图片展示
图片展示

激光技术快速发展,激光切割设备国产化加速

作者:深圳骏屹激光设备有限公司 浏览: 发表时间:2023-01-04 11:41:00



1. 从科学设想到星火燎原:激光的前世今生


1917 年,爱因斯坦从理论上指出,当光与物质相互作用时,除了吸收和自发辐射之 外,还存在第三种过程——受激辐射,不过爱因斯坦并没有想到利用受激辐射来实 现光的放大,因此在爱因斯坦提出受激辐射理论后的许多年内,这个理论并没有太 多运用。1954 年,基于受激辐射理论,美国科学家汤斯发明了微波激射器(Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation,MASER),MASER 可以产生放大 的微波束,但一方面由于 MASER 产生的微波束不够稳定,另一方面受限于微波自 身的性质,使得 MASER 至今仅在天文领域得到少量应用。1960 年,美国科学家梅 曼利用一个高强的螺旋形闪光灯管作为泵浦源,红宝石作为增益介质,并通过在红 宝石两侧镀银及一侧开孔,使其内部产生谐振腔,首次制成了光波激射器((Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,LASER)),LASER 能够发出受激 辐射放大的光波,这种光波后被我国科学家钱学森译为激光。泵浦源+增益介质+谐 振腔至今仍是激光器的核心构成。红宝石激光器的发明,标志着激光时代的到来。此后数年间,科学家又尝试用不同的增益介质研制出了各类不同的激光器,激光开 始登上历史舞台。



激光与原子能,计算机,半导体并称为二十世纪四大发明。作为“世纪之光”,激光 甫一出现便迅速得到运用。激光最初被应用于医疗领域,用来进行一些较为精密的 手术治疗,后来又被应用到测距,扫码器,打印机等。作为最早发明激光的国家, 美国为激光技术的研究投入了大量的资源,这一方面是因为其过去与苏联“冷战” 促使其研制激光武器,另一方面是因为其“保持世界科技领先”的战略思想。早在 1986 年美国用于激光技术研究与发展费用就高达 17 亿美元,一定程度上加快了激 光技术的发展。为什么激光如此有用?这主要得益于激光的三大特性,即单色性、方向性、相干性, 正是因为这三大特性,使得激光可被聚集成非常小的光斑,获得极高的功率密度。这种功率密度极高的光很快被工业界注意到,而激光大放异彩正是始于其被应用于 制造业中。从 20 世纪 60 年代开始,各种激光加工技术如激光切割、激光钻孔、激 光打标、激光焊接等不断发展成熟,显著提高了工业界的材料加工水平。
激光技术自身也仍然在持续发展,不断突破科学边界。在激光诞生后的 60 年间,一 共有 12 项诺贝尔物理学奖与诺贝尔化学奖与激光技术直接相关,这充分体现出了 激光技术在推动基础科学研究与促进科学技术进步方面发挥着不可替代的作用。
在激光技术发展初期,由于激光器功率普遍较低,激光主要被用于通信领域和光储 存领域,Laser Focus World 数据显示,2009 年激光器在通信和光储存领域的应用占 比达到 55.2%,而材料加工仅占 25.7%。随着高功率激光器技术的不断突破,激光 越来越多地被运用到材料加工领域,2020 年,激光的下游应用中材料加工与光刻占 比达到 39.6%,其中光刻实质上属于材料加工的一种形式。2016 年以来激光在材料 加工领域的应用始终占有着 40%左右的比例,显示出材料加工已取代通信与光储存 成为激光最重要的应用领域。

 

