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중소기업 기술로드맵 조회결과

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산업·일반기계

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산업용 레이저 가공장비
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

산업용 레이저 가공장비 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 산업용 레이저 가공장비는 레이저를 활용하여 대상의 형상을 가공하거나, 절단, 용접, 마킹, 열처리하는 설비를 의미
  • 범위 : 따라서 산업용 레이저 가공장비의 개발 범위는 필요한 출력을 낼 수 있는 광원, 광원을 정밀하게 이송하기 위한 스캐너, 가공품을 이송하기 위한 스테이지 및 전체 시스템을 제어하기 위한 제어기로로 한정
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
산업용 레이저 <br/ >가공장비 1세대 CO2 레이저
  • 여기원(직류방전 또는 고주파)
  • 고효율(초기 3%, 현재 10%~20%)
  • 출력(상용 25kW), 파장(10.6μm)
  • 대출력으로 금속 가공에 많이 이용
  • 초기대비 부피 1/10
2세대 Nd-YAG 레이저,
Lamp-pimped YAG 레이저 (LPSSL)
  • 광여기(optical pumping)
  • 효율(1%~4%)
  • 출력(상용 4kW), 파장(1.064μm)
  • 광섬유 이용 빔 전송 가능
2.5세대 Excimer 레이저
  • 낮은 출력(900mJ 이하)
  • 파장(0.15μm~0.35μm)
  • 펄스발진, 짧은 펄스폭(10ns~100ns)
  • 제한적인 금속가공, Lithography, 광화학, 의학분약 이용
3세대 Diode(LD) 레이저
  • 출력(최대 10kW), 파장(0.8μm~0.95μm)
  • 단독/광섬유 결합모드 가능
  • 플라스틱 용접(저출력)
  • 얇은 철판, 알루미늄 판, 고속용접(고출력)
Lamp-pimped YAG 레이저 (DPSSL)
  • 기존 Lamp-pimped 대비 고효율(10%~20%)
  • 출력(2.5kW~6kW), 파장(약 1μm)
  • 자동차 산업 등 사용
Fiber 레이저
  • 우수한 빔 품질, 효율성, 고휘도, 다양한 펌핑 방법, 고출력 실현
  • 출력(최대 20kW), 파장(1.07μm)
  • 기존 YAG, CO2 레이저 분야 활용, 로봇 이용 리모트, 스캔 용접 활용
Disk 레이저
  • Yb-YAG 디스크 레이저
  • 고효율(10%~15%)
  • 출력(최대 6kW, 상용 1kW~4kW), 파장(1. 03μm)
  • Fiber 레이저와 함께 새로운 가공용 레이저 원으로 부상 중

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발 테마공급망 관점세부기술
산업용 레이저
가공장비 (시스템)
레이저 절단기
  • 고출력 레이저를 통해 모재를 절단하는 기술
  • 조선 산업 등에서 모재를 원하는 형태로 절단하기 위해 활용.
레이저 용접기
  • 레이저에서 발생하는 열원을 바탕으로 모재와 가공재, 용가재를 용융시켜 접합하는 기술
  • 자동차 산업에서 고강도 재질의 용접에 활용
레이저 마커
  • 레이저를 활용하여 표면에 Heat No.와 같은 가공재의 공정에 관련된 내용 및
    제품 생산 정보, 브랜드 등을 표기하는 기술
레이저 표면처리기
  • 레이저를 활용하여 모재 표면의 이물질 제거 및 조도 향상을 위하여 가공하는 기술
레이저 3D 가공기
  • 복잡하고 정밀한 가공이 필요한 형상을 레이저를 통해 가공하는 기술.
  • 일반적인 공작기계를 통해 가공이 힘든 초정밀 가공에 활용
레이저 복합 가공기
  • 두 가지 이상의 레이저 가공 기술을 복합하여 구현한 레이저 가공설비.
산업용 레이저
가공장비 (부품)
광원
  • 사용용도 및 출력, 파장에 맞는 레이저를 공급하는 기술
  • 레이저 가공설비의 핵심 부품
이송장치
  • 광원을 가공이 필요한 좌표로 이송하는 기술
  • 정밀 가공을 위해 높은 정도의 위치 제어 기술 필요
제어기
  • 레이저의 공급 및 차단, 광원 이송에 관한 제어를 수행하는 장치
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장

