激光：最快的刀、最準的尺、最亮的光

激光基本原理：

受激輻射光放大Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

自發輻射、受激吸收、受激輻射

①原子(原子、離子和分子)系統出一個分立能級躍遷到另一個分立能級時，伴隨著輻射一個光子或吸收一個光子，所輻射或吸收光的頻率由玻爾(Bohr)關系式所確定：

②熱平衡狀態下，原子系統的原子分布，在較低能級上的布居數(粒子數密度)總多于較高能級上的布居數(如E2＞E1，有N1＞N2)。因此光輻射與原子系統作用時將引起光的吸收，系統將吸收光子的能量。

③對受激光放大，則要求原子系統儲存能量，即需由外部激勵提供能量(稱“泵浦”)，使電子由低能級躍遷到高能級，實現“布居數反轉”分布(即達到N2＞N1，也稱“粒子數反轉”)。

④當入射一光波(能量為的光子)時，光子將感應此具反轉分布的系統，引起一系列原子由高能級向低能級的躍遷，從而感應發射出大量的光子，使入射光能量呈數量級地被放大，即為受激光放大。

⑤表明，激光原子系統的發光機制，不同于一般原子系統的發光機制，其根本區別是：一個是受激輻射發光，一個是自發輻射發光；一個是各原子之間發光是相干的，一個是互不相干的。

激光的產生機理可以溯源到1917年愛因斯坦解釋黑體輻射定律時提出的假說，即光的吸收和發射可經由受激吸收、受激輻射和自發輻射三種基本過程。眾所周知，任何一種光源的發光都與其物質內部粒子的運動狀態有關。當處于低能級上的粒子（原子、分子或離子）吸收了適當頻率外來能量（光）被激發而躍遷到相應的高能級上（受激吸收）后，總是力圖躍遷到較低的能級去，同時將多余的能量以光子形式釋放出來。

如果光是在沒有外來光子作用下自發地釋放出來的（自發輻射），此時被釋放的光即為普通的光（如電燈、霓虹燈等），其特點是光的頻率大小、方向和步調都很不一致。

但如果是在外來光子直接作用下由高能級向低能級躍遷時將多余的能量以光子形式釋放出來（受激輻射），被釋放的光子則與外來的入射光子在頻率、位相、傳播方向等方面完全一致，這就意味著外來光得到了加強，我們稱之為光放大。

圖：激光產生機理：（左）受激吸收，（中）自發輻射，（右）受激發射

而激光的產生需要滿足三個條件：粒子數反轉、諧振腔反饋和滿足閾值條件。通過受激吸收，使處于高能級的粒子數比處于低能級的越多（粒子數反轉），還需要在有源區兩端制作出能夠反射光子的平行反射面，形成諧振腔，并使增益大于損耗，即相同時間新產生的光子數大于散射吸收掉的光子數。只有滿足了這三個條件，才有可能產生激光。

激光器的類型

在光源中，實現能級粒子數反轉是實現光放大的前提，也就是產生激光的先決條件。要實現粒子數反轉，需借助外來光的力量，使大量原來處于低能級的粒子躍遷到高能級上去，這個過程我們稱之為“激勵”。

我們通常所說的激光器，就是使光源中的粒子受到激勵而產生受激輻射躍遷，實現粒子數反轉，然后通過受激輻射而產生光的放大的裝置。激光器雖然多種多樣，但使命都是通過激勵和受激輻射而獲得激光。因此激光器通常均由激活介質（即被激勵后能產生粒子數反轉的工作物質）、激勵裝置（即能使激活介質發生粒子數反轉的能源，泵浦源）和光諧振腔（即能使光束在其中反復振蕩和被多次放大的兩塊平面反射鏡）三個部分組成。

