激光作为一种性能突出的特种光束,用处多到了无法一一列举的地步,它既可以切割、又可以焊接、还可以测量、打标,在通信、工业加工、医疗、美容等无数个行业都极具实用价值。
激光切割作为激光加工的重要场景之一,激光切割设备成为了高精度开料、工件切削成型的重要工具。近年来,被金属加工行业广泛运用。
三维激光切割机为经济快速发展提供巨大帮助,在切削工艺上做着令人叹为观止的事。汽车、航空航天和机车车辆等行业里用到的三维激光切割机被誉为是激光加工设备里的皇冠上的明珠。
一、三维五轴激光加工设备
根据QYR(恒州博智)的统计及预测,2021年全球三维五轴联动激光加工设备市场销售额达到248.67百万美元,预计2028年将达到433.19百万美元,年复合增长率(CAGR)为7.46%(2022-2028)。地区层面来看,中国市场在过去几年变化较快,2021年市场规模为68.30百万美元,预计2028年将达到140.67百万美元,年复合增长率(CAGR)为9.76%(2022-2028)。
三维激光切割机应用范围非常广泛,主要在大型零件加工、汽车、航空航天、机车车辆、工程机械、农机、涡轮组建、白色家电等行业的小批量、原型件的加工以金属热成形件的批量加工。
以汽车行业为例,覆盖件研制是汽车开发最重要的环节之一,一般需要开模具来完成下料、压延、切边和冲孔等工序。每道工序都需要制造对应的模具冲压,而这些模具研制和调试是需要大量时间的,这往往会制约汽车整车的开发速度。而三维激光切割机在覆盖件完成下料、压延和整形之后,可完成切边和冲孔等工序。
三维激光切割的热影响区小、切口平滑且无毛刺,无须对切口进行后续处理便可直接使用。这样就能在全套模具没有完成之前,就能生产出完整的汽车覆盖件,加快汽车新产品的开发周期。
目前全球主要厂商包括通快集团,普瑞玛, 华工激光,小松,BLM Group等,2021年主要厂商份额占比超过65%,预计未来几年行业竞争将更加激烈,尤其在中国市场。国内企业发展迅速,近几年来纷纷布局应用于热成型领域的三维五轴激光加工设备,其中楚天激光已经实现了完全自主设计制造。
二、三维激光切割机一直被少数企业垄断,技术难点在哪?
二维激光切割机切割板材,三维切管机切割管材和型材,加工的对象的形状都是相对规则的,三维激光面对的加工对象要复杂得多。以汽车覆盖件为例,零件形状是尺寸较大的立体结构件,多是复杂曲面,零件上还有大量的工装夹具,这意味着切割轨迹复杂,精确定位难度高,程序计算量大,
因为切割头要随时调整角度,保证和切割面垂直切割,同时还要避免切割头碰撞到工装夹具和零件。
此外,汽车加工是大批量生产方式,对效率要求高,冲压之后,零件往往有回弹变形,和产品的CAD数模存在误差,不同批次的零件还存在加工误差,但是汽车零件加工的精度和一致性又要远超大部分行业。切割过程中,切割是否高效稳定,是否过烧、挂渣,切割面的是否足够光滑,切口宽度和锥度是否达标等都是需要关注的事情,对激光切割机的软件和硬件都有极高的要求。
三维激光切割设备主要有两种:三维激光切割机床和激光切割机器人,三维激光切割机床的刚性好、加工速度快、加工精度高,只是激光切割头的操作空间受到一定限制,接近加工区域的能力较差一点;激光切割机器人灵活性高,激光头能接近切割区域,但在加工速度和加工精度上不及三维激光切割机床。所以全世界的汽车行业还是以三维激光切割机床为主。
三、行业发展机遇及主要驱动因素
1、下游应用带来的广泛需求
三维五轴激光切割技术在上世纪90年代就已出现,起初市场需求量并不大。但随着汽车热成形技术的出现及应用,改变了市场需求量少的状况,市场需求呈爆炸式发展。
2、各大企业研发投入不断增加
三维五轴激光切割机一定程度上代表着全球数控机床的最高技术水平,具有广泛的应用前景和市场前景。因此,各大企业纷纷加大研发投入来抢占市场。
3、技术进步
各大生产商积极响应客户需求,同时也为了保持自身产品的竞争力而不断进行技术迭代升级,产品核心零部件切割头逐渐满足高性能、轻量化需求,自动调焦、三点定位、快速穿孔、智能防碰撞等功能,真正实现智能化、高效率、低能耗的柔性化加工。技术进步进一步拓宽了应用范围。
4、国家政策的支持
随着后疫情时代全球经济的回暖,制造业投资明显加速,激光设备、工业自动化等行业景气度不断提升,激光加工技术凭借速度快、精度高、加工质量好等优势逐步替代传统加工手段,成为所有国家重点支持和推动应用的高新技术之一。