3D打印激光器 头豹词条报告系列

3D打印激光器行业分类 3D打印激光器所使用的设备种类繁多，一般根据其所持有的不同的技术系统，被应用在不同的领域和产品制造当中。1）光纤激光器 ：指的是以光纤作为激光增益介质的激光器被称为光纤激光器。与其他类型的激光器 一样，由增益介质、泵浦源和谐振腔三个部分组成。在工业、医疗、科学等不同领域上得到应用，成为3D打印产业链的重要环节。2）半导体激光器 ：指的是半导体激光器加设Q开关产生高能量超短光脉冲，可在切割、打 孔等加工中直接应用。同时，半导体激光由于其光谱范围宽、体积小、光电转换效率高，成为最主要的3D打印光源。3）Nd YAG激光器：钇铝石榴石晶体，指的是钇铝石榴石晶体为其激活物质，体晶体内之Nd原子含量为 0.6～1.1%，属固体激光，可激发脉冲激光或连续式激光，发射之激光为红外线波长 1064nm。 4）CO2激光 器：指的是使用电能（直流，交流或射频）泵浦（激发/加热）激光器内部密封的二氧化碳气体（以及其他气 [3] 体，最常见的是氮气和氦气），产生光子流。 3D打印之激光器行业分类（按照技术的种类进行分类） 光纤激光器指的是使用纤芯中掺杂有稀土元素的有源光纤作为增益介质。一般采用半导体激光器作为泵浦源。 而谐振腔则一般利用反射镜、光纤端面、光纤环形镜或光纤光栅等器件构成。根据光纤激光器的时域特性，可以分为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器；根据谐振腔结构不同，可以分为线形腔光纤激光器、分布反馈式光纤激光器和环形腔光纤激光器；根据增益光纤和泵浦方式的不同，可以分为单包层光纤激光器(纤芯泵浦)和双包层光纤激光器(包层泵浦)。 光纤激光器 半导体激光指的是采用的光敏树脂的性质在采用光敏树脂的3D打印中光源的光束质量、能量密度要求相对较低，但要求系统体积小、响应频率高、光谱覆盖范围大，半导体在满足以上要求的同时，可通过对其进行光束整形来提高加工精度、加工质量。在价格上也具有明显优势。 半导体激光器 3D打印激光器分类 Nd：YAG /光纤激光器和CO2激光器之间的基本区别是其产生的光束的波长。激光发出的光位于电磁光谱的“不可见光-红外”区域内。YAG和光纤激光器的光发射的波长（1.064 μm）比二氧化碳激光器（10.6 μm）的波长精确小10倍。这个较小的波长还意味着，如果将Nd：YAG /光纤和CO2激光器用于相同的应用程序（具有相同的设置）。 Nd：YAG /光纤的光斑尺寸要小得多，因此标记的分辨率更高。 Nd：YAG激光器 CO2激光器指的是将CO2激光束透过一个光罩，聚焦于IC或半导体组件上作标志，这种CO2激光主要皆为TEA脉冲式。具体操作是用镂空的铜模罩住要雕刻的非金属材料，然后用CO2激光束在铜模上作快速扫描，即可在该材料上雕刻出复杂的图案。雕刻对象为木材、压克力、皮革和纸张等，另外也可应用到雕刻特有的手工艺品，如竹片雕刻、软木浮雕、贝壳浮雕等。建年来密封式CO2激光使用愈加广泛，直接以扫描振镜作少量多变化的礼品雕刻，以提高产品的附加价值。 CO2激光器 准入门槛 中国在3D打印激光器方面还未有具体研究，对于企业的准入门槛要求高 近年来，中国的科研工作者和相关学者对于激光技术的研究有详细的了解和技术发明，但明确应用在3D打印技术上的研究较少，因此企业进入3D打印激光器行业需要具备较高的研发实力。 行业周期 3D打印技术已经初步形成体系且应用领域逐渐扩大，意味着3D打印激光器也在持续发展，拥有良好的市场发展前景。 激光技术作为3D打印技术的核心部分，目前已进入快速成长阶段。激光器本身的技术多样性和系统完善给予设计指导者愈加现代化的设计条件。无论是在产品设计领域还是在模具制造领域，对3D打印激光器的需 求也在逐年增加。 发展前景 中国政策支持3D打印技术的提高，3D打印激光器作为3D打印技术的核心环节，近年来愈加得到中国工业和制造业的欢迎，并持续趋向于国产化。 