激光器有多種分類方式，其中最著名的是固體，氣體，液體染料，半導體和光纖激光器。固態激光器介質是類似紅寶石棒或其他固體結晶材料，并且纏繞在其上的閃光管泵送其充滿能量的原子。為了有效地工作，固體必須摻雜，這是一種用雜質離子代替一些原子的過程，使其具有恰當的能級以產生一定精確頻率的激光。固態激光器產生高功率光束，通常是非常短的脈沖。相比之下，氣體激光器使用惰性氣體（即所謂的準分子激光器）或二氧化碳（CO2）作為介質的化合物產生連續的亮光。CO2激光器功能強大，效率高，常用于工業切割和焊接。液體染料激光器使用有機染料分子的溶液作為介質，主要優點是可用于產生比固態和氣體激光器更寬的光頻帶，甚至可“調諧”以產生不同的頻率。

按波長來分，覆蓋的波長范圍包括遠紅外、紅外、可見光、紫外直到遠紫外，最近還研制出X射線激光器和正在開發的γ射線光器；

按激勵方式不同，有光激勵（光源或紫外光激勵）、氣體放電激勵、化學反應激勵、核反應激勵等；

按輸出方式不同，有連續的、單脈沖的、連續脈沖的和超短脈沖等；

從功率輸出的大小來看，其中連續的輸出功率小至微瓦級，最大可達兆瓦級。脈沖輸出的能量可從微焦耳至10萬以上焦耳，脈沖寬度由毫秒級到皮秒級乃至飛秒級（1000萬億分之一）。

各式各樣激光器滿足不同的應用要求。如激光加工和某些軍用激光都要求高功率激光或高能量激光（即所謂強激光）。有的希望脈沖時間盡量縮短，以從事某些特快過程的研究。有的還對提高光的單色性、改善輸出光的模式、改善光斑的光強分布以及要求波長可調等提出了很高的要求。這些要求促使著激光器的研究者不斷探索，從而使激光器的探索深度和應用廣度得到前所未有的發展。

激光加工

利用激光的高強度（亮度）聚焦激光束在1ms內能發射100J的光能量，聚焦起來足以使材料在短時間內融化或汽化，從而對不同特性難以加工的材料進行加工處理，如：焊接、打孔、切割、熱處理、光刻等。

激光加工具有精度高、畸變小、無接觸、能量省等優點，其應用領域幾乎可以覆蓋整個機械制造業，包括礦山機械、石油化工、電力、鐵路、汽車、船舶、冶金、醫療器械、航空、機床、發電、印刷、包裝、模具、制藥等行業。其中關鍵零部件和精密設備的磨損和腐蝕都能很好地利用激光熔覆技術進行修復和優化，成為化腐朽為神奇的利器。

激光加工設備

激光加工設備行業屬于技術密集型行業，涵蓋光學、電子技術、機械設計與制造、自動化控制、計算機軟件開發與數字圖像處理、精密光學設計、視覺圖像處理、運動控制、光和材料作用機理等多學科領域。

激光加工設備結構設計及加工工藝領域的核心技術具體包括超高功率板材激光切割機技術、超大幅面板材激光切割機技術、板管一體激光切割機技術、超高速激光熔覆設備技術、激光切割加工工藝技術等；核心零部件領域的核心技術包括單/多模塊光纖激光器技術、光纖激光切割頭技術、激光加工數控技術等；激光加工自動化解決方案領域的核心技術包括自動上下料及切割一體化技術、卷料激光切割自動落料技術、鈑金成型技術等多項先進技術。

激光加工設備廣泛應用于汽車零部件、工程機械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔、煤炭開采及石油化工設備等領域的精密零部件制造，并逐步開始應用于新能源汽車、高端農機、航空航天等領域。

激光加工設備

激光加工設備的光源主要為光纖激光器，具備光電轉化效率高、光源穩定性強等特點。該類設備廣泛應用于金屬材料的切割、焊接及熔覆領域，其中激光切割、焊接設備主要面向汽車零部件、工程機械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔等行業，激光熔覆設備主要面向煤炭開采及石油化工、冶金、電力等行業。

