近年來(lái)，萬(wàn)瓦激光器已經(jīng)成為工業(yè)激光領(lǐng)域的標(biāo)配產(chǎn)品，萬(wàn)瓦激光的普及大幅提升了工業(yè)加工的效率和能力邊界。然而，隨著大量廠家涌入萬(wàn)瓦賽道，同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)也讓這一市場(chǎng)陷入“價(jià)格戰(zhàn)”的紅海中。這一環(huán)境也讓中國(guó)光纖激光市場(chǎng)增長(zhǎng)陷入“似漲非漲”的準(zhǔn)停滯局面。
光纖激光同質(zhì)化的破局嘗試
為打破這一市場(chǎng)困局，不少企業(yè)開(kāi)始尋求差異化的競(jìng)爭(zhēng)路線。目前對(duì)光纖激光器而言，較為明顯的三條路線是高功率、高亮度、小型化。
高功率是過(guò)去幾年光纖激光發(fā)展的主旋律，隨著萬(wàn)瓦激光開(kāi)始普及，3萬(wàn)瓦、4萬(wàn)瓦、5萬(wàn)瓦陸續(xù)進(jìn)入金屬加工市場(chǎng)，對(duì)激光器本身而言，其核心難點(diǎn)在于器件的功率耐受性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性；對(duì)實(shí)際應(yīng)用而言，缺乏穩(wěn)定可靠的配套部件是其發(fā)展的最大阻礙。
高亮度實(shí)際上是回歸激光的基本屬性，通過(guò)提升單位面積能量密度，實(shí)現(xiàn)高亮度低功率替代高功率的效果，同時(shí)在高反材料加工、先進(jìn)制造等領(lǐng)域有著明顯優(yōu)勢(shì)，其核心難點(diǎn)在于模式不穩(wěn)定性、非線性效應(yīng)的控制。
小型化則是一把開(kāi)啟激光應(yīng)用新世界的鑰匙——體積更小、重量更輕、集成度更高，顛覆了過(guò)去對(duì)激光加工的認(rèn)知，并催生了諸如手持激光焊接、手持激光清洗等便攜式激光工具，極大地推動(dòng)了激光應(yīng)用的發(fā)展。
筆者過(guò)去曾多次探討過(guò)高功率、高亮度的發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)境況，今天重點(diǎn)聊聊小型化的市場(chǎng)趨勢(shì)。
萬(wàn)瓦激光器小型化歷程
由于光纖激光可以通過(guò)模塊疊加及合束的方式實(shí)現(xiàn)功率提升，因此在光纖激光器功率提升的過(guò)程中，激光器的整體體積也在不斷增大。2017年，采用多個(gè)2kW模塊合束的6kW光纖激光器進(jìn)入工業(yè)市場(chǎng)。隨后一兩年間，8kW、12kW、15kW、20kW激光器陸續(xù)登場(chǎng)，但當(dāng)時(shí)即便是20kW激光器也都是在2kW或3kW的基礎(chǔ)上進(jìn)行合束，這導(dǎo)致成品體積巨大。盡管性能有所提升，但過(guò)大的體積也給用戶的運(yùn)輸和裝配帶來(lái)較大麻煩。隨著萬(wàn)瓦需求日益明顯，激光器廠家開(kāi)始思考如何降低整機(jī)體積。
初期的主要思路是提高單個(gè)激光模塊的功率，將過(guò)去3kW逐步提升到4kW、5kW，通過(guò)減少萬(wàn)瓦激光器的合束模塊數(shù)量來(lái)降低體積。然而在這一階段，突然減少的模塊數(shù)量及突然增加的單模塊功率，對(duì)激光器各核心的穩(wěn)定性提出了很大的挑戰(zhàn)。
當(dāng)上述挑戰(zhàn)被陸續(xù)克服，單模塊激光器的另一大優(yōu)勢(shì)開(kāi)始顯現(xiàn)——不用經(jīng)過(guò)合束的單模塊激光，光束質(zhì)量大為提升，在薄板加工、精密制造等領(lǐng)域比多模激光器性能明顯提升。于是，高功率單模塊激光器開(kāi)始成為獨(dú)立產(chǎn)品與激光設(shè)備進(jìn)行集成。
