行業觀察丨能源轉型、高端制造雙輪驅動，促使歐洲光纖激光器市場迎高增長

近日，市場研究、商業智能和咨詢領域公司Market Data Forecast發布歐洲光纖激光器市場報告。該報告稱，2024年歐洲光纖激光器市場價值為15.4億美元，預計2025年將達到17.1億美元，2025年到2033年或將以11.5%的復合年增長率增長，到2033年將達到40.4億美元。

 

光纖激光器是工業光子學領域一項技術先進的技術，其特點是光束質量高、電效率高，并且在嚴苛的制造環境中也能穩定運行。目前，光纖激光器廣泛應用于汽車、航空航天、電子和醫療器械等行業的切割、焊接、打標和微加工等領域，并成為歐洲工業應用的主流選擇。

 

據數據統計，工業過程消耗了歐洲近27%的最終能源，因此像光纖激光器這樣的節能工具對于歐盟“Fit for 55”脫碳計劃至關重要。此前，歐盟委員會通過《芯片法案》撥款33億歐元，用于支持半導體制造業的發展。而半導體制造業高度依賴超快光纖激光器進行晶圓切割和電路修整。這種監管和產業層面的協調一致，使得光纖激光器不僅是生產工具，更是先進制造業實現戰略自主的關鍵因素。

 

市場驅動
電動汽車制造業的普及推動了需求增長
歐洲電動汽車產量的快速增長，顯著提升了電池和動力總成制造領域對高功率光纖激光器的需求，這也是推動歐洲光纖激光器市場增長的關鍵因素之一。每輛電動汽車都需要數千次激光桿接，主要用于電池極耳連接、電池密封和電機定子發夾埠接。光纖激光器在這些應用中占據主導地位，因為它們能夠對銅和鋁等電池結構中常見的異種金屬進行精確的高速焊接。

 

歐盟計劃到2030年將碳排放減少55%

 

據歐洲汽車制造商協會統計，近年來歐洲電動汽車產量連年激增，促使歐洲本土車企運營的超級工廠集成了功率高達數千瓦的光纖激光系統，該系統每小時可處理數百個電池模塊。德國聯邦經濟事務部在2024年確認，根據“共同歐洲利益重要項目”計劃資助的大多數新建電池生產線都配備了光纖激光焊接站。

 

此外，電池外殼需要達到IP67標準的密封要求，這就要求光束穩定性和一致的穿透深度只有單模光纖激光器才能實現。隨著歐洲力爭在2035年實現100%零排放汽車銷售，這種制造轉型將確保對光纖激光技術的持續和深入依賴。

 

半導體和光子制造中的集成
歐洲為重建半導體自主權而采取的戰路舉措，加速了超快光纖激光器在光子集成電路和先進封裝工藝中的應用，進一步推動了歐洲光纖激光器市場的增長?！稓W洲芯片法案》旨在到2030年將歐洲在全球半導體市場的份額翻一番（達到20%），這需要精密激光系統來切割碳化硅晶圓、構建波導結構以及修整無源器件。

 

 

由于皮秒和飛秒光纖激光器具有亞微米級的燒蝕精度和可忽略的熱影響區，它們正日益成為歐洲化合物半導體加工試驗線的標準配置。2024年，歐盟委員會批準了在法國、德國和意大利新建1座半導體工廠，總投資額超過220億歐元，相關數據已記錄在其《歐洲戰略投資計劃》中。這些工廠依賴光纖激光器來完成，諸如功率器件中的選擇性發射極摻雜和3D NAND堆疊中的溝槽形成等任務。

 

ASML開發的下一代光刻工具還集成了基于光纖激光器的計量系統，用于實時對準驗證。目前，歐洲超過40%的光子產品產出都涉及激光制造步驟，這表明光纖激光器是該地區高科技產業復興的基石。

 

 

巿場限制
稀土出口管制
由于歐洲光纖激光器市場對鐿、鉺和銩等稀土元素（用作激光增益光纖中的活性摻雜劑）的依賴，其面臨著嚴重的投入限制。全球超過90%的稀土氧化物加工能力集中在中國，這使得歐洲極易受到出口限制和價格波動的影響。受中國出口許可改革的影響，歐洲楊土氧化物的平均價格大幅上漲。這種依賴性尤為突出，因為一臺6千瓦的工業光纖激光器就需要高純度的鐿。

 

 

目前，歐洲從廢舊日電子產品中回收的稀士不足1%。盡管像SUSMAGPRO這樣的試點回收項目已經證明了從磁性廢料中回收稀土的效率很高，但這些項目尚未擴大規模以支持激光器制造。

 

因此，像IPG Photonics和Trump這樣的歐洲激光器制造商需要維持戰略庫存，推高了營運資金成本并限制了定價靈活性。在循環供應鏈或替代摻雜劑化學方法出現之前，材料瓶頸將繼續制約市場韌性。

 

熟練勞動力短缺
當前，歐洲制造業中精通光子自動化和激光材料相互作用的工程師嚴重短缺，阻礙了光纖激光系統的部署和優化，進而制約了區域市場的增長。據歐洲光子產業聯盟估計，到2025年，歐洲將面臨光子技術人員和工程師的大量缺口，但相關學科的年度畢業生人數仍然遠低于行業需求。這一缺口在中歐和東歐最為嚴重，這些地區正在建設新的激光切割設施，但本地專業技術卻相對滯后。