激光加工技術概況

激光是指窄幅頻率的光輻射線通過受激反饋共振與輻射放大產生的準直、單色、相干的定向光束。作為一種新光源，激光以其方向性好、單色性好、相干性好、能量密度高等特點，在工業、信息、醫學、商業、科研、軍事等多個領域都得到了廣泛的應用。

激光在工業上的應用主要體現在利用激光束與物質相互作用的特性對材料進行加工處理，激光加工按激光束對材料的作用效果可劃分為激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光清洗、激光打標等。激光加工技術憑借其精度高、速度快、加工效果好等優勢正逐步實現對傳統加工技術的替代，并成為國家大力支持和推廣的高新技術之一。在當前全球經濟逐步回暖、制造業投資顯著增加以及智能制造加速推進的大背景下，激光加工技術下游應用的深度和廣度將得到進一步擴展。

（1）激光加工技術具備可加工材料范圍廣、加工效率高、加工精度高、工件形變小等優勢，可廣泛運用于工業領域

截止目前，激光加工技術已被廣泛應用于工業、信息、醫學、商業、科研、軍事等領域。在工業領域，激光加工可用于多種金屬、非金屬材料的加工，尤其是高硬度、高脆性以及高熔點的材料。激光加工相較傳統加工方式具有可加工材料范圍廣、加工效率高、加工精度高、工件形變小等優勢，是對傳統加工技術的革新，可推動傳統制造業全面轉型升級和跨越發展。

從應用領域來看，激光加工可細分為激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光清洗、激光打標等，激光加工技術在以上領域均展現出突出優勢。

激光切割

利用激光聚焦后產生的高功率密度能量來完成切割。激光器產生的特定能量密度的光束，通過光路傳導及反射并經過聚焦透鏡組聚焦在生產物體的外表上面，形成高能量光斑，以瞬時高溫融化或氣化被加工材料。與傳統的切割方式相比，激光切割具有環保無污染、精度良率高、速度快、生產成本低等明顯優勢

激光焊接

焊接過程屬熱傳導型，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。最后液態熔池重新冷卻凝固，形成焊接區域，實現材料的焊接效果。無需電極和填充材料，可實現精準加熱，焊接時無接觸，焊接區受污染小，可對高熔點、厚度大的金屬材料進行焊接

激光熔覆

是一種新的材料表面改性技術，它通過在基材表面添加熔覆材料，并用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成冶金結合的添料熔覆層。采用激光熔覆方式加工的熔覆層稀釋程度低但結合力強，與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點

激光清洗

通過用激光束照射從固體（或液體）表面去除材料的過程。在低激光通量下，材料被吸收的激光能量加熱并蒸發或升華。在高激光通量下，材料通常會轉換為等離子體。通常，激光燒蝕是指用脈沖激光去除材料，如果激光強度足夠高，則可以用連續波激光束燒蝕材料。與機械摩擦清洗、化學腐蝕清洗、液體固體強力沖擊清洗、高頻超聲清洗等傳統清洗方法相比，激光清洗具有綠色環保、無研磨、無接觸、清洗效率高以及運行成本低等特點

激光打標

利用高能量密度的激光聚焦于材料表面，使表層材料汽化或發生顏色變化的反應，從而留下永久性標記的一種打標方法。激光打標能夠打出各種文字、符號和圖案，精密程度能夠從毫米到微米量級，可用作防偽標識。激光打標的特點是非接觸加工，工件不產生任何機械應力，適用于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材等材料的標記

（2）激光加工技術特點順應高端制造、精密制造趨勢，正加速實現對傳統加工方式的替代

激光加工技術憑借可加工材料范圍廣、加工效率高、加工精度高、工件形變小等優勢，在材料切割、焊接、增材制造、噴碼打標等領域正逐步取代傳統加工工藝，并被廣泛應用于材料加工與光刻、通信與光存儲、儀器與傳感器、醫療與美容、科研與軍事、娛樂及打印等領域。此外，激光加工數控工業軟件還可與計算機數控技術、機械自動化技術等相結合，組成智能激光加工裝備，實現對不同材質、不同形狀及不同體積的材料的精密加工。

