一、激光打标概述及原理

激光打标技术是一种非接触、无污染、无损害的新型标记工艺,集激光技术、计算机技术和机电一体化技术为一身,是目前激光加工技术应用最广泛的一项先进制造技术。激光打标原理是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标的过程可以分为以下步骤:

第一步:激光作用于材料表面。应用于激光打标领域的激光束通常为脉冲激光,激光在特定时间段内输出一个脉冲。要控制作用到材上激光光束就要控制扫描速度和扫描间距等重要参数。

第二步:材料吸收激光能量。激光光束作用到材料表面后,大部分激光能量被反射,只有少部分能量被材料吸收并转换成热量,激光打标需要吸收足够的能量来融化/汽化表面材料。

第三部:材料表面发生局部膨胀,粗糙度改变,标记形成。当材料在短时间内熔化和冷却时,材料表面的粗糙度会发生变化,形成永久性标记,标记内容包括编码、标志、图形等。

图表 1:激光打标的步骤

激光打标技术作为一种新型现代化加工技术,相比传统加工方法,激光打标技术具有精度高、效果好,适用范围广,使用环保、无需耗材,速度快、效率高等优点。

图表 2:激光打标与传统加工方式对比情况

激光打标是激光技术应用发展最早、渗透率最高的激光设备应用领域,激光打标机已经被广泛运用于光纤通讯、激光空间远距通讯、工业加工、军事国防安全、医疗设备仪器、大型基础建设等领域。

二、全球激光打标市场发展情况

(一)激光打标高速发展,国外激光企业迅速崛起

激光打标自20世纪70年代出现以来,发展十分迅速,到1988年就占据全球工业激光应用的29%,成为最大的工业激光应用之一。激光打标作为激光加工领域应用最为广泛的技术之一,在工业发达国家,激光打标技术有效地和计算机数控技术及柔性制造技术相结合,产生了多种自由开发的打标系统,借着工业加工制造业发展的热潮,在世界范围内出现了多个打标设备生产商,如美国的 Control Laser Corp、德国施朗堡、意大利普瑞玛、日本NEC 等,它们在激光打标方面有多年的研发经验,生产技术和标刻工艺趋于完善,生产的激光打标机自动化程度高、实用性强,深受客户信赖。

(二)激光技术日益成熟,激光打标市场规模稳定增长

激光打标机技术是激光技术和激光产业领域应用最早的激光设备之一,全球激光打标龙头——Gravotech在1995年便进入激光打标市场,成立于1996年的国产激光设备龙头企业——大族激光,最早也是靠纽扣激光打标机起家。随着激光技术的逐渐成熟及全球经济的稳定发展,激光打标在材料加工、通信、医疗、仪器仪表等领域的需求稳定增长,全球激光打标机市场规模也在稳定增长。根据Research and Markets发布的数据,2020年,全球激光打标市场规模达27亿美元,2014-2020年均复合增长率为5．6%。

图表 3:全球激光打标机市场规模及增速情况

三、中国激光打标市场发展情况

(一)激光打标技术日益成熟,应用领域加速渗透

激光打标是利用激光作为加工手段,在各种机械零部件、电子元器件、仪器、工具等需要做标记的物体表面制作由数字、文字、图案等组成的标记。我国激光产业起步于20世纪60年代,到了70年代末期,激光打标技术开始逐渐兴起。国家自“六．五”计划起开始支持激光加工项目,“七．五”末至“八．五”初期,国内逐渐开始出现激光加工系统的专业生产企业,到了90年代,随着激光器与计算机技术的发展,激光打标技术日臻成熟,激光打标设备不断完善。与此同时,我国也非常重视激光打标技术,将激光打标机的研制工作列入国家产学研工程。

进入21世纪后,国内部分企业生产的激光打标机已与国外产品不相上下,在汉字功能上甚至强于国外的产品,同时国内的激光打标机生产成本相对较低,在某些领域具备较强的竞争力。国产激光打标机已经在汽车零部件生产、电子元器件生产、医疗仪器及器械生产、礼品加工等行业得到了广泛的应用。

(二)竞争日趋激烈,企业开始寻求转型升级

随着国内激光器技术的不断成熟,激光器价格逐渐下滑,激光打标市场竞争门槛逐渐降低,国内市场竞争日趋激烈,部分企业激光打标毛利接近5%,已经突破正规激光打标设备厂商10%-15%毛利的盈利下限。

随着激光打标市场竞争的日趋激烈及毛利的逐渐下滑,不少激光打标企业纷纷寻求新的发展方向,从目前的发展情况来看,激光打标企业的转型之路有三种模式:一是由国内转国外市场;二是布局附加值高的激光切割、激光焊接或激光清洗等市场;三是放弃中低端市场,专注垂直细分行业做定制化市场。国内多数设备企业会同时采取第一和第二种转型模式,如邦德、大鹏、金威刻、飞全、昆太等都属于这种类型企业;大鹏激光、飞全激光、天弘激光等大力开拓激光切割、焊接等市场,铭镭激光进入清洗机市场。国外市场转移和产品多元化经营成为激光打标机企业共同的发展路径。而正业科技、镭射奥等企业专注于布局PCB二维码打标、微电子和薄膜打标等细分市场,走高端产品路线。

图表 4:国内激光打标企业转型之路

四、激光打标行业发展趋势预测

(一)激光打标技术发展趋势

1．自动化及智能化

数字经济时代,数字技术的发展极大地提升了生产与创新的效率,将激光技术与数控技术有效融合,激光设备将具备对流程进行分析、判断、推理以及决策的能力,从而实现制造设备各个部分的自动化与智能化。同时,激光行业的人力成本不断攀升、产业技术升级迭代,也促使激光打标设备需要向更高的自动化、智能化方向发展。可以预计,随着智能制造战略的快速推进,激光打标领域的数字化、智能化,将成为发展的必然趋势,高度智能化的多功能激光打标设备将不断涌现,并极大的提升工业加工的效率,实现高效的生产管理。

2．高功率、高效率、高精度

随着激光行业的发展和下游产业的需求变化,中高功率的激光设备已经成为市场关注的热点,随着激光设备的更新换代,高功率高速激光打标设备将以其显著的效率、精度优势,进一步取代传统加工设备,大幅提高工业加工效率和品质。

3．柔性化、集成化

智能制造时代,下游用户加工场景趋于多样化、复杂化,对激光打标设备的个性化需求日益增加,需要激光企业产品应用更为灵活,适用于不同的加工场景,满足客户多元化需求。因此,采用模块化设计,提高设备集成性、适应性、功能性,以实现消费者需求为导向的柔性化生产,将会成为未来激光打标设备行业的重要发展方向。

图表 5:激光打标技术发展趋势

(二)激光打标机产品类型将会进一步丰富

从激光打标激光器类型上来看,目前激光打标机市场主要产品为CO2激光打标机、半导体激光打标机、光纤激光打标机、紫外激光打标机等产品。从激光打标产品形态上来看,目前激光打标机市场主要产品为台式激光打标机、便携式激光打标机、飞行激光打标机等。未来随着全球激光打标机产业链企业在技术、产品研发上不断进步与突破,激光打标市场将会出现越来越多的超快激光打标机、绿光激光打标机、3D激光打标机等更加丰富的激光打标机产品,为下游终端应用客户提供更加广泛的产品选择。