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固体激光器与光纤激光器的区别区分

作者: 时间:2022-03-10

对于国内的情况来说,光纤激光器的技术与发展都比较成熟,如果使用光纤激光器可以考虑国内的,在交期和成本上较优,如果是要选择固体激光器,那么高端产品一般还是选择国外的,因为国内的固体激光器起步比较晚,而且受制于技术所限,国内具有规模的固体激光器制造商都比较少,往往很难找到合适的产品。

左边是Femtum固体激光器,右边为Leukos光纤激光器

 

那么固体激光器和光纤激光器有哪些不同?

一、应用场景的差异

我们先来看一张总览表:

固体激光器和光纤激光器在主要激光加工应用领域的应用差异情况表


由上表可知,固体激光器与光纤激光器均能被应用于打标、切割、钻孔、焊接及增材制造等主要激光加工领域,但因光纤激光器和固体激光器本身的特点,在各细分领域的具体应用场景存在差异:


宏观加工领域

该领域主要采用光纤激光器,一般不采用固体激光器。连续光纤激光器具有高平均功率的特点,被广泛应用于厚金属材料的切割、焊接等宏观加工。连续激光器在宏观加工领域的渗透程度较高,在该领域已逐渐替代传统加工方式。


微加工领域

该领域大部分应用场景使用固体激光器,部分情况可以采用脉冲光纤激光器。固体激光器能够通过倍频晶体在谐振腔内将红外光转换为绿光、紫外光及深紫外光等短波长激光并对外输出,更短波长是微加工激光器的发展趋势,其产生热效应较低,能量利用效率高,从而能够有效提升加工精度,实现超精超微加工。固体激光器凭借其短波长(紫外、深紫外)、短脉宽(皮秒、飞秒)、高峰值功率的特点被主要应用于非金属材料和薄性、脆性等金属材料的精密微加工领域。此外,固体激光器被广泛应用于环境、医疗、军事等领域的前沿科学研究。


以手机和汽车为例,光纤激光器和固体激光器在其制造过程中的主要应用如下:

综上所述:

① 固体激光器被广泛应用于微加工领域,因为其可以通过非线性晶体倍频的方式将红外光转换输出绿光、紫外光等多种波长的光束,材料适用范围广,光束质量好,单脉冲能量大,热效应小,能够实现冷加工,可以应用于加工精度小于 20微米(加工精度可达纳米级)的高精度微加工场景,因此在微加工领域具有较强的技术优势;


② 脉冲光纤激光器可以被用于微加工领域,但由于其仅能输出波长较长的红外光,单脉冲能量较小,热效应明显,加工精度相对较低,且部分材料无法吸收红外光导致其适用范围受限,因此脉冲光纤激光器在微加工领域的应用范围有限,一般仅用于加工精度大于20微米的微加工场景;


③ 光纤激光器的主要品种为连续光纤激光器。连续光纤激光器凭借其高输出功率的特点被广泛应用于加工精度在毫米级别以上的宏观加工领域,如工业金属的激光切割、焊接等,宏观加工对激光设备的需求大,宏观加工的市场容量大于微加工;


总体来说:

光纤激光器,结构小巧,性能稳定,不易受外界干扰,易操作、维护,光束质量差,性噪比差,峰值功率难以做高。

固体激光器,体积大,易受到外界振动、温度变化等因素干扰,稳定性差,难维护,且维护成本高,但输出峰值功率可以很高,光束质量好,性噪比高。


二、市场占有率

我国正处于制造业从中低端制造向高端制造转型升级的过程,中低端制造占比高,宏观加工市场同时覆盖中低端制造和部分高端制造,市场需求大,因此,光纤激光器的市场容量较大。

国内中低功率光纤激光器国产化程度高,国内规模化生产厂商众多。根据《中国激光产业发展报告》显示,小功率光纤激光器已全面实现国产替代;中功率连续光纤激光器方面,国产品质与其没有明显劣势,价格优势明显,市场份额相当;高功率连续光纤激光器方面,国产品牌已实现部分销售。

至于固体激光器,由于国内发展较晚,目前还没有以该产品为主要业务的上市公司,一般是购买国外品牌


三、用户不同

光纤激光器凭借其高输出功率的特点主要被应用于宏观加工领域(激光宏观加工一般指激光光束对加工对象的影响范围为毫米级的尺寸和形状的加工;微加工一般指精度达到微米甚至纳米级的尺寸和形状的加工);固体激光器则具有短波长、窄脉宽、高峰值功率等优点被广泛应用于微加工领域,导致固体激光器和光纤激光器的用户存在一定差异。