當前國家大力支持傳統制造業向高附加值、高技術壁壘的高端制造及精密制造轉型升級，同時，隨著激光技術的進步與快速迭代，激光加工設備的成本逐步下降，預期激光加工技術將加速在制造業諸多領域全面取代傳統加工技術，大幅提升工業生產效率，推動制造業的轉型升級。

（3）經過長期技術積累和產業化應用實踐，激光加工行業已形成完善的產業鏈體系

經過長期技術積累和產業化應用實踐，激光加工行業已形成完善的產業鏈體系。產業鏈上游主要包括光學材料和元器件、機械、數控、電源及輔助材料等，中游主要為各種激光器及其配套裝置與設備，下游則以激光應用產品、激光制造設備、消費產品為主。

激光加工設備行業發展現狀及趨勢

激光加工技術作為對傳統加工技術的替代，具有應用廣泛、市場規模廣闊的特點，其下游行業囊括廣大工業制造業領域，行業周期與整體宏觀經濟周期存在一定正相關性。

總體上看，我國激光加工設備行業近年來發展迅速，但在核心技術水平及應用滲透率等方面較發達國家仍存在一定差距。作為實現傳統制造業向智能制造邁進的核心技術之一，國家高度重視并大力支持激光加工技術的產業化發展，并為進一步擴大應用范圍提供政策引導，持續推動我國制造業生產方式和制造工藝的轉型升級。當前，我國激光加工設備行業發展現狀及趨勢如下：

（1）核心零部件逐步實現國產化

激光器是激光加工設備的核心部件，而激光器核心器件包括泵浦源、光學諧振腔等，由于其技術壁壘較高，導致長期以來我國激光器核心器件的進口依存度較高。為降低對激光器核心部件的進口依賴和生產成本，近年來國內廠商紛紛加大自主研發力度，投入更多科研資源，我國激光器行業逐漸步入快速成長階段，國產化程度逐年提升。

以光纖激光器為例，根據《2022中國激光產業發展報告》，從市場滲透率來看，在1-3KW功率段光纖激光器市場，2022年國產光纖激光器市場份額預計將達到97.3%，已基本實現國產化；在3-6KW功率段光纖激光器市場，國產激光器滲透率由2018年的15.8%迅速提升至2022年（預計）的95.7%；在6-10KW功率段光纖激光器市場，2022年國產滲透率預計將達到58.6%。在10KW以上功率段光纖激光器市場，國產激光器滲透率更是從2018年的5.7%快速增長至2022年（預計）的64.1%。

隨著國內激光器企業綜合實力的增強，國產激光器與國際技術差距逐步縮小，低功率激光器已基本實現國產替代，中功率、高功率光纖激光器國產化率快速提升。未來隨著技術差距的進一步縮小，預計國產激光器功率和性能將逐步提高，高功率段光纖激光器領域的國內外品牌競爭將愈演愈烈，激光設備核心零部件的國產化率也將進一步提升。

（2）激光加工設備行業下游應用領域廣泛，持續向高功率、短波長、窄脈寬方向發展

隨著我國國民經濟的快速發展與國家戰略的深入實施，工業生產中各類金屬、非金屬工件的加工需求持續旺盛。隨著激光技術的進步及對傳統加工工藝的替代，近年來激光加工設備的應用領域快速拓展，國內激光加工設備市場迎來高速增長期。

目前，激光加工設備廣泛應用于汽車零部件、工程機械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔、材料加工與光刻、航空航天、通訊與光儲存、醫療美容等多個行業。具體而言，在宏觀加工領域，汽車、工程機械、航空航天器等領域大型加工件的切割、焊接可通過激光加工方式實現，相較傳統加工方式可大幅提高加工效率和加工精度；在微觀加工領域，激光加工覆蓋半導體、LED、OLED、液晶顯示等領域的精密加工環節。整體上看，激光加工具有精度高、效率高等顯著優勢，在諸多加工領域替代傳統加工設備，一方面其廣泛應用顯著促進了下游產業鏈的協同發展，同時催生了新的產業形態，另一方面下游應用領域的不斷拓展亦促進了激光加工技術的持續優化升級。