我们将用于材料加工中的激光设备定义为激光加工设备(Laser Material Processing System)。Optech Consulting 从 1986 年起对全球激光加工设备市场规模进行追踪, 其最新数据显示,2021 年全球激光加工设备市场规模达到 213 亿美元,2011-2021 间 10 年 CAGR 达 7.9%,2016-2021 间 5 年 CAGR 达 11.1%。进一步考虑到随着激 光技术的逐渐成熟,激光加工设备单机价格近年存在大幅降低的情况,因此设备出 货量的增速应高于市场规模的增速,充分体现出激光加工设备在制造业中加速渗透 的态势。
激光加工技术正不断扩展应用场景,而激光加工技术的重要性恰恰体现在于其对下 游产业的带动作用。据美国科学和技术政策办公室统计,美国 2010 年 GDP 的 50% (约 7.50 万亿美元)与激光在相关领域的市场应用及不断拓展相关,其中与激光在交 通运输以及制造业中扩展相关的 GDP 达到 1 万亿美元。如今,大到飞机小到芯片, 都离不开激光加工技术。经过 60 年的发展,激光从最初的星星之火,渐成燎原之势。


2. 乘时代东风而起,激光助力中国制造业转型升级


激光加工技术作为当今世界最先进的制造加工技术之一,其发展水平直接体现出一 个国家制造业的实力。欧美主要发达国家均十分重视激光加工产业的发展,已形成 了较为成熟的产业链,诞生了以德国通快(TRUMPF)、美国阿帕奇(IPG)、相干 (Coherent)、贰陆(II-VI)、恩耐(nLIGHT)、瑞士百超(Bystronic)、意大利普瑞 玛(Prima)等为代表的国际激光巨头。1961 年长春光机所研制成功了我国第一台红 宝石激光器,仅比美国晚一年,但此后产业化进程较为缓慢。1971 年,世界范围内 首次出现 1000W 商用二氧化碳激光器,上世纪 70 年代末期,中国首次直接进口激 光器。此后在国外厂商的技术垄断下,中国激光器长期依赖进口,技术更是落后于 世界。1990 年就已经在发达国家实现商业化的光纤激光器,直到 2005 年才有国内 厂商进入市场。进入新世纪,激光加工技术精度高、速度快、变形小、无材料损耗、 易于自动化集成等优点日益凸显,符合智能制造与绿色制造等先进制造大趋势。在 新的时代背景下,中国制造业的转型升级刻不容缓,激光加工产业则是推动这一进 程的重要引擎。


2.1. 政策利好频出,四大产业集群规模初显


我国制造业正处于由大变强的关键阶段。只有抓住工业 4.0 的契机,推动制造业向 高端制造和智能制造转型,才能始终保持国际竞争力。激光加工设备产业是先进制 造的典型代表,契合国家发展战略,,国家不断出台相关政策对行业的发展进行支持。以 2006 年我国发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》首次将 激光技术列为我国重点发展的前沿技术为起点,国家在在政策上给予激光产业发展 的支持力度逐年增强。从历年政策来看,我国不仅注重激光技术的突破,也注重激 光对下游产业的带动作用,致力打造完善的产业链与规模化的产业集群。
目前,我国激光产业已形成珠三角地区(代表城市深圳、广州等)、长三角地区(代 表城市苏州、上海等)、华中地区(代表城市武汉、长沙等)和环渤海地区(代表城 市北京、沈阳等)四大产业集群,全国共有规模以上产业园区 54 个,其中珠三角地 区 11 个,长三角地区 9 个,华中地区 9 个,环渤海地区 20 个。2021 年四大产业集 群的激光产业总产值占全国之比超过 80%。

 

再具体到地方产业政策上,四大产业集群地区的主要省市均出台了相关政策支持激 光产业发展,湖北省对激光产业链 2025 年有明确的收入指标,提出到 2025 年,东 湖科学城规模以上激光企业产值达到 1000 亿元,带动激光产业链上下游企业总收 入超过 5000 亿元;广东省、浙江省、河北省等主要聚焦于发展激光加工设备;北京市、山东省、湖北省做出了对发展激光器的规划;上海市、江苏省、湖南省则重点 发展激光器芯片、特种光纤等光电元器件。
据企查猫数据,在一系列政策利好推动下,截至 2022 年 10 月,全国从事激光相关 业务的企业已超过 5 万家。激光加工产业的资本化也在如火如荼进行,当前国内处 于激光加工设备产业链内的上市公司已达 20 家,而在 2006 年激光技术被列为重点 发展的前沿技术之前,仅华工科技和大族激光两家上市公司。从锐科激光 2018 年 6 月上市开始,最近短短 4 年间新上市公司达 13 家,此外还有逸飞激光、宏石激光、森峰科技、波长光电等公司正在冲刺 IPO,充分体现出了激光加工设备产业快速发 展的态势。


