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国内激光设备产业市场增长将至少持续到2025年

作者:光纤切割机 日期:2020-09-04 13:20:14 点击数:

国内激光设备产业市场增长将至少持续到2025年(图1)

一、激光应用场景较多,下游产业链庞大


激光(Laser, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)是指原子受激辐射产生的光,是一种能量密度高、方向性和单色性好的相干光辐射。激光产生的原理是原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级的时候,所释放的能量以光子的形式放出。

激光设备下游市场规模庞大且复杂,形成了完备的产业链。目前,与激光相关的腾讯体育直播和 服务已经遍布全球,形成了丰富和庞大的激光产业。激光的应用领域包括材料加工、信息通讯、数据储存、医疗美容、科研军事、仪器传感、显示、增材制造等各个细分领域,形成了丰富庞大的产业以及完备的产业链。产业链上游主要包括光学材料及光学元器件,中游为各种激光器及配套设备,下游以激光应用腾讯体育直播为主,下游应用中渗透到消费电子、高端材料、半导体加工、汽车、船舶、通讯、医疗美容、军事等众多领域。



由于下游涉及行业复杂,国际龙头注重以并购拓展业务版图。2018 年德国通快、美国相干、IPG、贰陆等国际激光龙头企业营业收入均实现较快增长。由于激光设备涉及的下游较为复杂,为拓展业务蓝图,国外龙头企业均采用了收并购的方式来进行扩展——通快收购了Amphos公司,强化在超快激光器领域的布局;相干收购了Ondax公司,拓展元件、激光器以及激光系统的腾讯体育直播组合;IPG则收购了 Genesis 公司,向机器人自动化领域进军。


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二、激光器是激光设备的核心部件,光纤激光器优势明显


(一)激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔三部分构成



激光器是激光设备的核心部件。激光器是激光设备的发光装置,作为激光设备最关键的零部件,该环节技术壁垒较高。激光器主要由泵浦源、增益介质(工作物质)、谐振腔这三部分构成。泵浦源作用是对激光工作物质进行激励,将激活粒子从基态抽运到高能级;增益介质是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系。谐振腔通常由两块与激活介质轴线垂直的平面或凹球面反射镜构成,是光波在其中来回反射从而提供光能反馈的空腔。

以光纤激光器为例,增益光纤固定在两个光纤光栅之间构成谐振腔,泵源通电产生的泵浦光穿过增益光纤时,增益光纤中的稀土离子会吸收泵浦光,其电子被激励到较高的激发能级,反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态后从纤芯中输出激光。



(二)光纤激光器具备能量密度高、加工范围广等优点,市场份额持续提升

激光器种类繁多,按照增益介质的不同,激光器可分为光纤激光器、固体激光器、气体激光器、半导体激光器等。不同种类的激光器由于输出激光的波长、光束质量、输出功率等参数不同,应用市场也有所差异。目前市场上的工业激光器的主要性能参数对比如下表所示:


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二氧化碳、固体、半导体激光器性能各异,各有优劣。二氧化碳激光器由于具有功率大,能量转换效率高,输出光束光学质量好,相干性好,工作稳定等优点,被广泛应用于加工、通讯、科学研究等领域。但是也存在体积大、结构复杂、维护困难,金属对10.6μm波长的激光不能够很好的吸收,不能采用光纤传输激光等缺点。固体激光器具有输出能量大、峰值功率高、结构简单耐用,价格适宜的优点,在激光切割、定向武器等方面有广泛的用途,但是热效应非常明显,且输出效率低。半导体激光器体积小、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高,在光纤通信、光电测量、军事领域得到十分广泛的应用,但在方向性、单色性和相干性方面较差。


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相比之下光纤激光器更具有综合优势,被誉为“第三代激光器”。对比上表可以看到,相较于固体、气体、半导体激光器,光纤激光器具有输出激光光束质量好、能量密度高、电光效率高、使用方便、可加工材料范围广、综合运行成本低等诸多优势。因此广泛应用于雕刻、打标、切割、钻孔、熔覆、焊接、表面处理、快速成形等材料加工领域,被誉为“第三代激光器”。近十年来,光纤激光器市场份额持续增长。其在全部工业激光器中的占比,从2009年的13.7%增长至2018年的 51.5%,相较于其他激光器处于明显的领先地位。