根據《2022中國激光產業發展報告》數據，2021年我國激光加工設備行業市場規模達到821億元，預計2022年國內激光加工設備行業市場規模將達到876億元。隨著傳統制造業轉型升級的進一步推進以及激光技術不斷發展成熟，各行業對激光加工設備的需求將不斷增長，激光加工設備市場將迎來較長的發展機遇期。

此外，在國內制造業轉型升級不斷深化的背景下，為更好的滿足高端制造業日益增長的高強度加工、精密加工需求，激光技術不斷向高功率、短波長、窄脈寬方向發展。更高的功率能夠提高設備對工件的加工速度和強度，提升加工效率；波長更長可使激光束集聚性更好，在加工中形成更小的光點，提升加工精度；更窄的脈寬能夠降低加工時對工件表面的損傷，從而使加工的效果得到優化。

（3）激光加工設備日趨數字化、智能化

當前全球已步入數字經濟時代，隨著信息技術發展和跨領域應用逐漸增加，其與制造業的融合日趨緊密，推動制造業不斷向著云化、智能化方向發展，其中工業互聯網是重要的實現方式。在此背景下，處于制造業前端的激光加工設備已不僅僅是獨立運行的工業機器，而是通過結合工業互聯網技術與激光加工技術，可實現生產計劃管理、設備在線監控和維護、故障在線診斷等一系列功能的數字化設備，可幫助生產企業提升效率、降低成本。未來隨著各類信息技術與激光加工技術進一步結合，激光加工設備將能夠更好的為制造業企業轉型升級提供支持。

此外，通過激光技術與數控技術的融合還可使激光加工設備具備對加工流程的分析、判斷、執行等能力，從而更好地實現制造流程的自動化、智能化。目前，市場上主流的激光切割、焊接、熔覆設備已可通過數控系統和自動化傳動裝置實現對加工頭運行、出光的精準控制，而數控系統還能夠實現整個激光加工生產線中各臺設備間的協調高效運行，在減少人力成本的同時，進一步提升加工效率和品質。未來隨著國家智能制造戰略的進一步落地，我國激光加工設備領域持續向數字化、智能化發展將成為必然趨勢，也將有更多智能化激光加工設備涌現并應用于國民經濟的各領域，推動制造業向著智能制造方向發展。

（4）激光加工設備日趨集成化、柔性化

隨著國民經濟日益發展，裝備制造業下游客戶的應用場景和個性化加工需求日趨增多，要求激光加工設備具備更廣闊的適用領域和更完善的協同加工能力以滿足客戶的多元化需求。在生產實務中，功能單一的激光加工整機設備已逐漸無法滿足制造業企業精密、復雜工件的加工需要，因此，采用產線集成化設計、模塊柔性化生產，能夠根據客戶需要實現多環節、多工序加工的激光加工智能制造生產線日益受到制造業企業的青睞。相較僅能完成單一加工環節的單臺激光加工設備，激光柔性加工生產線可根據客戶需要完成包括切割、折彎、焊接、熔覆、打標、智能搬運與碼垛等在內的多道工序，幫助客戶大幅提升整體生產效率。預計集成化、柔性化將成為未來激光加工設備行業新的發展方向和機遇。

（5）激光加工設備應用領域不斷拓展

隨著激光技術的持續進步，激光加工設備的應用場景不斷拓展。面對不同領域日新月異的加工需求，激光加工技術還可與其他眾多技術融合，進而孕育出新興技術和產業。近年來，激光加工技術越來越多地滲透進入材料加工與光刻、高端工程機械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔、航空航天、通訊與光儲存、醫療美容等工業及消費領域，上述領域未來廣闊的發展空間為激光加工設備提供了廣闊的發展機遇。

