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중소기업 기술로드맵 조회결과

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레이저 부품 및 가공 장비
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

레이저 부품 및 가공 장비 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 빛과 물질 간의 상호작용을 이용하여 마킹, 조각, 절단, 용접, 리소그래피, 마킹, 열처리, 합성, 표면처리 등의 방식으로 주력산업분야(자동차, 조선, 항공, 기계, 로봇, 반도체 등)에 활용되고, 융·복합산업(의료, 에너지, 영상, 군수, 신소재, 센서)에 광원으로 응용되는 고출력 레이저 부품, 모듈 및 가공 시스템을 일컬음
  • 범위 : 가공용 광섬유 레이저를 제작하는데 필수요소는 고출력 반도체 레이저 광원, 광원패키지, 광섬유 레이저에서 요구되는 광학 컴포넌트들은 Lens(array), Beam delivery, Beam head, Collimator, Beam combiner, Isolator, Coupler 등으로 산업용 레이저를 구성하는 부품 및 모듈을 포함하고, 특정 재질, 두께, 형상의 제조가 가능한 레이저 광원 모듈 및 시스템 요소 기술을 적용하여, 다양한 형태의 가공기술을 적용하여 초정밀 부품 생산 가공을 할 수 있는 장비를 포함하고 있음
나. 주요 제품

공작기계용 레이저

  • 레이저 가공은 강력한 출력의 레이저를 사용하여 금속, 플라스틱, 나무 그리고 천 등의 절단, 천공, 용접, 표면처리 및 표면개질 등을 하는 기술이며, 작업 속도가 빨라 생산성이 높을 뿐만 아니라 초점을 정확히 맞출 수가 있어 복잡한 형상 가공이 용이

의료산업용 레이저

  • 의료 분야에서 레이저는 레이저 광을 집속렌즈로 집광시켜 한 점에 조사( 照 射 )하여, 강력한 에너지로 생체 조직을 순간적으로 증발, 기화( 氣 化 )시켜서 절개하는 방법으로 다양한 수술에 이용하고 있음
  • 의료 분야에서는 레이저 메스로 대표되는 열 효과를 주로 사용하였으나, 최근에는 광화학 반응을 이용하여 살세포 효과(殺細胞效果)를 응용하여 암 치료에 많은 접근이 이루어지고 있음.

통신용 레이저

  • 광통신은 레이저와 광섬유를 이용하여 전파하는 통신기술로 전기 신호 대신 빛의 신호를 통해서 먼 곳으로 정보를 전달하는 것인데, 전자통신에 비해 정보량이 엄청나게 많고, 매우 빠르게 전송되는 장점이 있음

산업용 레이저

  • 산업현장에서 제품을 제조하는 생산현장의 공정에 활용하는 레이저로 레이저빔을 발진하는 매질에 따라서 분류하면, 고체레이저, 다이오드 여기레이저, 광섬유레이저, 가스레이저, 자유전자레이저 등으로 분류할 수 있고, 레이저빔을 발진하는 방법에 따라서는 연속파형 레이저와 펄스파형 레이저로 분류됨
  • 최근 긴 수명, 친환경 및 에너지 절감 등의 이슈로 인하여 다이오드레이저를 활용한 산업용레이저들이 각광을 받고 있으며, 이러한 레이저에는 다이오드여기레이저와 광섬유레이저가 있음

광섬유 레이저

  • 광섬유 레이저는, 크리스탈 로드(rods), 가스 튜브를 포함하는 공진기 등 기존 레이저 광학을 이용하는 대신, 긴 광섬유로 만들어지는데 열특성이 우수하고 모든 광섬유 컴포넌트 및 펌프 다이오드의 결합을 쉽게 할 수 있는 장점이 있음
  • 고체 레이저 및 가스 레이저와 비교해서 광섬유 레이저는 더 능률적이며, 친환경적이며, 소형 경량화 가능하고, 수명 및 유지보수 비용도 저렴해 경쟁력 있음

DPSSL (Diode Pumped Solid State Laser)

  • 다이오드 레이저 펌핑 고체 레이저(DPSSL : Diode Pumped Solid State Laser)는 최근의 기술개발에 힘입어 회절한계에 가까운 빔 발산 특성과 수 kW에 이르는 높은 평균출력을 갖으며, 레이저 장치의 수명이 수 천 시간을 상회하는 등 매우 우수한 특성을 가지고 있음
  • 다이오드 레이저 펌핑 고체 레이저(DPSSL : Diode Pumped Solid State Laser)는 최근의 기술개발에 힘입어 회절한계에 가까운 빔 발산 특성과 수 kW에 이르는 높은 평균출력을 갖으며, 레이저 장치의 수명이 수 천 시간을 상회하는 등 매우 우수한 특성을 가지고 있음
3. 시장현황 및 전망분석
가. 시장현황 및 전망

