Phân tích hiện trạng ngành và bối cảnh cạnh tranh của công nghệ hàn laser

Hàn laser là phương pháp gia công sử dụng năng lượng cao của tia laser để nối các kim loại hoặc các vật liệu nhiệt dẻo khác lại với nhau. Dựa trên nguyên lý hoạt động khác nhau và thích ứng với các tình huống gia công khác nhau, hàn laser có thể được chia thành năm loại: hàn dẫn nhiệt, hàn xuyên sâu, hàn hỗn hợp, hàn đồng và hàn dẫn nhiệt laser.

So với các phương pháp hàn truyền thống khác, hàn laser là một phương pháp hàn kiểu mới với nhiều ưu điểm như độ xuyên sâu, tốc độ nhanh, biến dạng nhỏ, yêu cầu môi trường hàn thấp, mật độ công suất cao và không bị ảnh hưởng bởi từ trường. Nó không bị giới hạn ở các vật liệu dẫn điện, không yêu cầu điều kiện làm việc chân không và không tạo ra tia X trong quá trình hàn. Vì vậy, nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất chính xác cao cấp.

Phân tích các lĩnh vực ứng dụng hàn laser

Hàn laser có ưu điểm là độ chính xác cao, sạch sẽ và thân thiện với môi trường, có thể gia công nhiều loại vật liệu, hiệu quả cao, v.v., và có phạm vi ứng dụng rộng rãi. Hiện nay, hàn laser được sử dụng rộng rãi trong pin điện, ô tô, điện tử tiêu dùng, truyền thông quang học và các lĩnh vực khác.

(1) Pin năng lượng

Có rất nhiều quy trình sản xuất pin lithium-ion hoặc bộ pin, và có nhiều quy trình khác nhau, chẳng hạn như hàn kín van chống nổ, hàn tab, hàn điểm cực pin, hàn kín vỏ và nắp pin, hàn mô-đun và bộ pin. Trong số các quy trình khác, hàn laser là quy trình tốt nhất. Ví dụ, hàn laser có thể cải thiện hiệu quả hàn và độ kín khí của van chống nổ pin; đồng thời, do chất lượng chùm tia của hàn laser tốt, điểm hàn có thể được làm nhỏ, và nó phù hợp với dải nhôm có độ phản xạ cao, dải đồng và điện cực pin dải hẹp. Hàn dải có những ưu điểm độc đáo.

(2) Ô tô

Ứng dụng hàn laser trong quy trình sản xuất ô tô chủ yếu bao gồm ba loại: hàn laser cắt các tấm có độ dày không đồng đều; hàn laser lắp ráp các cụm thân xe và các cụm phụ; và hàn laser các bộ phận ô tô.

Hàn laser định hình được sử dụng trong thiết kế và sản xuất thân xe. Tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế và hiệu suất khác nhau của thân xe, các tấm có độ dày, vật liệu và hiệu suất khác nhau hoặc tương đương được kết nối thành một khối thống nhất thông qua công nghệ cắt và lắp ráp bằng laser, sau đó được dập thành chi tiết thân xe. Hiện nay, các tấm phôi hàn laser định hình được sử dụng rộng rãi trong nhiều bộ phận của thân xe, chẳng hạn như tấm gia cường khoang hành lý, tấm ốp bên trong khoang hành lý, giá đỡ giảm xóc, nắp bánh sau, tấm ốp bên trong vách bên, tấm ốp bên trong cửa, sàn trước, dầm dọc trước, cản trước, dầm ngang, nắp bánh xe, khớp nối trụ B, trụ giữa, v.v.

Hàn laser thân xe chủ yếu được chia thành hàn lắp ráp, hàn vách bên và nắp trên, và hàn tiếp theo. Việc sử dụng hàn laser trong ngành công nghiệp ô tô có thể giảm trọng lượng xe, cải thiện khả năng vận hành và giảm tiêu hao nhiên liệu; mặt khác, nó có thể nâng cao hiệu suất sản phẩm, chất lượng và sự tiến bộ về công nghệ.