近年来，中国政府对3D打印激光器和相关科研技术的发展给予了有力的政策支持，从研发资金的投入到市场推广的宣传和人才培养政策的引导，种种举措都在为中国的3D打印激光器国产化提供坚实动力。 [4] 1：现代商贸工业2014 18期 [5] 3D打印激光器发展历程 3D打印激光器常用在模具制造、工业设计等领域，通常需要结合数字技术材料打印机共同使用，目前中国 的激光制造技术正在不断的发展，其中激光制造真正应用在3D打印技术上是在第三次工业革命中，这也意味着中国的3D打印激光器仍处于高速发展时期，近年来3D打印激光器的需求逐渐上升，工业和制造业领域的3D打印 [6] 激光器也在趋向于国产化阶段。 启动期 1863~2000 萌芽期 中国第一所光学专业研究所-中国科学院长春光学精密机械研究所成立，中国第一台红宝石激光器、 掺钕硅酸盐玻璃激光器、气体激光器、红外线激光器相继问世，中国科学院上海光学精密机械研究所 成立，意味着中国激光器领域得到萌芽和发展。 在萌芽时期，光学研究所发明的激光器仍旧停留在技术使用上，具体的行业领域的应用仍旧较为匮 乏，此时的激光器还未真正投入3D打印领域中。 高速发展期 2001~2023 华工科技成立，形成了激光装备制造产业、激光全息防伪和物联科技产业、敏感电子元器件和传感器 技术产业、光通信及光源器件那个四大板块。武汉锐科公司成立打破了中国光纤激光器全部依赖国外 进口导致的技术封锁和价格垄断，填补了中国空白。 中国激光产品的生产单位激增，从业人数和产值都得到飞速增长。同时，中国首次实现了高功率光纤 激光器核心器件全国产化目标，这一阶段的激光器行业发展迅速且成功应用于多个行业和领域，未来也将持续得到发展。 3D打印激光器行业上游是激光器件，包括激光芯片、泵浦源、特种光纤、晶体材料、光学元器件、电子元器件、机械元器件、激光控制系统。代表性参与方有浙江舜宇光学有限公司、欧菲光集团股份有限公司、信利光 电股份有限公司在激光芯片和光学元器件方面均有巨大优势。中游为激光器，包括气体激光器、固体激光器、半 导体激光器。激光器中光纤激光器适用性较强，代表性企业由中航重机股份有限公司、深圳市联赢激光股份有限公司、三安光电股份有限公司等。下游为激光装备，主要为激光切割、激光打标、激光焊接、激光清洗、激光熔 覆、激光3D打印、激光显示、激光测量、激光武器、激光美容医疗等。代表性参与方有大族激光科技产业集团股份有限公司、武汉精测电子集团股份有限公司、珠海光库科技股份有限公司。3D打印激光器产业链主要有下 面3个特征： 1.从3D打印激光器产业链条链路复杂情况来看，3D打印激光器产业的发展主要得益于激光器拥有及其广泛 的应用领域。世界各国发展激光产业的时间线大致相同，但是在产业发展路径上有所区别。3D打印激光器件的改良会直接影响到中游激光器的功能改进和技术系统更新，进而直接推动下游激光装备向精细、微细加工领域拓 展。就3D打印领域而言，激光器的应用是3D打印技术进步的关键要素，各环节相辅相成，激光器件不仅是激光器的重要零件，还是其他电子科技设备的核心部分。2.从3D打印激光器生产者替代性看，激光器国产化替代趋势 明显，激光器自主生产能力不断加强。以锐科激光为例，目前已经实现95%以上的核心零件自制率，其他企业如：武汉光谷的华工科技和创鑫激光也在不断加强技术研发和生产能力建设，以实现激光器设备的国产替代。当 前中国已成为世界激光产业大国，激光行业产值高达数百亿元，企业数量达上千家，产业集群效应显著。3.从3D 打印激光器产业链发展趋势看，产业链整合逐渐加速，上游供货风险和下游销售风险逐渐减轻。以联泰科技为例，该公司作为3D打印行业的领军企业，不仅在设备制造和打印服务领域拥有较强的实力，在上游原材料和零 部件领域也有着深入的积累。 上 产业链上游 生产制造端 光源、激光器件和其他原材料 上游厂商 浙江舜宇光学有限公司 欧菲光集团股份有限公司 昆山丘钛微电子科技股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 3D打印激光器上游光学元器件由光学材料加工而成的光学元件，是实现成像和传像的基础。