2.2. 先进制造大势所趋,激光加工顺应时代
2.2.1. 制造业是立国之本,先进制造景气度长期向好



全局来看,制造业是立国之本、强国之基,制造业高质量发展,是我国经济高质量 发展的重中之重。国家统计局数据显示,2021 年我国制造业增加值达到 9.8%,制造 业增加值占 GDP 比重达到 27.4%,规模达到 4.23 万亿美元,连续 12 年位居世界首 位。此外,近年来,我国高技术制造业(包含计算机及办公设备制造业、电子及通 信制造业、航空航天器及设备制造业、医药制造业)发展迅速,占规模以上工业增 加值的比重逐年上升,2020 年和 2021 年比重均超过 15%,表明我国制造业产业结 构不断优化升级。从宏观经济指标来看,PMI 指数经历了今年 3 月以来上海疫情和 全国限电等不利因素扰动后,在 9 月重回荣枯线以上。而制造业固定资产投资完成 额在 2020 年疫情初期出现较大幅度的下降后,2021 年以来始终维持在较高增速水 平,这些均表明制造业整体景气度呈现复苏态势。此外,高技术制造业 PMI 指数在 大部分时间均高于 PMI 指数,且无惧外部不利因素扰动,长期处于荣枯线以上,表 明我国先进制造景气度持续向好。

 

将国内激光加工产业链内上市公司纳入激光加工设备板块,并将激光加工设备板块 3 年营收同比增速与 SW 机械设备板块和全部 A 股进行对比,可以看出激光加工 设备板块在大部分时间里均保持了相对较高的营收增速,行业成长性凸显。
相比于传统的机床加工,激光加工是一种柔性化的加工技术,其先进性主要在体现 其易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,进而能够与工业机器人等 进行集成,实现高度自动化和智能化,从而大幅提高加工精度与加工效率。激光加 工设备的发展与工业机器人的发展有密切联系,由于激光加工设备的相关统计数据 不够完善,可以从工业机器人产业的发展态势一窥国内先进制造发展的整体情况。中国是世界上工业机器人产业发展最为迅猛的国家。根据国际机器人联合会(IFR) 数据,2021 年我国新安装工业机器人数量已超过世界其它国家总和,达 26.8 万台。2016-2021 年间我国新安装工业机器人数量 CAGR 达到 23%,大幅领先制造强国日 本、德国、美国、韩国。然而,虽然近年我国工业机器人产量呈现高速增长态势, 2021 年已达 31.8 万台,但是工业机器人长期以来贸易逆差的情况并未发生改变, 2021 年达到 11.9 亿美元,这主要是由于在高端工业机器人方面我国依然依赖进口。根据 IFR 数据,2021 年我国出口工业机器人平均单价仅 0.63 万美元,但进口工业 机器人平均单价达到 1.34 万美元,超过出口单价的 2 倍,高端装备的发展依然任重道远。


2.2.2. 跨过刘易斯拐点,工程师红利赋能中国先进制造


改革开放以来,中国经济虽然快速增长,但长期依赖廉价劳动力带来的人口红利, 制造业也多集中在中低端领域。有关报导显示,2010 年左右,中国迎来刘易斯拐点, 在这以后,人口红利逐渐消失,劳动力由过剩转向短缺,保持经济持续增长将更多 依赖于技术进步与科技创新,制造业则需要由劳动密集型产业向技术密集型产业转 移。我国高等教育已全面铺开,据 Photonics Views 报导,目前中国每年新产出大约 600 万名工程师,这一数字是美国的 6 倍。当前,中国拥有世界上最庞大的科研人 员队伍和工程师队伍,这是发展技术密集型产业的基石。根据国家统计局社科文司 统计数据,中国创新指数常年保持稳定增长,但具体到指标上仍有强弱之分,其中 与科学技术人员相关性较强的创新产出指数在 2010 年之后明显呈现加速增长的态 势,而与科技成果转换相关性较强的创新成效指数增长率则基本维持不变,表明我 国人员和技术的储备较为充足,而技术产业化则是今后的突破点。激光加工设备产 业是典型的技术密集型产业,也是高新技术中产业化较为成熟的一个领域,发展过 程中将充分受益于中国的工程师红利,有助于在研发-生产-销售-服务全环节打造完 备的生态链。