激光加工設備細分行業簡介

（1）激光切割簡介及應用

①激光切割技術概述

激光切割技術是利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而將工件割開。激光切割具有切割質量好、切割效率高、切割速度快、非接觸式切割、可切割材料種類多等優勢。

②激光切割行業市場規模

根據《2022中國激光產業發展報告》數據，2021年我國激光加工設備行業市場規模達到821億元，其中激光切割設備為激光加工技術的第一大應用領域，市場規模達280.1億元，占比高達34%。預計2022年國內激光加工設備行業市場規模將達到876億元，其中激光切割設備行業市場規模預計將達到300億元。

③激光切割應用市場廣泛且不斷拓展

我國激光切割設備應用的終端行業廣泛，最主要應用于工業材料加工和通信存儲行業，其次是醫療美容、科研軍事等領域。

在材料加工領域，切割是不可或缺的重要工藝之一。過去由于激光加工設備成本高昂，激光切割在制造業滲透率較低，而近年來隨著激光切割設備成本的不斷下降和激光切割性能的不斷提升，激光切割逐步取代傳統切割方式，在汽車零部件、工程機械、橋梁建筑模板、裝配式建筑、特變電輸送鐵塔、航空航天、通訊與光儲存、醫療美容及其他更多領域獲得廣泛的運用。

在汽車零部件行業，激光切割設備可應用于汽車五金零件、汽車車身、車門框后備箱、車頂蓋、安全氣囊、保險杠、中控板、立柱、座套、地毯等金屬和非金屬板材、管材的平面切割和三維立體切割；在工程機械行業，激光切割設備可應用于碳鋼、中厚板或超厚板切割、鈑金件預留工藝豁口、制作鈑金樣板和鉆孔樣等；在特變電輸送鐵塔行業，激光切割設備可應用于板材和管材下料、制孔、打標識、開坡口等生產工序。幾乎在所有需要材料切割的領域，激光切割均可以滿足相應需求，下游應用行業廣泛。

（2）激光焊接簡介及應用

①激光焊接概述

激光焊接利用激光束優異的方向性和高功率密度等特性進行工作，通過光學系統將激光束聚焦在很小的區域內，在極短的時間內使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區，從而使被焊物溶化并形成牢固的焊點和焊縫。

激光焊接根據焊接作用深度，可分為熱傳導焊和深熔焊；根據激光是否透過被焊物料，分為穿透焊和縫焊；根據使用激光的工作模式分為脈沖模式焊接和連續模式焊接。各類激光焊接技術及工藝具體如下：

②激光焊接行業市場規模

隨著激光焊接在汽車制造、新能源電池、數碼加工、精密加工等領域應用的崛起，國內激光焊接設備市場規模不斷擴大。根據《2022中國激光產業發展報告》，近年來受新能源汽車、鋰電池、半導體及新興市場的需求驅動，同時受益于激光功率的不斷提升和激光器價格的下降，激光焊接設備在各行業滲透率不斷提高。2021年中國激光焊接成套設備市場銷售收入為66.5億元，同比增長29.9%，預計2022年將突破80億元。

③激光焊接在多方面領先傳統焊接技術，下游應用廣闊

相比電阻焊、釬焊、氬弧焊、等離子焊和超聲波焊接等傳統焊接技術，激光焊接的主要優勢在于：

A.能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊縫深寬比大；

B.激光束易于聚焦、對準及受光學儀器所導引；

C.熱輸入量低，熱影響區小，工件殘余應力和變形小；

D.焊接能量可精確控制，焊接效果穩定，焊接外觀好；

E.非接觸式焊接，光纖傳輸，可達性較好，自動化程度高；進行薄材或細徑線材焊接時，無電弧焊接般的回熔現象；

F.能為各種材料組合提供高強度焊接，是唯一可將電鍍鎳焊接至銅材料上的技術。

在汽車零部件行業，激光焊接設備已廣泛應用于汽車車身、車頂、底盤、車門、發動機蓋、發動機架、排氣管、儀表盤、電池組焊接等各種結構和零部件的平面焊接和三維立體焊接，顯著提升了汽車制造水平和品質，為實現汽車輕量化、高強度創造了條件；在工程機械行業，激光焊接設備可應用于大尺寸碳鋼、厚板、薄板、高強度結構件焊接等；在特變電輸送鐵塔行業，激光焊接設備的應用場景主要包括塔角焊接、結構件焊接等。

