PDF《激光表面处理及再制造装备 市场现状与展望》

22 2016.

8 激光表面处理及再制造装备 市场现状与展望 曹晨 叶茂 王辉 中国科学院武汉文献情报中心

1 引言 激光是一种受激辐射相干光源,其形成是在一 定条件下,光电磁场和激光工作物质相互作用,以 及光学谐振的选模作用的结果 [1] ,是清洁、环保的 新型能源.激光加工技术具有具有传统加工方法无 可比拟的优点 [2] .围绕激光加工的特点,人们相继 图1激光表面处理与激光再制造关系示意图 激光再制造 激光热处理 激光表面处理 激光切割 / 焊接复合 激光 3D 成形 激光熔覆 激光合金化 激光冲击硬化 激光清洗 激光毛化 其他 激光相变硬化 (淬火) 激光熔凝 激光非晶化 强度计算 无损检测 其他 研究并开发出一些具有 工业应用前景的激光表 面处理技术,大体分为 激光表面硬化、激光表 面熔敷、激光表面合金 化、激光冲击硬化和激 光非晶化 [3,4] .激光再制 造技术以激光熔覆及合 金化、现代先进制造、 快速原形制造等为技术 基础 [5] .本文将其关系 梳理如图 1. 激光表面处理及再 制造技术在信息领域、 制造业(电子、半导体、 表1国内、外激光表面处理及再制造工艺应用现状 工艺 应用领域 实例 特点 部门 激光冲击硬化 航天航空 2024-T3 铝合金 处理后其疲劳寿命是常规喷丸处理得

50 倍,可用 于许多关键零部件的服役寿命,如喷气发动机的 叶片 美国 Lawtemce、 Livermore 国家实验室 激光冲击硬化 航天航空 7050T

7451、7050T7451 航空结构材料 疲劳寿命提高到未处理的 4-5 倍 中国科技大学 强激光技术研究所 激光熔覆 航天航空 航空涡轮发动机叶片修复 解决工件开裂、降低工时 英国 RollsRoyce 公司 激光表面淬火 汽车制造 汽车转向器齿轮内表面 材料在无变形情况下,耐磨性得到极大的提高 英国通用公司 激光熔覆 汽车制造 发动机排气阀 表面耐磨剂腐蚀性得到极大提高 意大利菲亚特汽车公司 激光表面淬火 汽车制造 发动机气缸 发动机寿命提高一倍以上,行车距离超过

20 万公 里以上,创造经济效益达

1324 万元 / 年 中国第一汽车制造厂 激光表面淬火 石油行业 抽油泵泵桶 使用使用寿命提高了一倍,变形甚微,耗电量仅 为镀铬工艺的 12% 中科院金属所、 玉门石油机械厂 激光表面淬火 模具加工 硅钢片模具 耐磨性得到极大提高,使用寿命提高了

10 倍 天津渤海无线电厂 (数据来源:中科战略)

23 机械、汽车、飞机等制造行业)、军事领域、智能 化识别及医疗仪器等方面都具有重要应用,特别是 激光微细加工向普通的微机械加工提出了巨大的挑 战. 随着激光技术的进一步发展和市场的不断扩 大,激光表面处理及再制造技术将在汽车、医疗和 环保领域得到更广泛的应用. 目前,激光表面处理及再制造工艺已经在航天 航空、汽车制造机石油工业的一些关键部件中得到 实际应用,如表 1.

2 激光表面处理及再制造市场规模 2.1 全球市场规模 2.1.1 金属表面处理行业的繁荣为激光表面处 理带来广阔的市场空间 激光表面处理是近

20 年来发展起来的一种新 图22010-2014 年全球表面处理行业市场规模及增速统 计 (单位:亿美元, %) (数据来源:中科战略) 图32015 年美国、欧洲再制造业产值(单位:亿美元) 兴材料表面处理技术,几乎一切金属表面热处理都 可以应用.激光表面处理技术以其高度的实用性和 显著的优质、高效、低耗的特点在制造业、维修业 中占领了日益增长的市场.2014 年全球表面处理 行业市场规模达

444 亿美元,见图 2. 2.1.2 成熟的再制造产业为欧美发达国家创造 更多的财富 再制造业在欧美国家发展

50 多年,已形成了 巨大的产业链,全球产业规模已超

1400 亿美元. 美国再制造产品的范围覆盖汽车零部件、机床、工 程机械、铁路装备、医疗设备及部分电子类产品. 美国再制造产品的分布主要集中在航空、HDOR 设备(重型和越野设备)、汽车零部件、机械工程等 领域.

2015 年, 美国再制造产业产值近

600 亿美元. 在欧洲,再制造产品的主要应用为打印设备、汽车 工业、重型设备及泵和压缩机(零部件设备)领域.

2015 年,欧洲再制造产业产值将近

350 亿美元, 见图 3. 2.2 国内市场规模

2014 年,我国金属表面处理及热处理加工行 业规模企业行业销售收入达到 2613.88 亿元,同比 增长了 11.29%.国内涉及到 再制造 市场主要 分为汽车、工程机械和机床三大类.从三大类产品 在国内发展看,均处于较为景气的程度,见图 4. 《国务院关于印发循环经济发展战略及近期行 动计划的通知》中提出,到2015 年末,实现年再 图42010-2014 年我国表面处理行业市场规模及增速 统计(单位:亿元,%) (数据来源:中科战略) (数据来源:中科战略)

24 2016.8 制造发动机

80 万条,变速箱、启动机、发电机等

800 万件,工程机械、矿山机械、农用机械等

20 万台套,实现再制造产值 500-800 亿元.激光再制 造技术是符合国家循环经济和可持续发展战略的绿 色制造技术,也是国家重点支持的高新技术之一. 激光再制造技术的应用范围广阔,我国有几万亿元 的设备资产,每年因磨损和腐蚀而使设备停产、报 废所造成的损失俞千亿元,这为激光再制造技术带 来了广阔的市场前景.

