圖 2 全球激光源市場產(chǎn)值

相較于 2017 ～ 2018 年全球制造業(yè)景氣高增長，2019 年反而在加工應(yīng)用方面呈現(xiàn)一個小幅減少的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象可以從圖 3 加工用激光源營收看出。在《Laser Focus World》與《Industrial Laser Solution》前一年的產(chǎn)業(yè)預測與觀察認為，貿(mào)易戰(zhàn)爭對全球制造業(yè)產(chǎn)生不小的影響，但是對于主要的激光源及設(shè)備制造商而言，因為已經(jīng)發(fā)展成為制造場所分散的跨國公司，分散生產(chǎn)已經(jīng)成為各主要公司的對應(yīng)策略，但是在2019 年真正面臨到貿(mào)易戰(zhàn)與關(guān)稅帶來的影響時，部分激光應(yīng)用領(lǐng)域正處于不小的衰退當中，造成激光加工應(yīng)用領(lǐng)域整體表現(xiàn)下滑。特別是對于大功率激光源，隨著 2019 年市場的緊縮與中國市場的飽和，大功率激光源單價正在下降，加上機床市場減弱，緊緊靠著 6kW 以上的大功率激光源支撐市場。2020 年全球遭遇疫情沖擊之際，對于長期采用低單價相關(guān)零件模塊 ( 如 50W 以下的激光源及其光路組件等 ) 的激光設(shè)備，其供貨程度會受到影響，相對的國產(chǎn)激光設(shè)備以精微激光加工設(shè)備為多數(shù)，多數(shù)采用歐美日精密模塊零件，因此預估在光電半導體應(yīng)用的激光精微加工市場部分將不受太大影響。

圖 3 全球加工用激光源產(chǎn)值

全球激光源最大應(yīng)用市場“材料加工”

從圖 4 的激光源應(yīng)用市場數(shù)據(jù)來看，材料加工 ( 占 33%) 已經(jīng)是全球激光源最大的應(yīng)用市場，未來隨著制造業(yè)的需求不斷增加，材料加工用激光源市場將有持續(xù)的增長空間。根據(jù)《Laser Focus World》的看法，目前材料加工所使用的激光源以光纖激光源為主，其次是直接二極管激光源 (Direct Diode Laser) 因應(yīng)高功率 (>1kW) 加工市場的高占比而逐年增長。在高功率加工市場方面，2019 年市場規(guī)模約為 29.7 億美元，為全球最大激光源應(yīng)用市場，國際市場預測未來將持續(xù)引領(lǐng)增長，其中以金屬切割為高功率加工最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，2019 年約有 20.9 億美元，比2018 年增長 1%，其主要原因在于目前高功率激光源因為競爭緣故，激光功率規(guī)格不斷的提高，在數(shù)年前普遍常見的 1 ～ 2kW 功率已經(jīng)被 3 ～ 4kW 激光源取代，而更多配備 4 ～ 6kW 以上的激光切割機更是不斷的出現(xiàn)在市場上，這樣的增長與進步將會帶動金屬加工產(chǎn)業(yè)制程上的變動，好處是對應(yīng)用端而言，產(chǎn)品的制作更加快速、質(zhì)量更加優(yōu)良、成本可能降低，壞處是對加工廠而言，將會造成殺價競爭與設(shè)備競賽造成的成本墊高，因此未來幾年，激光功率的提升將會是金屬切割應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的焦點。高功率加工領(lǐng)域其次的應(yīng)用是金屬焊接，因為 2019 年全球金屬焊接市場需求大增，從 2018 年 13% 占比提高到 18% 占比，其原因在高功率的金屬焊接在未來的新能源車產(chǎn)業(yè)將會有大量的應(yīng)用機會，特別是針對電池組件與系統(tǒng)的加工及高剛性車體焊接等加工應(yīng)用，預估將會有大量的增長機會，這個現(xiàn)象可以從 2019德國慕尼黑激光展當中，許多廠商展出激光焊接用的藍光激光源，Nunuru、Laserline 更展出千瓦等級的藍光激光源觀察到激光焊接應(yīng)用的增長。

