行業的零部件制造，重型機械、模型制作、建筑行業等

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中低功率激光控制系統（萬元/套）

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高功率激光控制系統（萬元/套）

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高功率項目儲備情況

項目名稱	高功率儲備項目描述	進展
平面總線切割系統	基于 EtherCAT 的總線式激光切割系統。與板卡系統相比，增加了主機和觸摸屏，采用HTML5 做前端設計，支持觸摸操作。并解決了通訊實時性問題，支持更高級的運動控制算法和軟 PLC，支持各類 EtherCAT 從站外設，如伺服，傳感器，激光器，冷水機等，I/O 擴展模塊。	研發中
智能傳感器控制系統	基于 EtherCAT 總線的智能從站，與平面總線切割系統配套使用。支持溫度，濕度，氣壓，鏡片污染，激光反射，穿孔等各類傳感器，實現切割過程的實時智能監控。提高切割過程的穩定性和安全性。	研發中
三維總線切管系統	基于EtherCAT的總線式三維管材切割系統，增加帶RTCP的五軸聯動功能，支持坡口切割功能，實現任意相貫線的加工，進一步提升產品的附加值	研發中
智能卡盤控制系統	基于EtherCAT總線的智能從站，與三維總線切管系統搭配使用。支持自動調節卡盤夾緊力，自動校正卡盤中心等功能，進一步提升管材加工的效率和精度。

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（三）、預計未來三年激光切割控制系統銷量增速超過 30%

未來三年中低功率激光切割設備需求復合增速達 17.99%，高功率需求復合增速達 38.49%。中國制造業的快速發展，傳統工業制造技術的更新升級，帶動了激光切割成套設備的銷售。2017 年，中低功率激光切割設備銷售數量達到 22500 臺，較 2016 年增長了近 60%， 2018 年受到宏觀經濟下行影響，銷量達到 26000 臺，同比增長 15.6%；而高功率激光切割設備銷售數量 2018 年銷量將增長至 6250 臺，同比增長 30.2%。綜合考慮整體行業高達 20%的復合增速及中低功率、高功率的歷史增速水平，預計在市場自然增長與存量更新換代下， 2019-2021 年中低功率激光切割成套設備銷量分別為 31200/36816/42707 臺，年復合增速 17.99%，高功率激光切割成套設備銷量分別為 9100/12700/16600 臺，年復合增速 38.49%。

中低功率激光切割成套設備銷量（臺）

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高功率激光切割成套設備銷量（臺）

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三、數控激光切割技術的發展趨勢

未來我國的激光切割技術在發生器的選擇上將會更具多樣性，發生器的動力供應類型更加多樣化，能量輸出更加穩定，結構具有一定的特色，激光器切割機的使用費用將會顯著降低，對人體的傷害也會顯著減少。

數控激光切割技術應用領域不斷增多，我國三維立體切割、自動聚焦和恒光路技術逐漸成熟，使用機載激光器通過移動光束對大幅面厚板材進行激光切割的技術操作也將逐步完善。

（一）、數控激光切割技術的內涵分析

從整體上來說，激光切割的工作原理是使用反射鏡處理激光束對被割材料進行處理。激光器對反射鏡的特定位置發射激光束，經過反射鏡折射之后，由一個特殊透鏡對激光束進行聚攏對焦處理。

在激光切割的過程中，輔助氣體由噴嘴噴出加入到激光對焦光束中，最終形成了蘊含較強能量的切割工具。激光切割的功率大小受到噴嘴移動速度的影響，被割材料上的切割處理需要參考機床平臺的運動軌跡來實現。數控激光切割主要用來切割金屬，除了切割這種高硬度的物質，不同的激光技術能夠完成三維切割、皮革木頭紙張切割和玻璃陶瓷類切割等，使用激光直寫技術還能夠完成醫學治療方面的操作活動。

在激光切割質量系統控制中，技術人員應該合理調整不同聚焦透鏡的位置，使用多軸運動控制卡，對濾光片與 CCD 光束運動軌跡進行控制。在數控激光控制活動中，技術人員應該根據數控系統中可承受加工板材尺寸的參數，合理調整激光束運動的定位速度（X/Y 軸）。根據有效切割長度確定最大加工速度，在激光束的方向處理上，將切割的定位精度誤

（二）、數控激光切割技術的發展趨勢介紹

激光切割技術的應用比較廣泛，它是我國數控機床生產中的一種精密技術，它有多種不同的模式和屬性。不同的激光種類工作模式不同，激光功率和光束偏振的差異，決定了激光在切割過程中具有不同的模式穩定性。