激光焊接設備自動化程度高，焊接速度快，可以大幅提升焊接效率和質量，在大規模產線和柔性制造中都對社會資源優化分配、社會效率提升方面擁有重要意義。

（3）激光熔覆簡介及應用

①激光熔覆技術概述

激光熔覆技術，又稱激光增材制造技術，是一種以激光為能量源的增材制造技術，采用高能量激光作為熱源，金屬合金粉末作為熔覆材料，通過激光與合金粉末同步作用于金屬表面快速融化形成熔池，再快速凝固形成致密、均勻并且厚度可控的冶金結合層，從而達到顯著改善工件的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能，或達到修復工件表面尺寸、強化延長壽命的效果。

激光具有能量密度高的特點，可實現難加工金屬的制造，同時激光增材制造技術還具有不受零件結構限制的優點，可用于結構復雜、難加工以及薄壁零件的加工制造。目前，激光增材制造技術所應用的材料已涵蓋鈦合金、高溫合金、鐵基合金、鋁合金、難熔合金、非晶合金、陶瓷以及梯度材料等，在航空航天領域中高性能復雜構建和生物制造領域中多孔復雜結構制造具有顯著優勢。

根據材料在沉積時的不同狀態，激光增材制造技術分為定向能量沉積和粉末熔覆兩類，具體如下：

②激光熔覆行業市場規模

根據《2022中國激光產業發展報告》數據，2021年我國激光熔覆設備行業市場規模達42.9億元，預計2022年將達到48.1億元。

③激光熔覆在多方面領先傳統表面處理工藝，發展前景廣闊

激光熔覆技術可以顯著改善工件的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能，或達到修復工件表面尺寸、強化延長壽命的效果，可以替代TIG電弧增材、超高速火焰噴涂、等離子噴涂、電鍍硬鉻等傳統表面處理工藝。激光熔覆技術的優勢對比如下：

此外，激光熔覆還具有顯著的成本優勢和效率優勢，修復成本顯著低于重置成本，同時大大縮短維修時間，解決了企業成套設備連續可靠運行所必須解決的轉動部件快速搶修難題。激光熔覆設備在煤炭開采行業主要應用于礦用綜采支架立柱的中缸及活柱的維修及強化等；在石油化工行業中主要應用于石油勘探、開采設備葉輪、大型轉子、輪盤、軸套、軸瓦等貴重耗損件的修復、強化；在航空工業領域可用于航空發動機葉片、葉輪和空氣密封墊等飛機零部件的修復。

我國是裝備制造大國，十四五期間以智能制造、新能源汽車、海洋工程裝備、軌道交通裝備、航空航天裝備為代表的高端裝備制造業快速發展。在海洋裝備、軌道交通裝備制造等領域中，涉及到磨損及腐蝕失效的各種軸類、鐵軌均可以利用激光熔覆技術進行表面強化，提高零部件的耐磨、耐腐蝕性能，延長使用壽命。對于失效零部件，激光熔覆可以實現綠色、無污染修復，實現節約成本、節能、節材、降耗。激光熔覆未來將逐步替代電鍍、噴涂和電弧增材等傳統修復方式應用到煤炭開采、石油化工、海洋裝備、軌道交通等高端裝備制造行業中，市場空間廣闊。