圖 4 2019 全球激光源應(yīng)用領(lǐng)域及材料加工用激光源分布

在微加工市場方面，2019 年全球激光微加工市場規(guī)模大約為 13.4 億美元，稍微下降 8.8%。目前激光微加工最大的應(yīng)用市場仍在光電半導體 /PCB/顯示器等產(chǎn)業(yè)，特別是新興的 5G 通信及自駕車產(chǎn)業(yè)需求。市場上對于 5G 高速通信的期望在以高頻、緊致的電子元件滿足工業(yè) 4.0 智能制造產(chǎn)業(yè)需要的高速實時數(shù)據(jù)交換，需要新興技術(shù)針對高頻基材、復合基板等功率半導體進行高效率高良率的加工，另外，高速精密金屬加工的需求也隨著上述應(yīng)用制程中的需要而增加，特別是金屬模具的高速精微切割與焊接。另一個在激光微加工應(yīng)用領(lǐng)域受注目的是，顯示產(chǎn)業(yè)的吸睛產(chǎn)品 Mini-LED/Micro-LED，加上OLED 顯示器的需要，相關(guān)制程技術(shù)所使用的激光源也跟著快速發(fā)展起來，正由于如此，皮秒、飛秒等級的脈沖超快激光源成為此產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的主要激光源，加入傳感器與精準光束控制的模塊搭配超快激光源，正提供光電顯示器產(chǎn)業(yè)一個高速發(fā)展的解決方案。

慕尼黑國際激光展一窺激光制造趨勢

全球激光產(chǎn)業(yè)的指針展覽，兩年一度為期四天的國際激光展(Laser World of Photonics2019)于德國慕尼黑展開，全球激光的發(fā)展趨勢通常可以從這個兩年一度的展覽當中看出端倪，2019 年的展覽當中有兩大重點，分別為激光加工在智能制造與電動車的應(yīng)用。

在此次展覽的研討會”Laser Material Processing”當中，激光源領(lǐng)導廠商 Coherent 發(fā)表如何透過軟件仿真與建模，將激光加工過程中光束與材料的作用機制與各種參數(shù)的變化做預測，以降低加工過程所耗費的大量時間，同時可提升加工良率與加工質(zhì)量。

Coherent使用激光絲化技術(shù)加工玻璃，透過模擬比較不同的光束行徑與絲化，發(fā)現(xiàn)絲化的構(gòu)成處于動態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象，而切割表面比較粗糙的玻璃可以得到更好的絲化效果。因此對于激光導入智能制造上，透過仿真預測、拓樸優(yōu)化及在線量測的整合，將帶來激光智能制造的虛實整合趨勢。

由于電動車有望成為下一代汽車產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展趨勢，而汽車的能源、動力將成為關(guān)鍵因素，馬達與電池就變得非常重要，激光加工在電動車上有比傳統(tǒng)汽車更多的應(yīng)用空間。在會展中，激光源領(lǐng)導廠商 Coherent 與 TRUMPF皆展出激光在電動車上的應(yīng)用概念。激光加工在汽車上應(yīng)用涵蓋相當廣泛，包含后車廂蓋、車身、照后鏡玻璃、電池外殼、電池芯、電動馬達、安全氣囊、傳動元件、塑料件、傳感器、照明設(shè)計、駕駛艙等等，目前大約 50% ～ 70%的汽車零件是使用激光制程完成。與傳統(tǒng)汽車相比，激光可以達到精微細準的超細致加工，在馬達與電池組件的焊接制程上將扮演重要角色。除此之外，應(yīng)用于電池組件的非鐵金屬焊接技術(shù)，例如更適合焊接銅、鋁金屬的藍光激光源及其焊接設(shè)備也有展出，未來這些激光系統(tǒng)將會大量應(yīng)用造汽車產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)在線。

激光朝高值整合及智慧化發(fā)展

從激光產(chǎn)業(yè)與激光展覽的趨勢來看，未來近幾年主要的激光技術(shù)將會隨著 5G 通信、高亮度固態(tài)顯示器、自駕車、新能源車等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展扮演重要的角色，因此無論是高功率激光或是超快激光，其切割焊接等技術(shù)都將成為不可或缺的技術(shù)一環(huán)，也將輔助推動這些產(chǎn)業(yè)的增長。例如：因應(yīng) 5G/6G、車電等所使用的 SiC 或是 GaN 等高硬度載板的激光超精微加工；新能源車新型態(tài)電池電極或是薄殼的精細激光焊接；甚至高功率激光切割 / 焊接可以縮短金屬鈑金件加工時間等。

