雷射光在製造業之發展趨勢分析

 

刊登日期:2018/3/19
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葉錦清/工研院產經中心

一、2017年雷射產值將超越110億美元
由於雷射光不斷的進入許多新應用(例如:感測與加工),而且具備其功能與效率上的優勢,導致雷射源的需求不斷成長。根據Strategies Unlimited 的估計,2017年全球雷射源產值將達111億美元,相較於2016年成長6.6%。其中二極體雷射占45%,而非二極體雷射,如氣體或固態雷射占55%,如圖一所示。

圖一、雷射源產值統計與預測
圖一、雷射源產值統計與預測

二、雷射加工是最大應用領域
雷射持續在各應用領域創新,例如矽光子,就是雷射結合半導體製程在光纖通訊的應用,把雷射的寬頻充分發揮;又如雷射雷達(LiDAR; Light Detection And Ranging)或稱為光達用於自動駕駛車的紅外線雷射之光偵測和測距系統,甚至也有廠商開始將雷射雷達用在掃地機器人。iPhone 8配備的3D sensor,是以垂直共振腔面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser ; VCSEL)取代發光二極體 (Light Emitting Diode ; LED  ) 。另外,諾貝爾獎得主中村修二認為,雷射照明將來會取代LED照明。然而,在製造上,雷射3D列印(積層製造),是雷射加法製造,突破傳統製造上的限制,可實現少量多樣客製化的未來生產需求,正是智慧製造的關鍵技術之一。

根據Strategies Unlimited 的分類,雷射光的應用可分為通訊(Communications)、加工(Material Processing)、微影(Lithography)、研發與軍事( R&D & Military )、醫美(Medical Aesthetic)、儀器與感測( Instrumentation & Sensors )、儲存(Optical Storage)、顯示(Displays)、列印(Printing)。而2016年104億美元中,雷射加工占了39%,因為微影也是雷射加工的一種,所以兩者相加,成為雷射應用最大比重,如圖二所示。

圖二、雷射應用占比分析
圖二、雷射應用占比分析

三、雷射同時可執行減法與加法製造
以雷射光加工物品,不論是金屬或非金屬材料,由於是非接觸式加工,因此機械應力大幅減少,也被稱之為光刀,而且在特定條件下,其加工品質與效率無可替代。更重的是,目前只有雷射光可以同時執行減法與加法製造(即所謂的積層製造),因此奠定了雷射在加工的地位。甚至雷射的減法可以搭配傳統的減法加工而成為複合加工設備,例如雷沖設備,整合雷射切割與機械沖床。雷射加法也可以整合傳統CNC加工設備,目前雷射複合積層製造設備也是全球的趨勢,尤其是以工具機領導廠商最為積極,例如DMG MORI(德)、MAZAK(日)、TRUMPF(德)、MATSUURA(日)、Sodick(日)、東台精機(台)等。

所謂的減法製造方式,是將材料切削而成為所需要的尺寸與形狀,可以用各種方式來執行,例如刀具、超音波、電漿、雷射等等。雷射光應用於減法製造,可以切割(Cutting)、切裂(Scribing)、鑽孔(Drilling)、剝離(Lift Off)、雕刻(Engraving)、咬花(Texturing).......以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


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