2.2.3. 中国激光加工产业迎来发展机遇期


工业是中国激光下游应用占比最高的领域,2021 年达到了 62%,激光加工设备产业 是激光技术发展中受益最大的领域。中国是全球最大的激光加工设备市场,根据 Optech Consulting 统计,2021 年中国激光加工设备市场占全球之比达到 35%,远 超美国和欧洲。

 

随着中国高端产品市场不断突破以及工业互联网逐渐兴起,激光加工设备的集成平 台将在中国工业领域扮演愈发重要的角色。但同时,我国激光加工设备所需的激光 芯片、特种光纤、激光头、运控系统等核心零部件依然部分依赖进口,国内整体工 业体系发展的基础薄弱导致国产产品在耐用性、性能稳定性以及大规模工业生产水 平上与国际发达国家还有差距,核心竞争力缺乏也使得产品同质化严重,一些领域 的激光企业陷入了漫长的价格战,蚕食了企业利润空间,对产业长期发展较为不利。此外,美国在高科技领域对我国的制裁持续加码,多家激光企业曾被美国列入制裁 名单,也一定程度上考验着国内供应链。在新的历史时期,机遇与挑战并存,随着 我国制造业整体水平提升以及市场逐步出清,我国激光加工设备产业将具备长期向 好的趋势,在先进制造领域大有可为。


3. 国产替代加速,全产业链自主可控可期


3.1. 激光加工设备产业链梳理


以激光加工设备为产品的视角来看,激光加工产业链的上游主要为光学元器件,包 括激光二极管(泵浦源主要构成)、激光晶体(固体激光器增益介质)、有源光纤(光 纤激光器增益介质)、光纤光栅(用作谐振腔)、合束器、准直镜(多用于 CO2激光 器)等。中游的激光器厂家将各种光学元器件进行组装制造出激光器,除激光器外, 将激光加工头和运控系统纳入中游范畴。以人体类比激光加工设备,激光器为激光 加工设备之心,提供能量来源;运控系统为激光加工设备之脑,指挥设备的动作;激光加工头为激光加工设备之手,进行具体的加工操作。下游的激光加工设备厂商 将激光器、激光头、运控系统以及一些机械和电气辅助部件进行集成,即制造出了 不同种类的激光加工设备,这些激光加工设备最终被各个领域的客户使用以生产出 面向消费者的终端产品。
我国的激光加工企业主要集中在下游设备端,尤其是通用激光加工设备参与玩家数 量很多,这是因为以激光切割机和激光打标机为代表的通用激光加工设备技术已经 发展较为成熟,下游厂商只需进行简单的系统集成即可产出设备,进入门槛相对较 低。而在技术壁垒更高的光学元器件、激光器、运控系统和激光加工头领域国内参 与厂商则相对较少。国外激光加工设备产业经过了较长时间的发展,整体格局更为 集中,产业链各环节份额均集中于少数厂商。


3.2. 上游:光学材料及元器件


根据国内激光器上市公司披露的数据,直接材料成本占光纤激光器成本之比在 80% 以上,占固体激光器成本之比在 70%以上。创鑫激光主要生产光纤激光器,其在招股说明书中披露了 2016-2019H1 公司 1000W 连续光纤激光器直接材料成本构成数据,综合该时间段数据计算出各部分成本占比。其中光学类原材料占直接材料的比值接近 80%,而泵浦源和有源光纤的成本占比分 别为 47.82%和 14.36%,是光纤激光器主要的材料成本来源。