Việc sử dụng hàn laser để chế tạo các bộ phận ô tô có ưu điểm là hầu như không gây biến dạng tại vị trí hàn, tốc độ hàn nhanh và không cần xử lý nhiệt sau hàn. Hiện nay, hàn laser được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận ô tô như bánh răng truyền động, con đội van, bản lề cửa, trục truyền động, trục lái, ống xả động cơ, ly hợp, trục tăng áp và khung gầm.

(3) Ngành công nghiệp vi điện tử

Trong những năm gần đây, với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử theo hướng thu nhỏ, thể tích của các linh kiện điện tử ngày càng nhỏ hơn, và những nhược điểm của các phương pháp hàn truyền thống dần bộc lộ. Các linh kiện bị hư hỏng, hoặc hiệu quả hàn không đạt tiêu chuẩn. Trong bối cảnh này, hàn laser đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực gia công vi điện tử như đóng gói cảm biến, điện tử tích hợp và pin cúc áo nhờ những ưu điểm như khả năng xuyên sâu, tốc độ nhanh và biến dạng nhỏ.

3. Tình trạng phát triển của thị trường hàn laser

(1) Tỷ lệ thâm nhập thị trường vẫn cần được cải thiện

So với công nghệ gia công truyền thống, công nghệ hàn laser có những ưu điểm vượt trội, nhưng vẫn còn gặp vấn đề về tỷ lệ thâm nhập chưa đủ trong việc thúc đẩy ứng dụng ở các ngành công nghiệp hạ nguồn. Các công ty sản xuất truyền thống, do đã đưa vào sử dụng sớm các dây chuyền sản xuất và thiết bị cơ khí truyền thống, và đóng vai trò quan trọng trong sản xuất của doanh nghiệp, việc thay thế các dây chuyền sản xuất hàn laser tiên tiến hơn đồng nghĩa với việc đầu tư vốn khổng lồ, đây là một thách thức lớn đối với các nhà sản xuất. Do đó, thiết bị gia công laser ở giai đoạn này chủ yếu tập trung ở một số ngành công nghiệp quan trọng có nhu cầu về năng lực sản xuất mạnh và sự mở rộng sản xuất rõ rệt. Nhu cầu của các ngành công nghiệp khác vẫn cần được kích thích hiệu quả hơn.

(2) Tăng trưởng ổn định về quy mô thị trường

Hàn laser, cắt laser và khắc laser cùng nhau tạo thành "bộ ba" của cơ khí laser. Trong những năm gần đây, nhờ sự tiến bộ của công nghệ laser và sự giảm giá thành của laser, cùng với nhu cầu mạnh mẽ đối với các ứng dụng hạ nguồn của thiết bị hàn laser trong các lĩnh vực như xe năng lượng mới, pin lithium, màn hình hiển thị, thiết bị điện tử tiêu dùng điện thoại di động và nhiều lĩnh vực khác, doanh thu thị trường hàn laser đã thúc đẩy sự tăng trưởng nhanh chóng của thị trường thiết bị hàn laser trong nước.

Quy mô và tốc độ tăng trưởng thị trường hàn laser của Trung Quốc giai đoạn 2014-2020

(3) Thị trường tương đối phân mảnh và bối cảnh cạnh tranh vẫn chưa ổn định

Từ góc nhìn của toàn bộ thị trường hàn laser, do đặc điểm của các công ty sản xuất riêng lẻ theo khu vực và khâu hạ nguồn, thị trường hàn laser trong lĩnh vực sản xuất khó hình thành mô hình cạnh tranh tương đối tập trung, và toàn bộ thị trường hàn laser nhìn chung khá phân mảnh. Hiện nay, có hơn 300 công ty trong nước tham gia vào lĩnh vực hàn laser. Các công ty hàn laser hàng đầu bao gồm Han's Laser, Huagong Technology, v.v.