激光加工新技術中主要有激光三維刻蝕、激光微結構制造、激光 -SPM 復合加工和準分子掩膜刻蝕等。我國工業加工和生產領域對于數控激光技術比較重視，技術研發人員應該認真分析數控激光切割技術的特征與應用現狀，對數控切割的技術應用模式進行優化。我國數控激光切割技術將會向高速度和多自由度的方向發展，由于近年來國內高功率數控激光切割機市場增長趨勢明顯，工業制造領域對于激光切割機的需求總量不斷上升。

為了迎合市場需求的發展，國內數控激光機器生產與制造領域，將會出現高速高精激光切割機、三維立體激光切割機、大幅面厚板材激光切割機以及其他專用激光切割機設備等。激光切割機的切割能力逐漸增強，切割技術的適應性和自由度也會不斷增加。橫向激光切割機使用龍門移動光路處理技術，在切割的同時完成等離子云檢測等作業。新型的 2.5D 和 3D 激光切割機帶有雙激光器的切割系統能夠滿足工業制造領域中的高速切割要求，滿足對高難度零件進行加工的需求。使用光纖激光切割機設備還能夠對高硬度的材料進行切割，并且切割之后的創面比較整齊，利于后期的涂裝加工作業。

（三）、我國數控激光切割技術的應用分析

1、數控激光切割技術的通用標準分析

目前我國激光切割機的行業參數通用標準，主要為德國激光切割機等。數控激光切割技術的發展趨勢向耗能量最省的方向發展，并且可供激光器運轉的工作氣體種類適應性更強。目前數控激光技術領域中常見的兩種激光切割機為 SLAB-D025 激光器（2500W）和軸快流激光器（3000W），這兩種激光切割技術代表了當前工業生產領域的主流發展內容。

SLAB-D025 激光器的結構原理為板式放電、擴散冷卻，它沒有固定的氣體流動裝置，氣體無需流動，因此無氣體動力裝置。這種激光器的光束特性為 TEM00 模式，光束的發散角為 0.15mrad, 激光器輸出窗口鏡片壽命為 40000 小時左右，脈沖頻率為5000HZ，且僅有門脈沖功能。SLAB-D025 激光切割機的工作氣體種類較多，主要為一氧化碳、氦氣、氮氣、二氧化碳等，這種切割機還可以使用德國專用的混合氣體，混合氣體的一氧化碳總量為 6%，其他氣體為 94%。

這種激光切割機的耗氣量最省，僅為 0.2L/H。而當前另一款主流的激光切割機為軸快流的機器設備，它的結構原理為快速軸流放電的運動特征，渦輪機為氣體流動東西裝置。這種激光切割機的耗氣量比較大，高達 35L/H，但是它的切割效率最高。軸快流數控激光切割機的脈沖頻率可以調節，具有超脈沖、特超脈沖的多種功能，可以輸出 2.5 倍的額定功率。（即 3000W 的激光器可以輸出 7500W 的功率），及其的穿孔能力和切割能力都比較強。

2、我國激光切割技術的發展展望分析

我國目前已經能夠獨立生產數控切割機，并且使用二氧化碳和光纖作為激光器的發生器，可以使用搭載式龍門激光切割，不會受到光路衰減的限制，其主要優勢為切割中厚板材。

激光切割技術的新市場朝著超高精度作業領域發展，激光切割的切口寬窄度和切口表面粗糙度等控制精度更高。激光切割市場處理材料的類型更加廣泛，材料切割市場中新的發展領域將會進入到紡織機械、糧食機械、醫療機械、燈具裝飾、包裝業、船舶、汽車、航空和鋼鐵工業等領域。激光加工開發新市場包括激光數控車床加工設備市場，進入應用領域主要包括磨具、器件、機械、船舶、汽車、航空和鋼鐵工業等領域。

采用運動控制器進行軸 I 伺服控制和軸 N 伺服控制，調節 I/O 輸入與輸出的方向，確保被割材料的切割表面更加平滑，降低激光切割中造成的邊角毛料磨損現象。根據數控系統的硬件結構，進行控制系統的簡化審計，使用主板（PC 總線）實現對于整個激光處理系統的控制。在激光切割技術的發展中，重點對軟件控制板塊功能實現進行優化升級。

（四）、結語

我國數控激光切割技術將朝著新的領域發展，工業生產對于激光處理類研發產品的需求，要求技術人員不斷開發新的市場。為了提升數控激光切割技術的工作效率，技術人員應該對數控激光系統的控制板塊進行優化。其中，數控激光切割的系統管理模塊中，技術人員應該做好系統數據庫管理工作。根據標準工藝庫管理標準，對激光切割模式進行實時監督檢測，按照常用加工方法的要求進行現行加工工藝參數的檢測，并且對比行業工藝標準參數進行分析，對不合理的工藝編制信息進行修改。

本文采編：CY315