3 激光表面处理及再制造装备市场价格 3.1 激光表面处理及再制造设备产品价格分析 当前国内激光表面处理及再制造设备的市场 价格在

20 万元以上,激光清洗系统主要有德国 CleanLASER 公司的 CL20/CL50,应用于电子产 品清洗领域的激光清洗系统价格较低,在10 万元 以内. 激光再制造领域, 国内激光熔覆、 激光热处理、 3D 打印等领域的产品较为丰富,由于产品价格较 为昂贵, 激光再制造服务逐渐成为当前发展的热点. 激光清洗方面,由于激光器及其配套硬件的费 用较高, 使激光清洗系统的成本在短期内难以下降. 与市场平均价格在

5 千元左右的超声清洗机和价格 在10 万元左右的等离子清洗机相比, 性价比较低. 激光再制造方面,在模具、零部件、钢铁等领 域具有较好的应用.激光熔覆、激光快速成型、激 光无序毛化等关键技术的突破和国家政策的落地, 促使激光再制造产业逐渐走向成熟.当前激光再制 造装备市场价格每台在

100 万元左右,消费市场多 集中在航空航天、汽车制造、重机机床和钢铁领域, 价格较高. 3.2 激光器价格分析 从国内市场主要激光器的售价来看,光纤激光 器平均功率在

30 W 以内的激光器价格在

10 万元 以内,进口激光器价格明显高于国内激光器价格.

100 W 以内二氧化碳激光器价格不超过

10 万元. 10-20 W 的小功率的二氧化碳激光器、红外激光器 (数据来源:中科战略) 产品型号 机器类型 品牌 价格 /(万/台) 用途 CL20/CL50 激光清洗 CleanLASER 40-70 工业预处理、古迹恢复等 SN-QX 激光清洗 森楠

46 油污清除 CY-CBJ50 PCB 激光清洁机 5.8 U 盘、相机、读卡器、鼠标、控制卡等集成线路 板行业 ZY-CB280AUTO 激光擦板机 正亚激光 6.8-16.8 PCB 擦板 SBM 系列 金属表面处理机 德国利玛 LISSMAC

100 可对钢、不锈钢、铝等几乎所有金属板材进行高 效加工处理 LTS-350 轧辊表面激光热处理系统 广州瑞通激光

100 可应用于钢铁、有色冶金的精密带钢、特种带钢 等领域毛化 AXL-800RW 激光熔覆机 奥信激光 17.6 表面硬化处理、焊接 LS-sk-009 激光熔覆 -- 数控加工系统 镭速激光

42 适用于各种进口、国产机械设备零配件磨损、腐蚀、断、裂、划伤、硌痕、加工超差、铸造缺陷、 泄漏等的修理 WBSLS4045 激光烧结 3D 打印机 winbo

199 航空航天、医疗、汽车、模具 AXL-R600W 激光熔补机 奥信激光 20-30 机械零部件快速修复 LGL 10300-60255 激光机床 金运激光

1000 液压支架缸体表面激光制造与再制造设备 CYFP-2050-1000 激光淬火系统 创科源

85 表面相变强化 CYFP-2010-2000 激光熔覆修复再制造 创科源

79 零部件快速修复 Objet260 Connex 工业级 SLA 激光成型设备 Objet

108 3D 打印 表22015 年激光表面处理及再制造设备市场价格情况列表

25 进口,价格昂贵,供货周期长.锐科系列产品的诞 生,打破了国外企业在光纤激光器领域的垄断,也 直接拉低了进口产品的价格,迫使同类进口产品价 格下降 50%.以进口的德国 IPG 光纤激光器为例,

2016 年截至

4 月份,光纤激光器在国内的售价已 明显低于

2012 年时的售价,以一台进口的

20 W 脉冲激光器为例,此前每台价格约为 9-12 万元, 现在跌至

3 万元左右,见图 5. 目前市场上,锐科 10~30 W 小功率光纤激光 器的价格会比同类进口光纤激光器低 40%-50%, 另华工科技从锐科公司购买激光器能够得到更多优 惠,见图 6. 3.2.2 CO2 激光器价格分析 国产 CO2 激光器生产厂家众多,每年都有很 多激光器工厂诞生.各厂家之间就二氧化碳激光 器的报价也参差不齐.小功率 10-30 W 的二氧化 碳激光器目前市场报价大多在 1.5-2.5 万元.神久 牌700-3000 W 额定大功率 CO2 激光器报价约为 20-24 万元;

4000 WCO2 激光器约为

65 万元;

进口ACCESSLASER 品牌的 L4G 型号 CO2 激光器 报价约为

100 万元. 3.2.3 固体激光器价格分析 品牌 型号 产品种类 输出波长 /nm 脉冲宽度 /ns 平均功率 /W 市场价格 / 万元 创鑫 MFP-10 光纤激光器 1064±4 8........