新基建進一步促進對于中厚金屬板材的使用，繼2019年開啟萬瓦激光加工元年之后，目前邁入20kW激光加工時代，光纖激光器朝著更高功率、更高光電轉化效率、更高加工效率、更低運營成本的方向發展，國內外光纖激光器制造商積極推出更高功率產品。基于976nm高效能的技術路線有望成為萬瓦激光的主流路線，隨著新基建的深入，中厚板金屬加工未來預計有著巨大的潛力，在萬瓦激光的應用上，中國激光有機會實現彎道超車，在激光器及激光加工設備上實現部分對西方發達國家技術的追趕和高性價比產品的超越。

【一、新基建助推光纖激光器進入20kW時代】

【1.1 新基建進一步促進中厚金屬板材的使用】

2020年上半年新冠疫情席卷中國，幸運的是疫情陸續得到有效的控制，并且在2020年4月中央啟動新基建政策帶動國內經濟的快速恢復，目前部分商業及工業廠房使用鋼結構進行高效便捷搭建，這樣的鋼構加工助推光加工進入更高功率更高效率的新階段，20kW因在上述中厚板的激光加工有著獨特的優勢，從而引起了市場對20kW激光加工的一波熱潮。

【1.2 2019年開啟萬瓦激光加工元年，目前邁入20kW時代】

從市場反饋來看，奔騰激光、邦德激光20kW激光切割設備在積極的進行市場推廣，從筆者獲得的市場數據來看，2019年整個市場20kW激光切割設備投放量估計不超過10臺，2020年整個市場的投放量預計50－100臺之間，預計年增長率超過500％，奔騰激光獲得近50套20kW的激光切割機交付終端使用，邦德激光亦有數十臺20kW激光切割機訂單，同時大族激光、領創激光、亞威激光等其他大功率廠商亦在積極跟進，從光纖激光器制造商這塊，IPG目前是20kW及以上產品和工藝應用最成熟的光纖激光器制造商，創鑫激光在2019年3月光博會展示25kW激光器的現場切割，引起了市場的一波轟動，nLIGHT、銳科激光、GW亦自2019年開始陸續推出20kW光纖激光器。

【二、光纖激光器的發展方向】

【2.1 光纖激光器的發展的三個階段】

光纖激光器在工業上的應用歷經了三個階段，2012年及以前主要的工業應用在于十瓦級打標用脈沖光纖激光器，當時的激光打標機售價在十多萬元甚至更高；2012－2019年陸續在國內規模化應用千瓦級光纖激光器于薄板激光切割，主要是替代一部分沖床；2019年開始，以IPG、創鑫激光代表的光源制造商和大功率激光設備廠商開始推萬瓦激光器及相應的激光切割設備，而2020年更是把萬瓦的工業應用進一步提高到20kW光纖激光器的工業化應用階段。

【2.2 更高功率、更高加工效率】

過去幾年內工業應用的激光器功率不斷提高，從最開始的200W、500W、1kW、2kW、3kW到現在的6kW、12kW甚至部分客戶已經開始使用的15kW、20kW。在一定范圍內，激光加工效率一般隨著功率的提升呈現一定的非線性提高，如奔騰激光發布的20kW激光切割設備相比較15kW設備，平均加工效率提高50％以上，但是功率僅提高33％，呈現出隨著功率的提升，設備的效率功率提高比大于1，具體如下所示：

效率比＝Average（55％、45％、50％、67％、60％、76％）＋1＝1.58

功率比＝20000W/15000W＝1.33

效率功率比＝效率比/功率比＝1.58/1.33＝1.18

這意味著如果售價隨著功率的提高呈現出線性增加的話，那么使用越高功率的產品，其單位價格的加工效率越高，這將會助推激光器廠商不斷提高激光器功率，直至上述功率效率比小于1為止，當然實際市場功率還受激光器的能量密度（如20kW激光器對應100um的輸出芯徑：能量密度為20kW／（π50um2）及工業電網負載承受等因素制約。

【2.3 更高功率、更低運營成本】

20kW激光切割14－30mm碳鋼：

【來源：創鑫激光官方公眾號】

如上所示，激光加工板材的每米運營成本一般隨著功率的提升呈現一定的非線性降低，如20kW激光切割相比較12kW，20kW的每米運營成本1.32元/米，12kW的每米運營成本3.05元/米，呈現出隨著功率的提升，設備的成本功率比大于1，具體如下所示：

成本比＝3.05（元/米）/1.32（元/米）＝2.31

功率比＝20000W/12000W＝1.66

成本功率比＝2.31/1.66＝1.39

這意味著如果售價隨著功率的提高呈現出線性增加的話，那么使用越高功率的產品，其單米運營成本越低，這將會助推激光器廠商不斷提高激光器功率，直至上述成本功率比小于1為止，同樣的實際市場功率還受激光器的能量密度及工業電網負載承受等因素制約。