在這一階段，國(guó)內(nèi)激光器廠家針對(duì)單模塊激光器的應(yīng)用場(chǎng)景及光學(xué)特性，進(jìn)行了大量的優(yōu)化及改進(jìn)。經(jīng)過(guò)幾年努力，單模塊12kW激光器問(wèn)世。相比多模12KW激光器，單模塊12kW激光器體積減少約60％，重量減少約40％，且在某些材料上的加工能力堪比15kW。可以說(shuō)，這一階段的核心思路是：以更小體積的單模塊激光器，在部分應(yīng)用場(chǎng)景取代多模合束的激光器。
在追求更小體積的方向指引下，一些激光器廠家開(kāi)始構(gòu)思全新的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)了單模塊激光器的體積再縮小。以小型化產(chǎn)品線較為完善的凱普林舉例（凱普林將小型化產(chǎn)品命名為閃電系列，為方便敘事，下文將凱普林小型化產(chǎn)品統(tǒng)稱為閃電系列激光器）——
在原本體積就已經(jīng)很小的1500W、2000W功率段，閃電系列體積再度縮小40％、重量減輕25％，3000W功率段體積縮小近75％，重量減輕了50％。變化最為明顯的6000W功率段，閃電激光器體積縮小了近90％，重量也比舊款激光器減輕了近75％！而閃電系列的“老大哥”——閃電12KW光纖激光器，體積比舊款單模塊激光器縮小了75％，重量減輕了60％。
小型化激光器的開(kāi)疆拓土
可以說(shuō)，這種顛覆式的體積縮小對(duì)下游的影響巨大，最為明顯的當(dāng)屬手持激光焊市場(chǎng)。早期的手持激光焊接機(jī)，配備冷水機(jī)、老式的1000W單模塊激光器，柜箱體積達(dá)到1．05m?（相當(dāng)于一個(gè)老式洗衣機(jī)的體積）。隨著近幾年市場(chǎng)爆發(fā)以及用戶對(duì)便攜式的要求，更小、更便攜成為手持焊廠家的一致追求。經(jīng)過(guò)顛覆式“縮骨”的閃電系列激光器，讓一個(gè)后備箱裝兩臺(tái)手持焊接機(jī)成為可能。
對(duì)鈑金加工用戶而言，這種抽屜式設(shè)計(jì)的新形態(tài)，讓激光器能夠隨成套設(shè)備一體發(fā)貨，真正做到了拆機(jī)即用，并讓用戶跟傳統(tǒng)且占地的激光器空調(diào)房說(shuō)“拜拜”，還能節(jié)省30％以上設(shè)備安裝時(shí)間。
另一個(gè)引起人們關(guān)注的焦點(diǎn)在于，2022年海運(yùn)成本大幅上漲，拉高了出口企業(yè)的運(yùn)輸成本。激光器體積大幅縮小，意味著同一個(gè)集裝箱內(nèi)能裝載的激光器數(shù)量大幅增加，也意味著同樣數(shù)量的激光器所需要的集裝箱數(shù)量減少，能夠?yàn)槠髽I(yè)省下大量的運(yùn)費(fèi)。尤其是海外代理商，也能夠因?yàn)槲锪鞒杀窘档投@得更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
從目前的市場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)看，小型化激光器已經(jīng)初步被市場(chǎng)接受。凱普林發(fā)布閃電系列激光器的首年，該系列激光器便實(shí)現(xiàn)了近20000臺(tái)的銷量，并帶動(dòng)凱普林實(shí)現(xiàn)光纖激光器出貨量同比增長(zhǎng)300％的傲人戰(zhàn)績(jī)。可以說(shuō)，在當(dāng)下的小型化激光器賽道，凱普林已經(jīng)成為當(dāng)之無(wú)愧的領(lǐng)軍企業(yè)代表。
閃電激光器為什么能成功？
閃電系列激光器首發(fā)于2022年4月，但在幾年前凱普林董事長(zhǎng)陳曉華便已意識(shí)到未來(lái)激光行業(yè)一定會(huì)朝著更智能、更集成的方向發(fā)展。經(jīng)過(guò)幾年的用戶調(diào)研和市場(chǎng)分析，陳總逐步完善了Less is More的設(shè)計(jì)理念，并親自操刀對(duì)光纖激光器進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，最終形成了今天的閃電系列激光器。