固体激光器与光纤激光器应用领域各有侧重,各自有其应用领域。二者在绝大部分领域不存在直接竞争关系,在微加工领域重合的金属材料加工领域,在金属达到一定厚度的情况下因成本原因该领域一般采用传统方式或光纤激光器,仅在金属厚度薄或对加工要求高且对成本不敏感的场景采用固体激光器。此外,二者竞争重合度低,固体激光器主要用于非金属材料(玻璃、陶瓷、塑料、聚合物、包装物、其他脆性材料等)加工,在金属材料领域用于对精度要求高且对成本相对不敏感的场景。


四、固体激光器应用领域划分

1,消费类电子产品

消费电子行业对精密电子零部件的加工要求不断提升,激光加工技术凭借其精度高、速度快、无损伤等特点成为该行业主要的加工手段。以固体激光器在印制电路板(PCB/FPC)的切割、钻孔、打标等生产工序均有广阔的应用空间,以发行人产品为例,中低功率纳秒固体激光器可应用于PCB 打标,中高功率纳秒固体激光器和皮秒、飞秒激光器可应用于PCB/FPC板的切割、钻孔及PI膜的切割。

除印制电路板外,激光微加工技术还被应用于脆性材料、金属材料的切割、标记、钻孔、微焊接等领域。


2、新能源

固体激光器在新能源领域的应用主要包括光伏太阳能和新能源汽车两个主要应用场景,我国光伏发电累计装机量已自2015年起持续保持全球第一,装机量也保持较快增长速度。

固体激光器在太阳能电池片及硅片的切割和精密划线、锂电池材料的标记、切割、焊接等关键工序上均有广阔的应用,以发行人产品为例,在光伏太阳能领域中高功率纳秒固体激光器和皮秒激光器可以用于太阳能电池片及硅片的切割和精密划线,低功率纳秒紫外激光器可用于太阳能电池片及硅片的刻槽;在新能 源汽车领域中低功率纳秒固体激光器和皮秒激光器可应用于锂电池的外壳打标,中高功率纳秒固体激光器和皮秒、飞秒激光器可应用于电池材料的精密切割与焊 接。


3,3D打印

3D 打印是快速成型技术的一种,以数字模型文件为基础,运用粉末状金属、塑料、液态光敏树脂等可粘合材料,通过逐层打印的方式构造物体。。而固体激光器是液态光敏树脂固化领域的行业选择,发行人的中低功率纳秒紫外激光器在该领域内得到了广泛的应用。


4,5G通信,

2019年被视为5G技术商用元年5G技术的逐步商用化将为微加工激光行业提供广阔的发展空间。5G网络具有高速率和低延迟的特点,对化合物半导体性能要求较高,手机材质及制造工艺将为适配5G技术而发生改变,同时手机生产中有多个环节需应用激光加工技术,激光打标、激光焊接、激光切割、激光打孔、激光蚀刻、激光直接成型等技术被广泛应用于手机制造的不同生产环节,微加工激光技术将在5G手机制造领域发挥重要作用。根据Canalys预计,未来5年全球5G手机出货量将达约19亿部,以固体激光技术为代表的激光微加工行业将大幅受益;此外,随着5G基站进入密集建设期,加工精度要求更高的PCB/FPC板作为主要电子材料将呈现需求快速增长态势。


五、光纤激光器的优点:

光纤耦合激光器通过光纤导入更好的实现多维任意空间的生产和加工,通过光纤耦合激光器促使机械设计的原理更简单,能够行之有效的简化工作生产的相关步骤,从而促使繁琐的生产流程更简便更有条理性,保证实现标准化生产流程;

光纤耦合激光器经过不断的升级改进,功耗较低,通过调整产品配件组合,可以使光纤耦合激光器达到最强势的运转效果,光纤耦合激光器能够迎合高强度的加工需求并改进生产工艺来实现提升运转效率的目的。而且光纤耦合激光器还有散热快恢复力强的特点,能够保证构成的机器设备长时间运作下不出现发热等问题,即使是在恶劣的环境下也能运行顺畅。



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