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早期我们所熟知的工业加工所采用的激光器通常为红外激光器(波长1um左右)和紫外激光器(波长400nm以下)。
近几年,随着我国光伏行业和锂电池行业的迅猛发展,绿光激光器(波长510-560nm)作为一种新出现的热门激光器,在光伏、锂电行业不断推广应用,开始为业内所熟知,绿光激光器在工业加工领域的商用化也取得了较大的进展。
01中国绿光激光器市场发展情况
全球对绿光激光技术进行布局和推广最早的企业是德国通快公司和美国IPG公司,也是当前全球绿光激光技术最领先的企业。德国通快公司和美国IPG公司通过固体碟片激光技术和光纤激光技术,分别可以获得超过3kW和1kW的超高功率绿光输出。
随着我国绿光激光技术的发展,近几年,我国也已经涌现一批企业掌握了绿光激光器的研发和生产制造工艺技术,国产绿光激光器逐步开始走上工业激光加工的舞台。
根据市场公开数据显示,在光纤激光器领域,武汉锐科光纤激光技术股份有限公司、深圳市杰普特光电股份有限公司、深圳公大激光有限公司、武汉安扬激光技术股份有限公司和武汉光至科技有限公司均在自己的官网上公开有光纤绿光激光器的产品介绍。
在固体激光器领域,英诺激光科技股份有限公司、苏州英谷激光有限公司、武汉华日精密激光股份有限公司、罗根激光科技 (武汉) 有限公司等也公开有固体绿光激光器产品。
根据调研人员对绿光激光器生产厂商和其上下游相关企业的工作人员的走访和调研的数据整理得知,我国的绿光激光器的市场规模情况如下:从2018年至2022年期间,国内每年的光纤绿光激光器的出货量大致在400-600台,主要产品为脉冲光纤绿光激光器,每年销售额大致在1-1.4亿,国产企业市场占比较低,市场主要被国外企业所垄断。2023年,国内光纤绿光激光器的出货量在800台左右,主要产品仍然为脉冲光纤绿光激光器,年销售额仍约为1.5亿,其中国产绿光出货量在500台左右,国产绿光的销售额为9000万-1亿,由于国产绿光产品相较国外绿光产品的价格优势。2023年,国内光纤绿光激光器的出货量虽然相较2022年增幅较快,但是整体年销售额相较2022年并未出现明显大幅增长。
从2019年至2023年期间,国内每年的固体绿光激光器的出货量在300-500台,国产固体绿光激光器以低功率的固体脉冲绿光激光器为主,国外企业以高功率的固体连续绿光激光器为主。总体年销售额在1-1.4亿左右,国产企业的出货量比重较大,大约年出货量达到200-300台,但是单价较低。国产企业的固体绿光激光器的销售额在总销售额中的占比不高。国外企业虽然出货量少一些,但是单价较高。因此,国外企业的固体绿光激光器的销售额在总销售额中的占比较高。
随着绿光激光器在光伏、锂电和半导体行业的不断渗透,以及在3D打印、航空航天等新领域的不断推广应用,预计在近3年内,国内绿光激光器的市场规模还将继续保持20-30%的年增长水平,绿光激光器的国产替代发展将仍具备广阔的市场空间。
图1 中国绿光激光器市场规模及预测(单位:亿元)
02 绿光激光器的产业应用
绿光激光器由于其短波长的工作特性,在铜、铝等高反材料的加工上具有非常重要的应用需求,也是诸多前沿科研领域不可或缺的工具。例如,绿光激光器常用于太阳能电池划片、掺杂、3C电子和半导体铜箔切割、焊接,锂电池焊接、晶圆退火和3D打印等热点产业。
1. 脉冲绿光光纤激光器在铜箔切割上的应用
图2 绿光激光器切割效果图
采用脉冲绿光激光器进行FDC线路的切割,保险丝位置最小线宽可以做到150um,切割平整,切割效率≥1000mm/s,切割时不上底膜。
2. 脉冲绿光光纤激光器在光伏掺杂上的应用
图3 绿光激光器进行光伏掺杂的效果图
采用脉冲绿光激光器进行光伏掺杂,能量分布更均匀,脉冲控制更稳定。
3. 连续绿光光纤激光器在铜箔焊接上的应用
图4 绿光激光器进行铜箔焊接效果图
采用连续绿光激光器进行铜材焊接,焊接稳定,紫铜对绿光吸收率约40%,焊接过程无飞溅,热影响小。
4. 连续绿光光纤激光器在锂电池焊接上的应用
左图:正面焊接效果 右图:背面撕裂后效果)
图5 绿光激光器进行锂电池焊接的效果图
采用连续绿光激光器进行进行大圆柱锂电池焊接,良率可以做到95%以上。
5. 连续绿光光纤激光器在金属3D打印上的应用
图6 绿光激光器进行金属3D打印的效果图
采用连续绿光激光器进行铜、钛合金等高反材料的3D打印,特别是纯铜材料的3D打印,目前纯铜材料3D打印样件的致密度可以达到99.5%以上,打印样件的机械强度、导热率、导电率的物料参数基本与压铸样件相当。
来源:激光制造网