(1) 세계시장
세계 레이저 시장의 규모는 2016년에 104억 달러에서 2017년에는 111억 달러로 대략 6.6% 성장률을 보일 것으로 전망

[ 레이저 부품 및 가공 장비 분야의 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

제품 시장현황 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 10,400 11,000 11,500 12,000 12,500 14,000 5.6

* 출처 : Laser Markets Research/Strategies Unlimited, 2015

(2) 국내시장
국내 산업용 레이저 시장의 규모는 2016년에 약 2조 5천억원, 2019년에는 약 3조 8000억원, 2021년에는 약 5조원 정도의 시장이 될 것으로 전망

[ 레이저 부품 및 가공 장비 분야의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억원, %)

제품 시장현황 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
국내시장 24,969 28,714 33,021 37,974 43,670 50,221 15

* 가공용 레이저, 한국기계산업진흥회, 2008, <기계산업동향분석>, 신규시장은 모듈 및 팩키징으로 인해 중가하는 시장 포함, 일부 군사용 시장 포함하여 광기술원세 추정한 예측치, 신규시장으로 60%의 성장률을 추정함.Laser Focus World의 DPSSL과 Fiber Laser시장의 확대속도 등을 반영한 수치임

4.기술분석
(1) 기술개발트렌드
  • 최근 레이저를 활용한 차세대 소재 가공 기술 개발 및 제품화를 촉진하고 레이저 응용 기기 산업의 경쟁력을 강화하기 시작
  • 레이저 산업기술의 지속적인 성장기반을 국가차원에서 조성하고 있으며, 레이저 산업화를 위해서 국제 협력을 적극적으로 추진
(2) 기술환경분석

펌핑용 고출력 반도체 레이저 다이오드 Chip 국내 기술 현황

  • 국내 펌핑용 레이저 다이오드 칩은 그동안 일부 대기업에서 철수한 이래, 공공부문( 學 , 硏 )에서 기술개발을 수행하였으나, 상용화된 바 없음
  • 한국광기술원은 2010년부터 펌핑용 고출력 반도체 레이저 다이오드 칩 개발을 본격적으로 시작하였으며 현재 약 파장에 따라 6~8W급의 출력을 개발 하였음
  • 국내 산업용 레이저 시장의 구조는 국내업체가 발진기 모듈 및 핵심 부품을 해외 전문업체에서 구매하여, 국내에서 조립 및 시스템화하여 납품하는 경우와 해외 전문 업체의 국내 법인이 직판하는 경우임
5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 산․학․연 전문가로 구성된 핵심요소기술 선정위원회를 통하여 중소 기업에 적합한 핵심요소기술 선정

핵심요소기술 선정은 기술개발시급성(10), 기술개발파급성(10), 단기개발가능성(10), 중소기업 적합성 (10)을 고려하여 평가

레이저 부품 및 가공 장비 분야 핵심요소기술
분류핵심 요소기술설명
레이저 모듈 개발 고출력 레이저 펌핑용 레이저 모듈 기술
  • 고출력 표면발광 레이저 광원 기반의 레이저 히팅 시스템 기술
의료용 레이저 기술
  • 의료용 레이저 기술
광섬유 소재 및 모듈 고출력 레이저 빔 스위칭 기술
  • 고출력 레이저 엔진 구성을 위한 kW 광섬유 레이저 공진기 격자 모듈 기술
광섬유 격자 기술
  • 수kW급 고출력 광섬유 레이저를 위한 신호 빔을 광 학적으로 결합하기 위한 제조 또는 패키징 기술
특수 광섬유 기술
  • kW급 고출력 레이저 발진을 위한 이득매질용 특수 광섬유 제조 기술
레이저 시스템 광대역 파장별 레이저 기술
  • 고출력 근중적외선 가공용 레이저 엔진 모듈 및 가 공 기술
응용 분야별 고출력 레이저 기술
  • 고출력 광섬유 레이저 펌핑용 광원과 마이크로 광학 계를 일체화하기 응용 기술
고출력 파워별 레이저 광원 기술
  • 고에너지 밀도를 활용해서 급속도로 처리할 수 있는 특수 광원 및 가공 기술