 


英诺激光主要生产固体激光器,其原材料均为外购,根据招股说明书中披露的 2018- 2020 年原材料采购情况,综合测算出固体激光器中光学类原材料占直接材料的比值 超过 50%,其中泵浦源和晶体的成本占比分别为 22.05%和 15.28%,是固体激光器 主要的材料成本来源。
当下,我国已具备激光器所需的光学材料和元器件自产能力,但一些高端零部件(主 要是高功率半导体激光芯片和有源光纤)仍部分依赖进口。


3.2.1. 半导体激光泵浦源及激光芯片


目前,工业激光器多使用激光二极管进行泵浦。激光二极管由高功率半导体激光芯 片、热沉、相关结构件等封装而成,工作时,电流注入二级管有源区,电子受激辐 射产生激光,但由于其产生光束质量差,所能直接应用的领域受限,因此除少部分 以直接半导体激光器的形式进行应用外,多数作为工业激光器(主要是光纤激光器 和固体激光器)泵浦源的组成部分。
激光芯片是激光二极管中的核心发光元件。激光芯片根据谐振腔制造工艺的不同分 为边发射激光芯片 Edge Emitting Lasers,EEL)和面发射激光芯片(Vertical CavitySurface Emitting Laser,VCSEL)两种。边发射激光芯片是在芯片的两侧镀光学膜形 成谐振腔,沿平行于衬底表面发射激光,而面发射激光芯片是在芯片的上下两面镀 光学膜,形成谐振腔,由于光学谐振腔与衬底垂直,能够实现垂直于芯片表面发射 激光。VCSEL 芯片主要应用于激光雷达、传感、VR 及生物医学等领域,而 EEL 芯 片则主要用于工业、激光雷达和光通信等领域。
用于工业领域的 EEL 芯片为高功率半导体激光芯片,按芯片数量又可分为单管芯片 及巴条芯片。单管芯片只有一个发光单元,巴条芯片是由多个发光单元并成直线排 列的激光芯片,巴条芯片经过钝化、镀膜后,可解理为单个发光单元的单管芯片。目前单管芯片的输出功率最高可以达到 30W 以上,武汉锐晶已能够生产 50W 以上 的单管芯片。巴条芯片的并形结构使其具有更高的输出功率,但巴条芯片因此存在 热密度高,热应力较大等问题,技术难度更高。单管芯片和巴条芯片分别通过 COS 封装和表面贴片封装的方式制出激光二级管,将激光二级管发出的光进行光学整形 合束耦合并再次封装后即可得到半导体激光泵浦源。

 