4. Dự báo xu hướng phát triển của hàn laser

(1) Ngành công nghiệp hệ thống hàn laser cầm tay dự kiến ​​sẽ bước vào giai đoạn tăng trưởng nhanh chóng

Nhờ sự giảm mạnh chi phí của laser sợi quang và sự hoàn thiện dần của công nghệ truyền dẫn sợi quang và đầu hàn cầm tay, hệ thống hàn laser cầm tay đã dần trở nên phổ biến trong những năm gần đây. Một số công ty đã xuất xưởng 200 chiếc tại Đài Loan, và một số công ty nhỏ cũng có thể xuất xưởng 20 chiếc mỗi tháng. Đồng thời, các công ty hàng đầu trong lĩnh vực laser như IPG, Han's và Raycus cũng đã cho ra mắt các sản phẩm laser cầm tay tương ứng.

So với hàn hồ quang argon truyền thống, hàn laser cầm tay có những ưu điểm rõ rệt về chất lượng hàn, vận hành, bảo vệ môi trường và an toàn, cũng như chi phí sử dụng trong các lĩnh vực hàn không đồng đều như thiết bị gia dụng, tủ, thang máy. Lấy chi phí sử dụng làm ví dụ, thợ hàn hồ quang argon ở nước ta thuộc vị trí đặc biệt và cần phải có chứng chỉ mới được làm việc. Hiện nay, chi phí nhân công hàng năm của một thợ hàn lành nghề trên thị trường không dưới 80.000 nhân dân tệ, trong khi hàn laser cầm tay có thể sử dụng thợ có trình độ thông thường với chi phí nhân công hàng năm chỉ khoảng 50.000 nhân dân tệ. Nếu hiệu suất hàn laser cầm tay gấp đôi so với hàn hồ quang argon, chi phí nhân công có thể tiết kiệm được 110.000 nhân dân tệ. Ngoài ra, hàn hồ quang argon thường yêu cầu đánh bóng sau khi hàn, trong khi hàn laser cầm tay hầu như không cần đánh bóng, hoặc chỉ cần đánh bóng nhẹ, giúp tiết kiệm một phần chi phí nhân công đánh bóng. Nhìn chung, thời gian hoàn vốn đầu tư của thiết bị hàn laser cầm tay khoảng 1 năm. Với lượng tiêu thụ hiện tại hàng chục triệu máy hàn hồ quang argon trong cả nước, tiềm năng thay thế cho máy hàn laser cầm tay là rất lớn, điều này dự kiến ​​sẽ khiến hệ thống hàn laser cầm tay bước vào giai đoạn tăng trưởng nhanh chóng.

Ưu điểm của hệ thống hàn laser cầm tay

(2) Lĩnh vực ứng dụng tiếp tục mở rộng và hàn laser đang mở ra những cơ hội phát triển mới

Công nghệ hàn laser là một loại công nghệ gia công mới sử dụng năng lượng định hướng để gia công không tiếp xúc. Nó khác biệt về cơ bản so với các phương pháp hàn truyền thống. Công nghệ này có thể được tích hợp với nhiều công nghệ khác và tạo ra các công nghệ và ngành công nghiệp mới, có khả năng thay thế phương pháp hàn truyền thống trong nhiều lĩnh vực hơn.

Với sự phát triển nhanh chóng của tin học hóa xã hội, vi điện tử liên quan đến công nghệ thông tin, cũng như sự tích hợp máy tính, truyền thông, điện tử tiêu dùng và các ngành công nghiệp khác đang bùng nổ, và chúng đang bước vào con đường thu nhỏ và tích hợp liên tục các linh kiện. Trong bối cảnh ngành công nghiệp này, việc thực hiện chuẩn bị, kết nối và đóng gói các linh kiện siêu nhỏ, đồng thời đảm bảo độ chính xác cao và độ tin cậy cao của sản phẩm hiện là những vấn đề cấp bách cần được giải quyết. Do đó, công nghệ hàn hiệu quả cao, độ chính xác cao, ít hư hại đang dần trở thành một phần không thể thiếu để hỗ trợ sự phát triển của sản xuất tiên tiến hiện đại. Trong những năm gần đây, hàn laser đã dần được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực gia công siêu nhỏ tinh xảo như pin điện, ô tô và điện tử tiêu dùng, cũng như trong các cấu trúc phức tạp cao của các lĩnh vực công nghệ tiên tiến như động cơ máy bay, tên lửa và động cơ ô tô. Thiết bị hàn laser đã mở ra những cơ hội phát triển mới.