閃電系列的核心理念是Less is More，也就是通過(guò)壓縮體積，削減多余空間，來(lái)獲得更多的應(yīng)用場(chǎng)景。而要踐行Less is More的理念，則必須遵循“三無(wú)原則”——無(wú)浪費(fèi)的材料，無(wú)浪費(fèi)的體積，無(wú)浪費(fèi)的工時(shí)。
通過(guò)核心理念及三無(wú)原則的指引，大大提升了從原料到成品的效率，也大大提升用戶的使用體驗(yàn)，滿足了用戶使用方便、節(jié)省運(yùn)輸成本、節(jié)省安裝空間的需求。而要真正實(shí)現(xiàn)成功，僅靠理念還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品而言，穩(wěn)定性可以說(shuō)是凌駕于其他任何指標(biāo)之上的考核標(biāo)準(zhǔn)。而在確保激光器穩(wěn)定方面，凱普林顯然下了一番功夫。
首先是泵浦源的穩(wěn)定。凱普林是國(guó)內(nèi)最早投身光纖激光器泵浦源研發(fā)的企業(yè)之一，經(jīng)過(guò)二十年的市場(chǎng)打磨，積累了非常雄厚的技術(shù)資產(chǎn)，并錘煉出“密集空間排列理論”。基于這一理論，凱普林研制了高功率、高亮度的第四代工業(yè)泵浦技術(shù)，這成為閃電系列激光器穩(wěn)定的核心保障。
其次，凱普林通過(guò)對(duì)激光器進(jìn)行高度集成化和模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)泵浦源、光路系統(tǒng)、熱控管理和電控系統(tǒng)全面升級(jí)，能夠有效降低熱管理的壓力。再輔以穩(wěn)定可靠的強(qiáng)制水循環(huán)熱控管理方案及冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得有源光纖散熱及整體結(jié)構(gòu)控溫的優(yōu)越性有效保障了激光器輸出功率和波長(zhǎng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
在智能化方面，凱普林閃電激光器接入物聯(lián)技術(shù)，通過(guò)藍(lán)牙集中控制功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)、工作參數(shù)，并進(jìn)行故障預(yù)警，從而降低設(shè)備故障率，提升設(shè)備穩(wěn)定性。
展望——小型化激光器的發(fā)展前景
上市首年便取得巨大成功的閃電激光器，證明了光纖激光器小型化路線在工業(yè)領(lǐng)域的可行性。可以預(yù)見(jiàn)的是，體積更小、更便攜的激光器將在不久的將來(lái)陸續(xù)登場(chǎng)，更多目前激光無(wú)法涉足的應(yīng)用場(chǎng)景也有望在小型化進(jìn)一步發(fā)展后，成為激光行業(yè)新的爆發(fā)點(diǎn)。
諸君不妨設(shè)想一下，當(dāng)筆記本電腦大小的萬(wàn)瓦激光器問(wèn)世后，對(duì)整個(gè)激光產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景及產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念會(huì)帶來(lái)怎樣的沖擊？切割機(jī)、手持焊接機(jī)還是現(xiàn)在的形態(tài)嗎？激光加工自動(dòng)化產(chǎn)線又將因?yàn)椴辉傩枰獑为?dú)的激光器位置發(fā)生怎樣的變化？這樣的超小型激光器與無(wú)人機(jī)相結(jié)合又會(huì)誕生怎樣的“殺器”？小型化的極限邊界在哪里？