 

 

德國的許多機床制造商報告稱，由于無法組建激光集成團隊，一些項目將會延期。光纖激光器需要針對不同的材料和厚度進行精細的參數調整，不當的設置會導致諸如熔渣形成或微裂紋等缺陷，這些缺陷在航空航天或醫療應用中是不可接受的。

 

盡管像Photonics21技能聯盟這樣的項目自2020年以來已經培訓了數千名專業人員，但相對于行業需求，培訓速度仍然不足。這種人力資本的不足不僅減緩了技術普及，而且由于未充分利用的激光系統無法達到最佳吞吐量，降低了投資回報率，從而削弱了先進制造升級的經濟合理性。

 

 

市場機遇
綠色氫能組件
歐洲綠色氫能經濟的興起，為光纖激光加工在電解槽和燃料電池組件制造領域,應用開辟了新天地，也為歐洲市場帶來了巨大機遇。質子交換膜電解槽需要雙極板，其上通常帶有0.8至1.2毫米寬的復雜流場通道，而光纖激光器能夠以微米級的精度在鈦和不銹鋼上切割這些通道。根據歐洲氫能骨干網計劃，到2030年，歐洲28個國家計劃部署40吉瓦的電解槽產能，這將需要數千萬塊經過精密激光加工的極板。

 

 

2024年，蒂森克虜伯紐切拉公司在德國投產了一座新的超級工廠。該廠每天使用光纖激光器切割數千塊極板，用于其20兆瓦的電解槽堆。同樣，像德國SFC Energy這樣的燃料電池制造商也使用納秒光纖激光器來構建氣體擴散層，而不會影響其孔隙率。

 

歐洲清潔氫能伙伴關系組織確認，其大部分制造創新資助項目都涉及基于激光的工藝開發。由于光纖激光器能夠高速無污染地加工耐腐蝕合金，因此對擴展氫能基礎設施而言，它們將變得不可或缺。

 

高性能合金增材制造
光纖激光器在歐洲工業增材制造生態系統中扮演著日益重要的角色，尤其是在航空航天和能源領域，高性能鎳基和鈦基合金對熔池控制的精確性要求極高，這為區域市場帶來了又一顯著機遇。

 

 

歐洲大多數粉末床熔融金屬3D打印機都采用功率在500瓦至1千瓦之間的鐿光纖激光器。2023年，包括賽峰集團和MTU航空發動機公司在內的歐洲航空航天企業利用激光粉未床熔融技術生產了數萬個經飛行認證的渦輪機部件，與減材制造方法相比，該技術可減少高達90%的材料浪費。

 

歐洲航天局已認證光纖激光增材制造技術可用于制造由Inconel 718合金制成的衛星推進器噴嘴，該噴嘴可承受超過1200氏度的高溫。設計自由度、材料效率和性能驗證的融合，正在將光纖激光器從輔助工具轉變為先進工業生產的核心推動力。

 

 

市場挑戰
能源強度和電網兼容性約束
盡管光纖激光系統效率極高，但功率超過4千瓦的光纖激光系統對電力需求巨大，給歐洲部分地區老化的工業電網基礎設施帶來沉重負擔，這對區域市場增長構成重大挑戰。一套10千瓦的光纖激光裝置可能需要高達16千瓦的持續功率，需要三相400伏、諧波穩定的電源。南歐和東歐許多工業區的電網自20世紀90年代以來未曾升級，這限制了高功率激光系統的可靠部署。

 

 

歐盟的碳邊境調節機制現在要求披露更詳細的能源來源信息，這使得依賴煤炭電網地區的制造商采購更加復雜。雖然再生電源裝置可以在動態激光運行中回收高達30%的制動能量，但這會增加大量的資本成本。在電網現代化改造完成之前，光纖激光的普及程度仍將不均衡，更有利于可再生能源并網程度高的北方工業集群。

 

 

超高功率水平下的熱管理局限性
隨著光纖激光器功率在造船和管道焊接等應用中超過20千瓦，熱透鏡效應和光致暗化效應日益加刷，導致光束質量和系統可靠性下降，這進一步阻礙了區域市場的增長。在如此高的功率密度下，摻雜光纖的纖芯溫度可超過300攝氏度，導致不可逆的折射率變化，進而紐曲輸出模式。

 

與低功率系統相比，單模光纖激光器在高功率水平下持續運行會因光纖加速退化而縮短平均故障間隔時間。在海上風電塔架制造中部署的多千瓦級光纖激光器中，只有極少數能夠在2000小時運行時間內保持光束參效乘積的穩定性，而無需主動冷卻重新校準。

 

雖然相干光束合成提供了一條提高功率的途徑，但它引入了相位控制的復雜性，需要實時自適應光學技術，而這種技術在實驗室之外很少見。因此，許多歐洲造船廠已重新采用混合激光電弧系統進行厚裁面焊接。

 

在空芯光子品體光纖等熱管理技術取得工業規模的成熟之前，光纖激光器在重型制造領域的性能上限仍將受到限制，從而限制其在資本密集型行業的應用。