近年來，萬瓦激光器已經成為工業(yè)激光領域的標配產品，萬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瓦賽道，同質化競爭也讓這一市場陷入“價格戰(zhàn)”的紅海中。這一環(huán)境也讓中國光纖激光市場增長陷入“似漲非漲”的準停滯局面。
光纖激光同質化的破局嘗試
為打破這一市場困局，不少企業(yè)開始尋求差異化的競爭路線。目前對光纖激光器而言，較為明顯的三條路線是高功率、高亮度、小型化。
高功率是過去幾年光纖激光發(fā)展的主旋律，隨著萬瓦激光開始普及，3萬瓦、4萬瓦、5萬瓦陸續(xù)進入金屬加工市場，對激光器本身而言，其核心難點在于器件的功率耐受性及長期穩(wěn)定性；對實際應用而言，缺乏穩(wěn)定可靠的配套部件是其發(fā)展的最大阻礙。
高亮度實際上是回歸激光的基本屬性，通過提升單位面積能量密度，實現(xiàn)高亮度低功率替代高功率的效果，同時在高反材料加工、先進制造等領域有著明顯優(yōu)勢，其核心難點在于模式不穩(wěn)定性、非線性效應的控制。
小型化則是一把開啟激光應用新世界的鑰匙——體積更小、重量更輕、集成度更高，顛覆了過去對激光加工的認知，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，極大地推動了激光應用的發(fā)展。
筆者過去曾多次探討過高功率、高亮度的發(fā)展趨勢及市場境況，今天重點聊聊小型化的市場趨勢。
萬瓦激光器小型化歷程
由于光纖激光可以通過模塊疊加及合束的方式實現(xiàn)功率提升，因此在光纖激光器功率提升的過程中，激光器的整體體積也在不斷增大。2017年，采用多個2kW模塊合束的6kW光纖激光器進入工業(yè)市場。隨后一兩年間，8kW、12kW、15kW、20kW激光器陸續(xù)登場，但當時即便是20kW激光器也都是在2kW或3kW的基礎上進行合束，這導致成品體積巨大。盡管性能有所提升，但過大的體積也給用戶的運輸和裝配帶來較大麻煩。隨著萬瓦需求日益明顯，激光器廠家開始思考如何降低整機體積。
初期的主要思路是提高單個激光模塊的功率，將過去3kW逐步提升到4kW、5kW，通過減少萬瓦激光器的合束模塊數(shù)量來降低體積。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，對激光器各核心的穩(wěn)定性提出了很大的挑戰(zhàn)。
當上述挑戰(zhàn)被陸續(xù)克服，單模塊激光器的另一大優(yōu)勢開始顯現(xiàn)——不用經過合束的單模塊激光，光束質量大為提升，在薄板加工、精密制造等領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始成為獨立產品與激光設備進行集成。
在這一階段，國內激光器廠家針對單模塊激光器的應用場景及光學特性，進行了大量的優(yōu)化及改進。經過幾年努力，單模塊12kW激光器問世。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，這一階段的核心思路是：以更小體積的單模塊激光器，在部分應用場景取代多模合束的激光器。
在追求更小體積的方向指引下，一些激光器廠家開始構思全新的設計理念，實現(xiàn)了單模塊激光器的體積再縮小。以小型化產品線較為完善的凱普林舉例（凱普林將小型化產品命名為閃電系列，為方便敘事，下文將凱普林小型化產品統(tǒng)稱為閃電系列激光器）——
在原本體積就已經很小的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％。
小型化激光器的開疆拓土
可以說，這種顛覆式的體積縮小對下游的影響巨大，最為明顯的當屬手持激光焊市場。早期的手持激光焊接機，配備冷水機、老式的1000W單模塊激光器，柜箱體積達到1．05m?（相當于一個老式洗衣機的體積）。隨著近幾年市場爆發(fā)以及用戶對便攜式的要求，更小、更便攜成為手持焊廠家的一致追求。經過顛覆式“縮骨”的閃電系列激光器，讓一個后備箱裝兩臺手持焊接機成為可能。
對鈑金加工用戶而言，這種抽屜式設計的新形態(tài)，讓激光器能夠隨成套設備一體發(fā)貨，真正做到了拆機即用，并讓用戶跟傳統(tǒng)且占地的激光器空調房說“拜拜”，還能節(jié)省30％以上設備安裝時間。
另一個引起人們關注的焦點在于，2022年海運成本大幅上漲，拉高了出口企業(yè)的運輸成本。激光器體積大幅縮小，意味著同一個集裝箱內能裝載的激光器數(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，能夠為企業(yè)省下大量的運費。尤其是海外代理商，也能夠因為物流成本降低而獲得更大的競爭優(yōu)勢。
從目前的市場數(shù)據(jù)來看，小型化激光器已經初步被市場接受。凱普林發(fā)布閃電系列激光器的首年，該系列激光器便實現(xiàn)了近20000臺的銷量，并帶動凱普林實現(xiàn)光纖激光器出貨量同比增長300％的傲人戰(zhàn)績。可以說，在當下的小型化激光器賽道，凱普林已經成為當之無愧的領軍企業(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陳曉華便已意識到未來激光行業(yè)一定會朝著更智能、更集成的方向發(fā)展。經過幾年的用戶調研和市場分析，陳總逐步完善了Less is More的設計理念，并親自操刀對光纖激光器進行了重新設計，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，也就是通過壓縮體積，削減多余空間，來獲得更多的應用場景。而要踐行Less is More的理念，則必須遵循“三無原則”——無浪費的材料，無浪費的體積，無浪費的工時。
通過核心理念及三無原則的指引，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，滿足了用戶使用方便、節(jié)省運輸成本、節(jié)省安裝空間的需求。而要真正實現(xiàn)成功，僅靠理念還遠遠不夠。對工業(yè)標準產品而言，穩(wěn)定性可以說是凌駕于其他任何指標之上的考核標準。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。凱普林是國內最早投身光纖激光器泵浦源研發(fā)的企業(yè)之一，經過二十年的市場打磨，積累了非常雄厚的技術資產，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，這成為閃電系列激光器穩(wěn)定的核心保障。
其次，凱普林通過對激光器進行高度集成化和模塊化設計，對泵浦源、光路系統(tǒng)、熱控管理和電控系統(tǒng)全面升級，能夠有效降低熱管理的壓力。再輔以穩(wěn)定可靠的強制水循環(huán)熱控管理方案及冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設計，使得有源光纖散熱及整體結構控溫的優(yōu)越性有效保障了激光器輸出功率和波長的長期穩(wěn)定性。
在智能化方面，凱普林閃電激光器接入物聯(lián)技術，通過藍牙集中控制功能，能夠實時監(jiān)控設備狀態(tài)、工作參數(shù)，并進行故障預警，從而降低設備故障率，提升設備穩(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)領域的可行性。可以預見的是，體積更小、更便攜的激光器將在不久的將來陸續(xù)登場，更多目前激光無法涉足的應用場景也有望在小型化進一步發(fā)展后，成為激光行業(yè)新的爆發(fā)點。
諸君不妨設想一下，當筆記本電腦大小的萬瓦激光器問世后，對整個激光產業(yè)的應用場景及產品設計理念會帶來怎樣的沖擊？切割機、手持焊接機還是現(xiàn)在的形態(tài)嗎？激光加工自動化產線又將因為不再需要單獨的激光器位置發(fā)生怎樣的變化？這樣的超小型激光器與無人機相結合又會誕生怎樣的“殺器”？小型化的極限邊界在哪里？
