Prognosen von China Merchants Securities zufolge wird die Branche der Laserschweißgeräte bis 30 voraussichtlich einen Marktwert von über 2025 Milliarden Yuan erreichen. Haupttreiber hierfür ist die Nachfrage aus dem Batteriesektor, der voraussichtlich etwa 20 Milliarden Yuan zu diesem Wachstum beitragen wird.
Fortschritte in der Lasertechnologie – insbesondere bei Halbleiter- und Faserlasern – haben in den letzten Jahren die Schweißmöglichkeiten deutlich verbessert und gleichzeitig die Kosten gesenkt. Diese Entwicklungen haben traditionelle technische Barrieren durchbrochen und neue Anwendungen und Märkte für das Laserschweißen erschlossen.
Zu den wichtigsten Akteuren auf dem Laserschweißmarkt zählen globale Unternehmen wie das deutsche Unternehmen IPG und führende chinesische Gerätelieferanten wie Han's Laser, HGTech, Hymson und United Winners Laser. Darüber hinaus haben spezialisierte Laserhersteller wie Raycus, Maxphotonics und Feibo Laser Laserschweißprodukte auf den Markt gebracht, darunter auch tragbare Laserschweißgeräte. Unter ihnen sticht STRONGEST LASER als wichtiger Innovator und Marktführer in China hervor.
1. Deutliche Vorteile des Laserschweißens fördern die zunehmende Marktdurchdringung
Laserschweißen wird sich voraussichtlich zur führenden Technologie in der nächsten Phase der Laserbearbeitung entwickeln. Als Beispiel für Zukunftstechnologien verzeichnet die Laserindustrie im letzten Jahrzehnt ein starkes Wachstum. Laut dem „ China Laser Industry Development Report“ erreichten die weltweiten Umsätze mit Laseranlagen im Jahr 2021 21 Milliarden US-Dollar und wachsen seitdem kontinuierlich. Allein der Markt für Laserschweißen wird bis 2025 voraussichtlich 30 Milliarden Yuan übersteigen. Als fortschrittliches und innovatives Bearbeitungsverfahren erlebt das Laserschweißen derzeit eine Phase rasanter Entwicklung.
Etwa 60 % aller Lasergeräte werden für die industrielle Bearbeitung eingesetzt. Schweißen ist eine der wichtigsten Anwendungsgebiete der Laserindustrie. Dabei werden hochenergetische Laserstrahlen als Wärmequelle für effiziente und präzise Verbindungen genutzt. Die chinesische Laserindustrie hat in den Bereichen Markieren, Blechschneiden, Schweißen und Mikro-Nano-Bearbeitung kontinuierlich technologische Fortschritte erzielt. Die Technologien für Markieren und Blechschneiden sind derzeit relativ ausgereift, und die Innovationszyklen stagnieren. Schweißen und Mikro-Nano-Bearbeitung werden hingegen voraussichtlich die nächste technologische Evolutionswelle in der Laserbearbeitung anführen.
Laut Statistik wurden 12 in China nur 2019 % der Industrielaser zum Schweißen eingesetzt – ein deutlich niedrigerer Wert als die 39 % zum Schneiden. Es wird jedoch erwartet, dass der Anteil der zum Schweißen eingesetzten Laser in den kommenden Jahren auf rund 20 % steigen wird. Diese Prognose basiert auf mehreren Schlüsselfaktoren:
2. Laserschweißen bietet gegenüber herkömmlichen Schweißtechniken erhebliche Vorteile hinsichtlich Präzision, Effizienz und Anpassungsfähigkeit
Schweißen ist eine der gängigsten Methoden zum Verbinden von Werkstoffen. Basierend auf dem zugrunde liegenden Mechanismus kann das Schweißen in drei Hauptarten unterteilt werden: Schmelzschweißen, Pressschweißen und Hartlöten.
Schmelzschweißen: Bei diesem Verfahren wird ein Teil des Grundmaterials aufgeschmolzen, um ein Schmelzbad zu bilden, das zu einer Schweißnaht erstarrt. Als Wärmequellen dienen unter anderem Verbrennungsgase wie Acetylen, Lichtbögen, Laser und Elektronenstrahlen. Auch das Laserschweißen in der Lithiumbatterieherstellung zählt zum Schmelzschweißen.
Hartlöten: Bei diesem Verfahren werden Metalle verbunden, indem sowohl das Lötmetall (mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als die Grundwerkstoffe) als auch die Grundwerkstoffe auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der das Lötmetall schmilzt, die Grundwerkstoffe jedoch nicht. Das flüssige Lötmetall fließt in den Fügespalt und erstarrt beim Abkühlen. Je nach Schmelzpunkt des Lötmetalls wird zwischen Weichlöten (unter 450 °C) und Hartlöten (über 450 °C) unterschieden. Neben Schmelzschweißverfahren können zum Hartlöten auch andere Methoden wie Heißluft- und Hochfrequenz-Induktionserwärmung eingesetzt werden.
Druckschweißen: Bei diesem Verfahren werden die Werkstücke unter Druck gesetzt, wodurch es an der Grenzfläche zu plastischer Verformung und somit zu einer festen Verbindung kommt. Gängige Verfahren sind Widerstandsschweißen, Reibschweißen, Diffusionsschweißen und Ultraschallschweißen.