中国作为全球最大的工业激光应用市场,也是最大的半导体激光泵浦源市场。目前 全球半导体激光泵浦源市场主要存在两类市场参与者,一类是为工业激光器生产企 业提供高功率半导体激光芯片和泵浦源产品的专业供应商,包括可以自主生产激光 芯片的企业长光华芯和武汉锐晶等以及外购激光芯片自主封装成激光二极管和泵 浦源的炬光科技、星汉激光和凯普林光电等;另一类是既生产工业激光器又自主生 产半导体激光泵浦源的企业,如 IPG、Coherent、锐科激光和创鑫激光等,但 IPG 和 Coherent 已实现泵浦源完全自产,而锐科和创鑫仅能够自主进行泵浦源封装,激光 芯片依然需要外部采购。激光芯片在整个激光加工设备中的价值占比虽然很小,却 是产业链中容易被“卡脖子”环节。根据国内工业激光器主要上市公司招股说明书 中披露的数据,各家公司此前均从国外进口一定数量的泵浦源或激光芯片。
近年随着国内高功率半导体激光芯片企业的快速发展,以及泵浦源封装技术的进步, 国内激光器厂商所用的激光芯片和泵浦源国产化率逐渐提高。以龙头锐科激光为例, 国内主要的半导体激光芯片企业长光华芯和武汉锐晶均为锐科激光的关联方,我们 根据锐科激光和长光华芯相关公告中披露的数据统计了 2015 年以来锐科激光向长 光华芯和武汉锐晶采购半导体激光泵浦源和激光芯片的金额,可以看出采购金额逐 年提高,且 2020 年之后呈现快速上升的态势。锐科激光 2022 年 6 月在深交所平台 答投资者问时表示目前长光华芯占公司激光芯片产品的采购比例约为 30-40%,据此 可以得知锐科激光向长光华芯和武汉锐晶采购激光芯片产品合计已超过 50%,即公 司自产泵浦源所需的激光芯片已超半数实现国产替代。
参考长光华芯招股说明书中对我国激光芯片市场规模的测算方法对我国工业用高 功率激光芯片的市场规模进行测算,该测算中假设半导体激光泵浦源占激光器材料 成本 50%,我们认为该数值仅考虑了泵浦源在连续光纤激光器中的占比情况,因此 对其重新进行了计算。半导体激光泵浦源占连续光纤激光器的成本比重较高,接近 50%,而在脉冲光纤激光器和固体激光器中占比较小,根据英诺激光和杰普特招股 说明书中披露的数据为 20%左右,直接半导体激光器未查询到相关数据,但其通过 半导体激光泵浦源合束直接输出激光器,故泵浦源价值占比较高,假设为 80%,气 体激光器主要使用电泵浦,假设半导体激光泵浦源价值占比为 0。以连续光纤激光 器/脉冲光纤激光器/固体激光器/直接半导体激光器/气体激光器占工业激光器比值 分别为 40%/13%/15%/17%/15%进行近似测算,则半导体激光泵浦源在工业激光器 中总价值占比为40%*50%+13%*20%+15%*20%+17%*80%+15%*0=39.2%,近似为 40%。此外,2018-2020 光纤激光器市场规模占比由公开数据得到,并假设 2021 和 2022 年光纤激光器占工业激光器的比值维持在 53%,参考长光华芯招股说明书假设 工业激光器和泵浦源平均毛利率分别为 30%和 15%,激光芯片占泵浦源成本比值为 10%。最终计算得出 2022 年中国工业用半导体激光泵浦源和高功率半导体激光芯片 市场规模分别为 72.91 亿元和 6.2 亿元。
由于国内较多激光元器件及激光器厂商已掌握半导体激光泵浦源封装技术,因此高 功率激光芯片的国产化是产业链上游实现自主可控最为关键的环节。对工业用高功 率半导体激光芯片整体的国产化情况进行测算,国内有能力自主生产工业用高功率 半导体激光芯片的公司主要有长光华芯、武汉锐晶,华光光电、瑞波光电和度亘激 光等。长光华芯在其招股说明书中披露 2020 年高功率半导体激光芯片收入约 0.71 亿元,约占当年总收入的 29%,假设长光华芯高功率半导体激光芯片收入占比保持 稳定;武汉锐晶与锐科激光的控股股东相同,其生产的激光芯片几乎均供给锐科并 由锐科进行封装,假设锐晶的高功率半导体激光芯片收入与锐科披露的关联方交易 金额一致。由于长光华芯和武汉锐晶的快速崛起,我国的高功率半导体激光芯片国 产化率提升显著。若假设华光光电、瑞波光电和度亘激光等其余企业在高功率半导 体激光芯片上的市占率为 5-10%,则 2021 年我国的高功率半导体激光芯片国产化 率达到 40%左右。长光华芯于 2022 年上市,募资的一部分用于高功率半导体激光 芯片的扩产,度亘激光也于 2022 年完成 PreIPO 融资并进行了大规模扩产。我们认 为今后工业高功率半导体激光芯片的国产化率还将进一步提升,在该关键环节实现 自主可控。

 


