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日本工业激光与系统

工龄人口减少的国家工业激光系统的现状。

文:Kunihiko Washio      Paradigment激光研究有限公司

《日本工业激光解决方案》编辑顾问

日本的人口在2004年12月达到顶峰,为1.2784亿,截至2019年12月,人口达到1.2615亿。截至2019年7月,15至64岁的工作人口为7518万人,比上年减少0.52%。预计到2050年,日本的劳动年龄人口将减少34.4%至4930万。

图1显示了日本季度国内生产总值(GDP;经季节性调整的实际值)的趋势,以及自2007年以来的年度国内生产总值增长率表。尽管上述劳动年龄人口有所减少,但自2012年以来,日本的国内生产总值(GDP)仍在稳步增长,虽然年平均增长率约为1.2%,远低于中国近年来约6.0%至6.8%的国内生产总值(GDP)。

图2显示了日本制造商生产的激光加工设备(包括出口和本地生产)以及进口国外制造商在日本销售的激光加工设备的年发货趋势。数据收集自1995年9月以来,由Simpo 公司每年9月发布的《日本激光世界与趋势》(Japan Laser World &Trend)第14~25份报告,该公司于2019年庆祝成立35周年。如图2所示,除准分子激光器外,使用各种激光器(包括CO2激光器、光纤激光器和固态激光器)的激光加工设备的4.5%复合年增长率(CAGR)略高于准分子激光设备(用于光刻和退火)的3.2%。

与光电公司的报告相比,工业和技术发展协会(OITDA)的收入额存在一些差异,部分原因是Simpo的数据包括日本制造商的海外本地生产和进口外国制造商设备在日本的销售。此外,OITDA报告以会计年度为基础,Simpo的报告以日历年为基础。

图 1日本季度国内生产总值(实际、季节性)趋势以及自2007年以来的年国内生产总值增长率。
图2日本制造商(包括出口)激光加工设备的年出货量趋势,包括进口国外制造商在日本销售的设备。

图3显示了日本制造商2018年激光加工设备的装运情况(包括出口和本地生产),以及在日本销售的进口外国制造商的设备。50.5%的钣金切割机(被认为主要使用光纤激光器或二氧化碳激光器)的份额占主导地位。金属板切割机的装运量。2018年为1080亿日元(约9.83亿美元),部分原因是消费电子显示器和太阳能电池等许多设备现在都在日本境外生产,部分原因是目前日本的微处理器设备可能没有足够的竞争力。与工业激光解决方案(Industrial Laser Solutions)报告的全球激光应用收入数据相比,微加工设备的份额并不是很大。

图3,2018年日本制造商申请的激光加工设备发货(包括出口),包括在日本销售的进口外国制造商的设备。

图4显示了以金属板切割机为单位的年发货量趋势,注意到Simpo中的大部分详细数据都报告了各种机器类型,只提供单位,没有详细的收入数据。2018年3085套的数量略高于2007年的峰值。2018年,钣金切割机的平均单价约为3500万日元(约31.8万美元)。由于近来越来越多地采用更高功率的多千瓦激光器和创新光束控制技术,预计平均单位销售价格将上升,至少在几年内是这样。尽管预计2019年和2020年的出货量将出现正增长,但由于近期美中贸易冲突等原因,这可能不会出现。

图4日本制造商(包括出口,包括进口外国制造商在日本销售的设备)的年发货量趋势。

根据日本开发银行(DOB)的一项调查,日本制造业的海外资本投资比例在2007年末的大衰退之后从2009年的29.6%迅速上升到2013年的54.8%,但海外资本投资比例在2013年之后有所下降,此后一直低于52.7%。这意味着,用于当地生产的资本投资已经放缓,国内资本投资的增长在2013年之后重新开始。这与国际机器人联合会(IFR)的报告一致,即自2013年以来,日本机器人安装的年增长率高达17%。此外,2018年,日本的机器人安装量增加了21%,达到55240台(新的峰值)。这些结果与以金属板切割机为单位的年出口份额的趋势基本一致(图5)。钣金切割机的年出口份额从2007年的51.1%迅速上升至2012年的64.0%,但自2013年以来仍低于59.8%。

图6显示了Simpo的《日本激光世界与趋势报告》年刊中列出的激光加工企业数量的趋势。2009年,激光加工企业数量达到峰值,达到655家,2015年降至546家,幸运的是,自2016年以来,这一数字一直高于这一数字。

图5日本制造商(包括出口)在钣金切割机(包括出口)中的年出口份额趋势,包括在日本销售的进口外国制造商的设备。
图6《日本激光世界与趋势》年度报告中所列的激光加工企业数量趋势

先进激光材料加工的现状

2018年,Keidanren(日本商业联合会)宣布了社会5.0的愿景和概念,并提出了日本的行动计划。社会5.0是一种新兴的社会形态,它以数字化转型和多元化人的想象力和创造力为基础,以创造性想象社会为特征。实现社会5.0的行动包括旨在与自然和谐地解决社会问题,并与联合国可持续发展目标的蓝图有一个共同的方向。

制造业的一个值得注意的趋势似乎是向智能制造转变,这伴随着数字化转型,例如,通过有效利用物联网(IoT)、人工智能(AI)、机器人技术等。另一个显著的趋势似乎是促进产业、学术界和政府之间的全面联合研究和明智的合作。

例如,2019年,Amada推出了VENTIS-3015AJ 4千瓦光纤激光切割机,该机配备了最新开发的激光束控制(LBC)技术(图7)。据称,LBC技术比传统的光纤激光切割机能够实现更高速度、更高质量的钣金切割。Furukawa电气集团在2019年与几家领先的高科技公司合作,推出了一种基于光纤激光-电弧混合焊接系统和基于光学相干层析成像(OCT)的距离测量系统(图8)。该复合焊接系统是与以弧焊和机器人技术闻名的Daihen公司联合开发的。新开发的复合焊接系统有效地利用了Furukawa的束模控制技术,实现了镀锌钢和铝合金的高质量异种材料焊接。

图7在日本Makuhari举行的Photonix 2019活动上,Amada介绍了配备了最新开发的激光束控制(LBC)技术的VENTIS 3015AJ(4 kW)光纤激光切割机。
图8 Furukawa电气集团在日本Makuhari举行的Photonix 2019活动上介绍了光纤激光电弧复合焊接系统和基于OCT的距离测量系统。

2016年,新能源和工业技术发展组织(NEDO)启动了为期五年的“下一代激光加工用高亮度高效率激光技术”。由于2020财政年度是该项目的最后一年,许多配有高亮度、高功率蓝光二极管激光器或皮秒深紫外脉冲激光器的新型激光加工机有望在市场上实现商业化。

此外,在“光子与量子”的SIP(跨部战略创新促进)计划下“社会技术5.0”,一个为期五年的“激光加工”项目于2019年启动。其研发主题如下:

  1. 基于网络(模拟器)和物理(激光材料处理系统)先进集成的智能制造证明:针对特定用途开发CPS型激光材料处理系统;
  2. 基于日本核心空间光调制器技术的智能处理:开发高功率、高精度的空间控制技术;
  3. 日本原装光子晶体激光器的高功率运转。

因此,日本的未来看起来更加光明,至少在激光材料加工领域。(杨瑾 译)

(Kunihiko Washio博士联系方式:k-washio@paradigment-laser-research.jp

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