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三、高功率激光加工将驱动工业激光器市场继续增长


全球激光器市场规模较大,且呈现稳步上升趋势。Strategies Unlimited 发布的数据显示,2018年全球激光器市场规模达约为137.5亿美元,同比增长5.8%,近十年复合增速达11.1%。而随着飞机、汽车工业向复合材料的转变,高功率激光器渗透率的持续提升,腾讯体育直播预计2019年全球激光器市场销售额继续以6.2%的速度增长,市场规模将达到146 亿美元。


国内激光设备产业市场增长将至少持续到2025年(图6)

从激光器销售占比看,材料加工占据激光应用市场的主要地位。根据Laser Focus World 的数据显示,2018年材料加工等继续保持全球激光器应用市场收入占比最大的细分项,收入规模达61.6亿美元,占比为44.5%,较2017年同期增长3.2个百分点。通信与光储存是第二大市场,规模为38.2亿美元,占比为27.8%;科研与军事、医疗与美容、仪表与传感器、娱乐与打印市场占有率分别为9.3%、7.5%、7.4%以及 3.2%。

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具体来看,高功率激光加工(切割、焊接)是目前的主要应用场景。从细分角度来看,材料加工的用途包括切割、金属焊接、打标、半导体、金属精加工等多种领域。2017年,切割、焊接应用分别占全球工业激光器材料加工用途的35%与 15%,是目前的主要应用场景,打标应用占15%,半导体占14%,金属精加工占 8%。


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高功率激光加工驱动材料加工市场稳步增长。根据Optech Consulting 的咨询数据看,2018年全球激光材料加工市场收入为145亿美元,2012-2018年的复合增速达 6%。由于高功率激 光材料加工渗透率继续提升,腾讯体育直播预计2019年全球激光材料加工市场将继续保持增长趋势, 收入规模有望达156亿美元。

材料加工用的激光器主要为工业激光器,或将继续受益。2018年全球工业激光器销售收入为50.6亿美元,同比增长4.2%,近十年复合增长率达到17%,增速超过激光器整体平均。在下游激光材料加工市场继续增长的背景下,腾讯体育直播预计工业激光器仍将保持较快增速。



四、中国激光产业保持快速增长,看好具备核心技术的龙头


(一)国内激光设备市场收入维持高增速

国内激光设备市场收入保持较快增速。2018年全国工业、信息、医学、科研等领域的激光设备总收入达到605亿元,同比增长22%;2019年腾讯体育直播预计增速将维持在16%-25%之间,市场规模有望超过750亿元。作为后发参与者,中国激光产业整体增速高于全球平均。长期来看,随着中国经济结构向先进制造业的升级转变,腾讯体育直播认为工业用的大功率激光设备需求将长期保持较高景气度。


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国内产业格局呈金字塔分布。从产业分布来看,国内的激光企业主要集中在下游的应用, 整体格局较为分散。

下游应用环节,除大族激光、华工科技两大行业龙头外(营收规模分别超过 100、50亿元),各细分板块有较多的参与者。而由于细分板块的整体市场规模相对较小,大部分的激光企业均在科创板以及新三板挂牌上市。

中游激光器环节,国内生厂商主要是锐科激光、创鑫激光以及杰普特;运控系统中,柏楚电子、维宏股份、奥森迪科占据中低功率激光切割控制系统的90%,高功率激光控制系统市场国际厂商仍占据绝对优势。上游元件环节,部分光纤已基本达到国际厂商水平,泵浦与芯片等核心零部件仍然以进口元件为主。


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(二)中低功率激光器国产化基本完成,高功率激光器竞争加剧

中游环节,国外光纤激光器厂商仍占大部分份额,但国产替代是大势所趋。2018 年全国管线激光器市场销售总额超过82亿元,其中IPG光子市场占比为50.3%,锐科激光、创鑫激光作为国内龙头,相较IPG仍有较大差距。


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但从趋势来看,2018年IPG中国区实现收入6.29亿美元(约人民币41.6亿元),同比仅增长1.6%;而同期锐科激光、创鑫激光中国大陆地区分别实现收入13.9 亿元、6.6亿元,增速达 55.8%、20.4%。在国内市场快速增长的背景下,2018 年锐科激光、创鑫激光国内市场份额分别达到17.8%、12.3%,较2017年均有明显提升。