3.2.2. 有源光纤
光纤激光器主要使用有源光纤作为增益介质。光纤是光导纤维的简称,由纤芯和包 层组成,光纤使用的主要的原材料为石英(SiO2),因此其成本较低。未掺杂稀土元 素的光纤被称为无源光纤,主要用来传导光,而在纤芯中掺杂稀土元素等激活离子 后,光纤受泵浦源的激励作用后便可发出放大的光,这种能够发光的掺杂光纤被称 为有源光纤。根据在纤芯中掺杂稀土元素的不同,能够制成不同输出波长的有源光 纤。目前使用的稀土元素有钕(Nd)、镱(Yb)、铒(Er)、铥(Tm)、钬(Ho)、镝(Dy)、镨 (Pr)等,主要的掺杂方法为气相沉积法。
2018 年以前,我国国产光纤激光器中所用的光纤,特别是有源光纤大量依赖进口。国内主要的光纤激光器厂商中,锐科激光和杰普特主要向 Nufern 采购光纤,创鑫激 光主要向 Nufern 和 nLIGHT 采购光纤。根据各激光器公司招股说明书中披露的数据 对有源光纤进口比例进行测算可知,2015-2018 年间国内激光器厂商的有源光纤进 口比例均在 80%以上。
2018 年后,光纤国产化进程加速。锐科激光于 2017 年收购武汉睿芯开始自主进行 工业激光器用光纤的研制与生产,睿芯 2017 年开始进行量产并向锐科供货,根据锐 科激光历年年报中披露的数据,睿芯营收逐年增长,且 2021 年以来产能扩张明显。锐科激光2022年4月在深交所平台答投资者问时表示公司生产所用的特种光纤70% 来自于睿芯的自供。此外创鑫激光 2018 年底起开始导入国产光纤,并且与长飞光 纤建立了战略合作关系,2019 上半年长飞光纤已成为公司第一大供应商。据《2022 中国激光产业发展报告》,2022 年我国激光器用特种光纤市场规模将达到 14.9 亿, 2021 年武汉睿芯和长飞光纤在我国激光器用特种光纤中的市占率分别为 26.8%和 14.2%。根据以上数据,预计 2021 年我国激光器用特种光纤国产化率已在 50%以 上。

 


3.2.3. 其他光学材料及元器件
除激光芯片和有源光纤外,激光加工设备产业链上游的光学材料和元器件已基本实 现国产替代。比如在固体激光器所用的激光晶体和非线性光学晶体方面,我国的福 晶科技始终保持国际领先地位,核心晶体产品被国际业界誉为“中国牌”晶体,其 中非线性光学晶体 LBO、BBO 全球市场占有率第一,被国内外知名激光器公司广 泛使用。福晶科技的产品还包括各种精密光学器件和激光器件,几乎实现了上游光 学部分除半导体激光泵浦源和光纤以外的全覆盖。此外,炬光科技、腾景科技等光 学元器件厂商也能够提供大部分的激光器件,头部激光器厂商如锐科激光、创鑫激 光均实现了部分激光器件自制。
3.3. 中游:激光器+运控系统+激光加工头
3.3.1. 激光器——激光加工设备之心
激光器的基本结构为泵浦源、增益介质和谐振腔,不同种类的激光器结构略有不同, 但原理均为泵浦源激励增益介质产生光,并通过谐振腔对光进行调整后输出激光。
工业激光器按照增益介质、工作方式、输出功率、输出波长等的不同,可以分为不 同种类。
激光器按增益介质的不同可分为气体激光器、半导体激光器、光纤激光器和固体激 光器。根据长光华芯招股说明书,2009 年的光纤激光器在全球工业激光器市场中的占比仅为 14%。在以 IPG 为代表的光纤激光器厂商的持续优化及推广下,光纤激光 器以其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快速抢占工业激光器市场。据 Optech Consulting, 10 年间光纤激光器在工业激光器中的占比由 15%增长到 50%以上。光纤激光器因 其高功率的特点主要被应用于宏观加工,而固体激光器凭借其短波长(紫外、深紫 外)、短脉宽(皮秒、纳秒)、高峰值功率的特点被主要应用于薄性、脆性等金属和 非金属材料的精密微加工领域。

 