從目前國際上主要的加工應(yīng)用來看，激光技術(shù)不僅為工業(yè)制造領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，也正在不斷的高速發(fā)展，逐步取代部分傳統(tǒng)加工制程技術(shù)，成為制造業(yè)倚靠的對象。因應(yīng)現(xiàn)今各主要工業(yè)國家積極推動制造產(chǎn)業(yè)智慧化政策，激光源由于具備高度的可控性，無論是連續(xù)輸出的 CW 激光或是脈沖輸出的Pulse 激光，均可以透過控制方式精準輸出激光光束，也由于這個特性，使得激光控制可以很容易與設(shè)備系統(tǒng)的控制模塊整合。再加上激光具備高精密加工特性，激光加工之應(yīng)用領(lǐng)域范圍廣泛，舉凡工業(yè)制造上的雕刻、切割、焊接、表面處理等，皆因有激光制程之導入而促進傳產(chǎn)升級，在人事成本、產(chǎn)量與產(chǎn)值上具有明顯加工優(yōu)勢，也使得相關(guān)業(yè)者對于激光設(shè)備之需求愈發(fā)精細與多元。另一個激光應(yīng)用的方向是智能制造，結(jié)合感測與模擬預測，可以與其他傳統(tǒng)加工設(shè)備或模組串聯(lián)組合，透過高速物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)機，搜集傳送數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)，形成一個具規(guī)模的智慧制造產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)。

雖然激光源本身市場規(guī)模較小，但其為驅(qū)動下一代制造業(yè)發(fā)展之核心力量，能改變整體制造產(chǎn)業(yè)之制造型態(tài)，帶動產(chǎn)業(yè)進入新一代高科技世代，其重要性不言而喻。

激光在制程應(yīng)用方面不僅單單是激光加工制程，因應(yīng)技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)需求，已經(jīng)朝向整合方面發(fā)展，隨著工業(yè)4.0 及智能制造，國際上已經(jīng)出現(xiàn)具備激光加工的智能示范工廠出現(xiàn)。目前國際大廠紛紛投入智能化激光設(shè)備開發(fā)，如日本 MAZAK 的設(shè)備具備智能化準備功能、監(jiān)測功能及切割功能，透過制程智能化，從準備到加工到實時監(jiān)測提供全智能化，提高加工質(zhì)量。另外如DMGMORI 提供從規(guī)劃到生產(chǎn)維護全功能的解決方案，其他如三菱電機激光設(shè)備導入 AI 輔助功能優(yōu)化加工參數(shù)以提高產(chǎn)品質(zhì)量。德國 TRUMPF 在美國芝加哥創(chuàng)建一個智慧示范工廠，將傳統(tǒng)機床、激光積層制造設(shè)備及激光加工設(shè)備利用物聯(lián)網(wǎng)串聯(lián)起來，并導入監(jiān)測感測模塊，優(yōu)化制程參數(shù)，縮短從客戶規(guī)格到產(chǎn)品產(chǎn)出的時間，示范了人、機器、自動化裝置與軟體的智能協(xié)作。

光制造是精微加工重要利器

未來激光制程技術(shù)在制造業(yè)將扮演重要角色，而激光可以透過高度整合擴散到半導體、車用電子、車用電池、航天、醫(yī)材等具創(chuàng)新性及競爭性的產(chǎn)品制程，以因應(yīng)市場對高端新產(chǎn)品制程與對應(yīng)設(shè)備的迫切需求。雖然激光產(chǎn)業(yè)也受到疫情影響，但各國際激光大廠也正在研發(fā)新的制程技術(shù)，以因應(yīng)全球制造業(yè)將來的需求，待疫情過后產(chǎn)業(yè)復蘇時，將會帶動全球激光產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)回復，因此對未來激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多數(shù)專家仍抱樂觀態(tài)度，也認為激光產(chǎn)業(yè)將朝向智能化高度整合發(fā)展。

面對國際產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，未來中國的設(shè)備廠商可借由激光高值應(yīng)用整合技術(shù)之導入，提升加工產(chǎn)業(yè)之制程速度與質(zhì)量，滿足國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的需求，其對應(yīng)推動之做法包括：

建全我國光制造技術(shù)自主能力：深耕創(chuàng)新激光源與關(guān)鍵零部件技術(shù)，協(xié)助國內(nèi)具潛力廠商發(fā)展高階激光源及激光關(guān)鍵零部件。

帶動機床設(shè)備業(yè)及應(yīng)用端產(chǎn)業(yè)布局投資導入激光技術(shù)：透過激光源與激光加工系統(tǒng)進行智能化整合，取代國外高單價高能激光，促使現(xiàn)有激光上中下游倍數(shù)增長。

建構(gòu)光制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈：透過智能專家系統(tǒng)協(xié)助，提升激光智能整合能力，并鏈結(jié)產(chǎn)學研合作，提供業(yè)者技術(shù)養(yǎng)成，協(xié)助廠商運用激光技術(shù)開創(chuàng)新產(chǎn)品。