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產業掃描
與光共舞轉動製造力 展望全球雷射產業趨勢
2020.06.09∣瀏覽數:398

因應國際產業需求的發展, 雷射產業與技術開始往5 G 半導體、智慧車輛製程需求發展,國內雷射產業以發展多年,已經深具基礎,但是為持續跟上國際腳步,雷射技術自主化需要加緊進行。本文將分析目前國外雷射產業發展趨勢,並介紹國際雷射智慧製造的概念與應用,讓讀者明瞭國際雷射產業發展趨勢,作為未來發展參考。
文 ◆ 工研院雷射中心 邱慶龍1、黃楹鈞2工研院產科、國際所 葉錦清3

雷射應用打造光製造世代
雷射的產生是透過外在能量激發共振腔內的介質產生光子,再藉由共振腔的結構將光子數量放大輸出,所輸出的雷射光束可以藉由控制方式產生不同作用時間長度的雷射光束,用以進行加工、檢測、偵測、影像處理等工作。過去幾十年雷射最主要的應用是以光通訊與光儲存為主,例如CD/DVD光碟機讀取頭,近幾年因為雷射源技術的突飛猛進,雷射加工應用已經超越光通訊與光儲存成為全球雷射最大的應用領域,再加上雷射源的可控性,使得雷射可以很容易與自動化模組或設備連結,透過系統整合成為材料加工的利器之一。

根據工研院產科國際所的資料,2019年全球工具機市場為831億美元,同期全球雷射加工系統營收約179億美元, 約占工具機市場的21.5%,但雷射加工系統在材料加工領域扮演重要的角色,由歐洲Optech C o n s u l t i n g 的數據顯示( 圖1 ) , 近20年(1998~2018)工具機產業其複合年成長率是4.4%,雷射加工系統的複合年成長率9.4%,為2倍速的穩定成長。
根據全球雷射產業指標雜誌Laser FocusWorld與Industrial Laser Solution的統計,2019年全球雷射源的營收為151.3億美元,比前一年(2018年)小幅成長約1.7%,如圖2。相較於 2017~2018年全球製造業景氣高成長,2019年反而在加工應用方面呈現一個小幅減少的現象,這個現象可以從圖3加工用雷射源營收看出。在Laser Focus World與Industrial Laser Solution前一年的產業預測與觀察認為,貿易戰爭對全球製造業產生不小的影響,但是對於主要的雷射源及設備製造商而言,因為已經發展成為製造場所分散的跨國公司,分散生產已經成為各主要公司的對應策略,但是在2019年真正面臨到貿易戰與關稅帶來的影響時,部分雷射應用領域正處於不小的衰退當中,造成雷射加工應用領域整體表現下滑。特別是對於大功率雷射源,隨著2019年市場的緊縮與中國市場的飽和,大功率雷射源單價正在下降,加上工具機市場減弱,緊緊靠著6kW以上的大功率雷射源支撐市場。2020年全球遭遇疫情衝擊之際,對於長期採用中國低單價相關零件模組(如50W以下的雷射源及其光路組件等)的雷射設備,其供貨程度會受到影響,相對的台灣主要國產雷射設備以精微雷射加工設備為多數,多數採用歐美日精密模組零件,因此預估在光電半導體應用的雷射精微加工市場部分將不受太大影響。


全球雷射源最大應用市場「材料加工」
從圖4的雷射源應用市場資料來看,材料加工(佔33%)已經是全球雷射源最大的應用市場,未來隨著製造業的需求不斷增加,材料加工用雷射源市場將有持續的成長空間。根據Laser Focus World的看法,目前材料加工所使用的雷射源以光纖雷射源為主,其次是直接二極體雷射源(Direct Diode Laser)因應高功率(>1kW)加工市場的高佔比而逐年成長。在高功率加工市場方面,2019年市場規模約為29.7億美元,為全球最大雷射源應用市場,國際市場預測未來將持續引領成長,其中以金屬切割為高功率加工最主要的應用領域,2019年約有20.9億美元,比2018年成長1%,其主要原因在於目前高功率雷射源因為競爭緣故,雷射功率規格不斷的提高,在數年前普遍常見的1~2kW功率已經被3~4kW雷射源取代,而更多配備4~6kW以上的雷射切割機更是不斷的出現在市場上,這樣的成長與進步將會帶動金屬加工產業製程上的變動,好處是對應用端而言,產品的製作更加快速、品質更加優良、成本可能降低,壞處是對加工廠而言,將會造成殺價競爭與設備競賽造成的成本墊高,因此未來幾年,雷射功率的提升將會是金屬切割應用領域發展的焦點。高功率加工領域其次的應用是金屬銲接,因為2019年全球金屬銲接市場需求大增,從2018年13%占比提高到18%占比,其原因在高功率的金屬銲接在未來的新能源車產業將會有大量的應用機會,特別是針對電池組件與系統的加工及高剛性車體銲接等加工應用,預估將會有大量的成長機會,這個現象可以從2019德國慕尼黑雷射展當中,許多廠商展出雷射銲接用的藍光雷射源,Nunuru、Laserline更展出千瓦等級的藍光雷射源觀察到雷射銲接應用的成長。
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