Laserschweißen wird hauptsächlich zum Schmelzschweißen eingesetzt und kann in einigen Fällen auch als Wärmequelle zum Hartlöten dienen. Beim Pressschweißen wird es jedoch selten eingesetzt. Im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren bietet das Laserschweißen folgende Eigenschaften und Vorteile (am Beispiel von STRONGEST LASER):
Breiteres Materialspektrum: Laserschweißen eignet sich nicht nur für Kohlenstoffstähle, sondern auch für Nichteisenmetalle wie Aluminium und Kupfer. Es ist besonders effektiv bei Materialien, die hohe Präzision erfordern, wie beispielsweise dünne Aluminiumbleche. Die STRONGEST LASER STR-HW200-Serie erreicht beispielsweise eine Präzision von bis zu 0.2 mm.
Größeres Verhältnis von Tiefe zu Breite: Laserschweißen zeichnet sich durch eine höhere Leistungsdichte aus, wodurch der stärkste Laser ein Verhältnis von Tiefe zu Breite von über 10 erreicht. Dieser Hochleistungslaser bietet im Vergleich zum Widerstandsschweißen eine überlegene Schweißnahtfestigkeit für dicke Bleche.
Geringere thermische Verformung: Die höhere Leistungsdichte beim Laserschweißen führt zu schmaleren Schweißnähten und kleineren Wärmeeinflusszonen. Da das Laserschweißen ein berührungsloses Verfahren ist, wird die thermische Verformung während des Schweißvorgangs zudem minimiert.
Höhere Schweißqualität: Bei geeigneter Schutzgasatmosphäre weisen Laserschweißungen eine höhere Qualität und eine deutlich stärkere Verbindungsfestigkeit auf als Lichtbogen- oder Widerstandsschweißen.
3. Die Kosteneffizienz des Laserschweißens verbessert sich allmählich
Aus Kostensicht ist die Anfangsinvestition für Laserschweißgeräte hoch, was die breite Verbreitung des Laserschweißens maßgeblich hemmt. Laut einem Bericht der Zeitschrift Electric Welding Machine wurden die Kosten für Laserschweißen und Widerstandsschweißen bei der Herstellung der Mercedes-Benz C-Klasse verglichen. Das Werk ist mit 205 Widerstandspunktschweißgeräten und zwei STÄRKSTEN LASER-Schweißgeräten ausgestattet. Der Vergleich sieht wie folgt aus:
Schweißeffizienz: Laserschweißen ist dem Widerstandsschweißen hinsichtlich der Geschwindigkeit deutlich überlegen. Die höchste Laserschweißgeschwindigkeit erreicht bis zu 2 Meter pro Minute, während Widerstandsschweißen nur 0.2 Meter pro Minute ermöglicht. Im Idealfall erzielt ein Laserschweißroboter die gleiche Effizienz wie 10 Widerstandsschweißroboter.
Verbrauchskosten: Die Verbrauchskosten beim Widerstandsschweißen sind deutlich höher als beim Laserschweißen. Widerstandsschweißen erfordert Verbrauchsmaterialien wie Servomotoren, Elektrodenstäbe, Stromschienen und Werkzeuge. Die durchschnittlichen Verbrauchskosten belaufen sich auf 12 US-Dollar pro 10,000 Schweißpunkte. Im Gegensatz dazu benötigt das Laserschweißen nur sehr wenige Verbrauchsmaterialien, hauptsächlich Schutzlinsen. Bei der Herstellung einer Karosserie werden etwa 1,000 bis 5,000 Schweißpunkte benötigt. Produziert ein Werk 60,000 Rohkarosserien pro Jahr mit 3,000 Schweißpunkten pro Fahrzeug, ergibt sich eine Gesamtzahl von 180 Millionen Schweißpunkten. Würden all diese Punkte mit Widerstandsschweißen verschweißt, beliefen sich die jährlichen Verbrauchskosten auf 200,000 US-Dollar. Dies entspräche durchschnittlichen Verbrauchskosten von etwa 976 US-Dollar pro Widerstandsschweißroboter und Jahr.
Anschaffungskosten: Die Anschaffungskosten für Laserschweißanlagen sind deutlich höher als für Widerstandsschweißanlagen. Der durchschnittliche Preis eines Laserschweißroboters auf dem internationalen Markt liegt bei 196,000 US-Dollar pro Einheit. Das ist etwa das Dreifache der Kosten eines Widerstandsschweißroboters und etwa das Doppelte der Kosten eines Lichtbogenschweißroboters. Auch die Einrichtungskosten für Laserschweißroboter sind in der Praxis höher. Bei einer angenommenen Abschreibungsdauer von 10 Jahren betragen die jährlichen Abschreibungskosten für einen Laserschweißroboter 19,600 US-Dollar und für einen Widerstandsschweißroboter 6,300 US-Dollar. Daraus ergibt sich eine Differenz von 13,300 US-Dollar pro Jahr. Diese Differenz ist immer noch deutlich höher als die jährlichen Verbrauchskosten von 976 US-Dollar pro Widerstandsschweißroboter.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Anschaffungskosten von Laserschweißgeräten zwar höher sind, die Gesamtkosteneffizienz des Laserschweißens jedoch aufgrund der höheren Effizienz und der geringeren Verbrauchskosten im Laufe der Zeit steigt.