而光学镜头及模组则是成像和传像的核心。 1.中国光学元器件市场集中度高，供货渠道趋于垄断。2022年中国光学电子元器件CR4达59.68%，货源主要来自舜宇光学、大立光。2022年舜宇光学在光学零件领域的收入继续保持较高水平，达90 亿元。与此同时，舜宇光学科技在光学镜头领域的收入也有所增长，达120亿元。两大主营产品收入规模位居行业前列，形成强大的规模效益，市场份额占比达10%。 2.光学芯片作为光学元器件的核心组成部分，附加值最高，为各大供货企业的技术核心。2022年，全球光学元器件市场中的光学芯片市场规模超过200亿美元，占整个光学元器件市场的比例提高到30% 左右。同时，其毛利率也继续保持高位，达到50%以上。并且随着下游光学芯片应用领域的不断扩容，医疗、生物、航空航天等新兴领域的需求将刺激供货企业的创新研发。2021年末-2022年末，全 产业链中游 品牌端 激光器 中游厂商 产业链下游说明 3D打印激光器下游为3D打印设备生产商，其分为工业级和消费级3D打印机，其中激光器在3D打印 设备的总成本中占比达19%。 1.相较于国外，中国的3D打印设备更专注于工业级别，较多应用于航天航空、汽车等领域。中国和国 外在3D打印设备生产的主要参与者包括设备制造厂商和服务供应商。中国主要企业包括铂力特、中航迈特和先临三维；而国外主要企业包括3D Systems、Stratasys和UnionTech泰联。以上企业主要依 托于三大技术开展研发与设备制造，即熔融挤出成型技术、光固化成型技术和烧结/粘结成型技术。 目前，中国3D打印设备制造和技术研发环节正深入服务于不同的下游客户，3D打印机的级别也分为 工业级和桌面级。金属类的选择性激光熔化成型（SLM）、选择性激光烧结（SLS）技术占比约 32%，更多应用在工业领域；非金属的熔融沉积成型（FDM）技术占市场的15%，主要应用于桌面 级。 2.设备制造与技术研发具有较低的可替代性和较强的稀缺性，因此潜在进入者相对较少。从附加值角度来看，3D打印设备生产附加值处于中等水平，整体销售毛利水平在50%上下波动。因为3D打印行 业设备生产门槛高、生产壁垒大，从而使得市场格局呈现出寡头竞争的状态。2022年，中国3D打印行业头部企业铂力特的营收规模达到了9.18亿元，同比增长66.48%，超过了同为头部企业的先临三 维。铂力特贯穿全产业链的运作模式，成为了其市场份额占比进一步扩大的主要推力。 2022年中国3D打印激光器市场规模达16.72亿元，同比增长48.25%，为近五年增幅最大年份。受《中国制 造2025》、《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》等国家利好政策影响，3D打印在资金、人才和市场方面得到充足支持，3D打印的便捷性，定制化和高标准等优势将渗透到各大领域。预计到2027年中国3D打印激光 器市场规模达50.25亿元，2023-2027年中国3D打印激光器市场规模CAGR达24.28%。 目前，中国3D打印激光器行业的市场规模增长主要受到激光技术创新性研究和战略新兴领域应用需求刺激 影响：1.在技术研究方面。以锐科激光为例。成功研制出具有自主知识产权的中国100Kw连续光纤激光器，打破 了国外品牌的垄断。可以实现单光纤22,000瓦的激光输出。锐科激光2022年全年专利、荣誉奖项获取、项目申报再创新高，共申请专利370件，专利授权289件、获批政府项目24个。强大核心技术创新能力持续赋能激光技 术创新性研究，国产化替代趋势明显。根据中国科学院武汉文献情报中心发布的《中国激光产业发展报告》，从市场渗透率来看，中国中低功率激光基本实现国产化的替代。在1-3KW 功率段的光纤激光器市场，2022年国产 光纤激光器市场份额预计将达到9