經過多年發展，目前小型、低功率的激光切割設備已成為行業內成熟產品，產品附件值逐漸走低，市場競爭日益激烈。但對于大型高功率加工設備、核心零部件、應用于特定高精尖領域的加工設備、智能制造生產線等產品，因其對激光設備廠商的跨學科、多領域綜合技術研發實力、產品定制化設計開發能力要求較高。

激光器國產替代帶來成本優勢

隨著銳科激光、創鑫激光等國內激光器廠商日益發展壯大，國產激光器的市場認可度逐漸提升且正在加速對進口激光器的替代。根據《2022中國激光產業發展報告》，在1-3KW功率段光纖激光器市場，2022年國產光纖激光器市場份額預計將達到97.3%，已基本實現國產化；在3-6KW功率段光纖激光器市場，國產激光器滲透率由2018年的15.8%迅速提升至2022年（預計）的95.7%；在6-10KW功率段光纖激光器市場，2022年國產滲透率預計將達到58.6%；在10KW以上功率段光纖激光器市場，國產激光器滲透率更是從2018年的5.7%快速增長至2022年（預計）的64.1%。而德國通快產品通常搭載其自產或IPG等激光器，相較之下國產激光器成本優勢顯著。

行業內的主要企業

（1）德國通快

德國通快成立于1923年，總部位于德國迪琴根，是全球工業生產機床和激光領域的技術領導者之一。德國通快業務領域涵蓋機床、激光技術、電器及醫藥技術，核心業務為柔性與精密鈑金加工，具體包括激光加工、沖壓與成型、金屬折彎等。歷經數十年發展，德國通快已成長為一家在全球擁有超過13,000名員工的大型跨國企業集團。2021/22財年，德國通快銷售額達到42.23億歐元。

（2）瑞士百超

瑞士百超成立于1964年，總部位于瑞士恩茨。瑞士百超于1981年開始致力于激光切割領域的研發生產，是全球領先的激光切割設備、折彎設備以及水切割設備制造商。瑞士百超主要產品包括高功率光纖激光切割機（2-10KW）和中功率光纖激光切割機（2KW以下）。瑞士百超2022年凈收入為10.16億瑞士法郎。

（3）大族激光（002008.SZ）

大族激光成立于1999年，2004年在深交所上市。大族激光是全球領先的激光加工設備生產商，主要從事激光加工設備的研發、生產和銷售業務。大族激光2022年末總資產為319.12億元，凈資產為154.16億元，2022年營業收入149.61億元，凈利潤為12.82億元。

（4）華工科技（000988.SZ）

華工科技成立于1999年，2000年在深交所上市。華工科技是華中地區首家以高校產業重組上市的高科技企業，主要從事激光器、激光加工設備及成套產線、激光全息綜合防偽標識及包裝材料、敏感電子元器件、光通信器件與模塊等產品的研發、生產和銷售。華工科技2022年末總資產為167.93億元，凈資產為82.63億元，2022年營業收入120.11億元，凈利潤為8.91億元。

（5）海目星（688559.SH）

海目星成立于2008年，2020年在上交所上市。海目星主要從事動力電池、消費電子、鈑金加工等領域激光及自動化設備的研發、生產和銷售業務。海目星2022年末總資產為88.69億元，凈資產為20.39億元，2022年營業收入41.05億元，凈利潤為3.75億元。

（6）聯贏激光（688518.SH）

聯贏激光成立于2005年，2020年在上交所上市。聯贏激光主要從事精密激光焊接機及激光焊接自動化成套設備的研發、生產和銷售。聯贏激光2022年末總資產為56.61億元，凈資產為17.80億元，2022年營業收入28.22億元，凈利潤為2.67億元。

（7）宏石激光

宏石激光成立于2009年，是國內領先的激光切割設備供應商。宏石激光主要從事激光切割設備的研發、生產和銷售業務。宏石激光2021年末總資產為16.19億元，凈資產為6.52億元。2021年營業收入為23.64億元，凈利潤為2.61億元。宏石激光2022年末總資產為18.62億元，凈資產為8.94億元，2022年營業收入19.57億元，凈利潤2.31億元。