2016년 전 세계 산업용 레이저 시장은 31.6억 달러 수준

[ 세계 레이저 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

세계 섬유산업 수요 전망
구분201620172018201920202021CAGR
세계시장 3,100 3,400 3,700 4,100 4,400 4,800 8.7

* Laser Markets Research/Strategies Unlimited, PennWell 자료 재구성

나. 국내시장

가공용 레이저 시장 규모는 2016년 기준 1조 수준이며 2021년까지 131,944억 원에 시장규모를 형상할 것으로 예측

[ 국내 가공용 레이저 시장 규모 ]

(단위: 억 원, %)

제품 시장현황 및 전망
구분20162017201820192021CAGR
가공용 10,079 12,398 15,249 18,757 23,072 28,379 23.0
신규 12,583 20,133 32,213 51,540 82,465 131,944 60.0

* CAGR 2021년 추정

4.기술분석
가. 기술동향 분석

(1) 세계동향

세계 산업용 레이저 시장에 있어서 주목해야할 최고의 브랜드에는 Coherent, IPG Photonics, Rofin-Sinar Technologies, Trumpf 등이 있음

  • 한국과학기술평가원에서 조사한 과학기술예측조사에 의하면, 레이저 기술에 대한 주요 선진국 대비 국내 기술수준은 전체적으로 44.5%정도로 전체 산업평균인 47.1% 정도에도 미치지 못함

(2) 국내동향

국내 산업용 레이저 시장 구조는 국내업체가 발진기 모듈 및 핵심 부품을 해외 전문 업체에서 구매하여 국내에서 조립 및 시스템화하여 납품하는 경우와 해외 전문업체의 국내범인이 직판하는 경우로 나뉨

  • ㈜금광의 경우 한국원자력연구원에서 연구원창업을 통해 설립된 업체로 DPSS 레이저 제작 원천기술을 보유하고 있으며, 반도체 생산 라인의 레이저 수리 서비스를 공급
  • ㈜이오테크닉스는 레이저 마커 전문 회사로 반도체, 디스플레이, PCB 제조 공정에 사용되는 레이저 가공설비를 제공
  • 화천기계는 공작기계 전문 제조회사로 CNC 선반과 CNC 밀링머신, 머시닝 센터, 연삭기, 범용 선반과 밀링 머신, 드릴링 머신 등 공작기계를 제조하고 있으며, 제20회 국제 금형기기전에서 레이저 가공기 3종을 전시
  • 성우하이텍은 프론트 범퍼 빔에 원격 다점 용접기술을 적용하여 용접시간의 획기적인 단축 및 점 용접에 필요한 플랜지부를 축소하여 재료비 절감 효과를 얻음
5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 차세대 디스플레이용 기능성 필름 분야 핵심요소기술 ]

산업용 레이저 가공장비 분야 핵심요소기술 선정
분류핵심 요소기술개요
고출력 광원 제조 기술 kW 광섬유 레이저 공진기 모듈 기술 고출력 레이저 엔진 구성을 위한
kW 광섬유 레이저 공진기 격자 모듈 기술
고출력 레이저 빔 결합 기술 수 kW급 고출력 레이저를 위한
신호 빔을 광학적으로 결합하기 위한 기술
레이저용 특수 광섬유 제조 기술 kW급 고출력 레이저 발진을 위한
특수 광섬유 제조기술
고출력 레이저 다이오드 서브 광모듈 고출력 광섬유 레이저 펌핑용 광원과 마이크로
광학계를 일체화하기 위한 광모듈 패키징 기술
광원 이송 기술 고정밀 광원 이송 기술 고속, 정밀 가공을 위한
광원의 2D 또는 3D 위치 제어 기술
가공품 이송 및 고정 기술 가공 전 재료의 설비 내 이송, 가공 중 제품의 고정,
가공 후 제품의 이송에 관한 기술