【2.4 產品價格持續降低】

除了性能不斷提高之外，價格呈現出不斷下降的趨勢，所有的功率段產品均呈現出下降趨勢，如下圖所示，自2016年以來，不同功率段皆呈現出每年價格下降幅度在20％以上。

2012年以來不同功率激光器價格下降幅度：

隨著光纖激光器市場規模的不斷擴大、激光產業鏈的不斷成熟，激光器的核心器件國產化率不斷提高，激光器的成本不斷下降。如下圖所示，泵浦的單瓦成本自2015年以來每年的成本下降幅度均超過20％，市場規模的擴大和產業鏈的不斷細化使得激光器的原材料材料呈現出不斷下降的趨勢。泵浦源的供應商Dilas

Coherent、NLIGHT、JDSU逐漸切換至自制或者星漢激光、長光華芯、凱普林激光、江蘇天元等制造商。目前國內的光纖激光器上游的核心器件基本實現全國產化，降低了器件成本，進一步加速產能擴張，使得產品具備持續降價的潛力。

2015年以來單瓦成本走勢：

規模化是中國制造最大的紅利，也使得目前中國作為全球制造中心的地位不斷鞏固和提高。隨著規模化，營業成本的各項子科目的邊際成本持續降低。原材料的采購由于更大規模的采購使得更有議價權；各類設備、場地的利用率得以提高從而降低各項折舊攤銷、場地、水電等費用；更高生產制造利用效率從而降低產品的制造費用。通過規模化，優化企業運行效率，從而降低產品的成本。

隨著激光器的器件的成本降低到一定階段，通過規模化的降本將會遇到一定的瓶頸，自動化將是進一步降低激光器及器件的一種可靠方式，根據目前的市場來看，部分泵浦源的封裝開始探索使用自動化或半自動化產線進行裝配，激光器自動化組裝目前在國內尚無具體實施，部分海外激光器廠商在進行一定程度上定制化智能產線進行標準化組裝。

【2.5 更高效率、更低成本——976nm高效能泵浦技術路線有望成為萬瓦主流技術路線】

1）976nm泵浦方案節能特性明顯

根據IPG的基于976nm泵浦的激光器對比分析

【來源：IPG官方公眾號】

節約金額計算按照：電費單價：1元／度；占空比：70％；激光器運行時間：18小時／天

2）976nm泵浦方案更少泵浦功率更短光纖，成本降低10％

【來源：IPG官方公眾號】

【三、20kW時代已來，市場空間巨大】

【3.1 金屬板材市場空間巨大】

【數據來源：國家統計局】

從統計數據來看，4mm－60mm的占比超過全部板材的50％，20kW的激光切割將會進一步對中厚板的傳統加工方式、低功率的激光加工進行替代。

數控火焰／等離子切割機市場規模：

根據市場的數據，2014－2019年，數控火焰及等離子切割機的需求量持續增加，每年新增的設備超過3萬臺，而且市場已有存量設備近15萬臺，未來的替代空間巨大。

【3.2 20kW激光加工對于等離子的優勢明顯】

20KW激光切割VS等離子切割：

300A等離子與20kW激光切割碳鋼加工成本對比：

備注：Q235碳鋼按4400元／噸，材料密度：7.85g／cm3；厚度≥20mm碳鋼：等離子切割割縫5－6mm，激光切割割縫1.5mm左右。

【來源：創鑫激光官方公眾號】

【3.3 國內外20kW激光器制造商】

20kW激光切割有著巨大的性能優勢和綜合經濟效益，20kW高效能光纖激光器的開發亦成為光纖激光器制造商的核心突破點，除全球知名光纖激光器制造商IPG之外，創鑫激光亦在積極推廣20kW光纖激光器，銳科激光及nLIGHT亦在陸續推出20kW光纖激光器產品，其中IPG、GW的20kW產品目前使用976nm泵浦技術方案，IPG產品基于12個1800瓦單模塊進行合束而成的20kW，GW產品基于7個3000瓦單模塊進行合束而成的20kW產品。

【總結】

筆者認為，隨著激光器技術及產業鏈的持續進步，激光加工逐漸邁入20kW時代，光纖激光器朝著更高功率、更高光電轉化效率、更高加工效率、更低運營成本的方向發展，國內外光纖激光器制造商積極推出更高功率產品，基于976nm高效能的技術路線有望成為萬瓦激光的主流路線，隨著新基建的深入，中厚板金屬加工未來預計有著巨大的潛力，在萬瓦激光的應用上，中國激光有機會實現彎道超車，在激光器及激光加工設備上實現部分對西方發達國家技術的追趕和高性價比產品的超越。

責任編輯：xj