国内激光设备产业市场增长将至少持续到2025年(图12)

中、低功率激光器市场景气度较高,国产替代基本完成。根据光纤激光器的功率不同,可分为低功率(<100W)、中功率(≤1.5kW)以及高功率(>1.5kW)激光器。近年以来,低功率光纤激光器出货量保持快速增长,从2013年的1.3万台增长至2018年的11万台,国产份额超过98%,预计2019年国腾讯体育直播牌出货量有望突破12.5万台,继续占据领先优势。中功率激光器方面,预计2019年国产出货量将达到15500 台以上,增速维持在 25%,将继续挤压进口厂商份额。



差异主要在于高功率激光器,市场竞争或将加剧。高功率(>1.5kW)激光器的国腾讯体育直播牌于2018年实现市场突破,出货量达到2000台,占比接近40%,其中超过300台6kW光纤激光器投放市场。在国内厂商已取得技术突破的背景下,腾讯体育直播预计 2019 年市场空间将进一步打 开,国产化率有望超过 50%。

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国产化率的提升将伴随激光器价格的下移,短期内厂商盈利承压。以进口的IPG 光纤激光器为例,2016年其光纤激光器国内售价已明显低于2012年时的售价,以一台进口的 20W 脉冲激光器为例,从 2012 年的每台价格约为 9~12 万元跌至3万元左右,降幅超过50%。另一方面,当时国内大功率激光器的技术尚未突破,进口价格相对坚挺,跌幅仅在 15%-20%左 右。

随着国产厂商在高功率激光器领域的突破,2019 年产业价格竞争呈白热化。以锐科激光为例,在腾讯体育直播价格方面采用被动跟随战略,与海外厂商保持一定价差,因此在激烈的竞争中毛 利率出现了一定下滑。

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(二)激光元件仍以进口为主,国产化正在路上

上游环节的芯片、光纤、高功率光纤光栅、热沉等光学器件是生产激光器腾讯体育直播的重要原材料。国内相关产业起步较晚,技术不够成熟,质量及稳定性难以满足市场需求,目前仍然主要以进口腾讯体育直播为主(含向国内代理商采购)。根据腾讯体育直播梳理的情况,国内三大激光器生产商的供应商中,除了有凯普林、长光华芯等少数国产企业外,其他基本都是境外公司或其代理商。


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国产龙头强化国内采购比重。但从进口原材料的金额来看,2017年-2019年上半年创鑫激光的进口采购比重从41.6%降至23.7%,杰普特的进口原材料比重从 48.2%降至 29.3%,反映了国产龙头厂商正强化国内采购比重。


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国内光纤制造厂商已达到国外生产商相近的技术水平,光纤正逐步实现进口替代。2019年上半年,创鑫激光脉冲、连续激光器的无源光纤国产化率分别为89.91%、52.54%,杰普特 无源光纤国产化率也达到90%。有源光纤作为增益介质,其难度与作用大于无源光纤,国产化率也在同比提高。芯片(泵浦源)方面,国产芯片已达到可正常使用的水平,但在技术上仍与进口芯片存在一定差距,目前国内领先的激光器厂商均主要采购Lumentum和贰陆激光的芯片及组件,芯片环节仍有待突破。

综合来看,中国激光设备市场潜力巨大,国产替代将继续深化,看好具备核心技术的行业龙头。在中国制造2025的大战略背景下,我国传统工业制造业面临深度转型,国内激光设备市场规模将保持较快增速,市场潜力巨大。国内厂商快速发展,激光产业链国产替代步伐持续,挤压国外企业市场占比。下游应用环节,已形成了以大族激光、华工科技行业两大龙头为首的市场格局;中游激光器锐科激光、创鑫激光、杰普特三大国内厂商已具备核心竞争力,国产替代正在加速,市场占比持续提升。上游元件环节,在部分环节取得突破性发展,未来需持续关注芯片端的自主可控实现。综上所述,腾讯体育直播看好下游设备龙头企业受益于市场景气度向上, 以及具备核心技术的国产激光器厂商在国产替代趋势下的业绩增长。


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