激光器按输出波长的不同可分为红外激光器、紫外激光器和可见光激光器。不同结 构的物质可吸收的光波长范围不同,因此需要各波长的激光器应用于不同材料的加 工,比如用典型的光纤激光器(输出波长为 1064nm 的近红外光)加工高反材料时, 吸收率极低,常温下紫铜对 1064nm 激光的吸收率只有不到 5%,如此低的吸收率使 得一般的光纤激光器很难用于加工紫铜、铝合金等高反材料。对于高反材料的加工 需要使用短波长激光器,如可见光范围里的绿光/蓝光激光器。而对于一些非金属玻 璃、塑料和 PCB 板等材料的加工,就需要用更短波长的紫外激光器。
激光器按输出频率的不同可分为连续激光器、准连续激光器和脉冲激光器。脉冲激 光器又可按每段脉冲时间的长短分为微秒激光器、纳秒激光器、皮秒激光器和飞秒 激光器,其中皮秒激光器和飞秒激光器通常被称为超快激光器或超短脉冲激光器。连续激光器的工作特点是激光输出可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续 进行,大部分光纤激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器均 属于此类,连续激光器工作稳定、热效应高,适合于金属材料的连续高速切割、焊 接,以及表面热处理、激光熔覆、激光快速成形等宏观加工;准连续激光器一般是 在连续激光器的电路上加载一个调制电路来控制激光的开关,从而产生毫秒量级的 脉冲,因此其输出的峰值功率就是连续状态的峰值功率,多用于钻孔;脉冲激光器 的主要特点是峰值功率高、热效应少、可控性好、光束精细发散小,适合于打标、 钻孔、硅片及玻璃划片、精密加工等领域。对于不同脉宽的脉冲激光器而言,脉冲 时间越短,单一脉冲能量越高,加工速度越快;波长越短,作用半径越小,加工精 度可以越高。超快激光器产生的超短脉冲与材料相互作用时间极短,通过将能量极 快地注入很小的作用区域,避免了能量的转移、转化以及热能的存在和热扩散造成 的影响,从根本上改变了激光与物质相互作用机制,又被称为“冷加工”。
从光纤激光器出发分析工业激光器的市场规模。2014 年以来,全球光纤激光器市场 规模从 9.6 亿美元增长到 32.8 亿美元,CAGR 达到 19.2%;中国光纤激光器市场规 模从 28.6 亿元增长到 124.8 亿元,CAGR 达到 23.4%,高于全球市场增速,目前中 国光纤激光器市场规模占全球之比已达到约 60%。按照光纤激光器占工业激光器之 比约 53%进行测算,则 2021 年全球工业激光器市场规模约 62 亿美元,中国工业激 光器市场规模约 235 亿元。
中国光纤激光器的市场集中度较高,2018-2021 年 CR3 维持在 70%以上,且市场份 额前三名均为 IPG,锐科激光和创鑫激光。随着国内光纤激光器厂商的崛起,IPG 在 中国市场的市占率逐年萎缩,2021 年已基本和锐科激光持平。
根据观研报告网数据,到 2019 年,我国 100W 以下的低功率激光器已基本完全实现 国产替代,100W 以上的中高功率激光器国产化率也达到 60%左右。具体到光纤激 光器上,2021 年 6kW 以下国产光纤激光器出货比例达到 90%左右,6kW 以上国产 光纤激光器出货比例达到 50%左右。整体来看,我国工业激光器的国产化比例逐年 提高。公开数据显示,国产工业激光器的价格约为进口的 70%-80%,具有明显的价 格优势,今后的国产替代将聚焦于高功率激光器领域。

 

除光纤激光器外,近年超快激光器成为激光器市场中受关注较多的一个细分领域。这是因为如今各个行业的产品都向更小的体积,更强大的功能方向发展,带动了生 产工艺精细化和微纳化。超快激光器具有超短脉冲宽度和超高峰值功率密度,可提 供可靠、高质量的精密“冷加工”,这种“冷加工”无冲击,热量几乎不会传递到材 料中,可以减少熔化区和热影响区,微裂纹较少,能够实现对敏感材料的一致、受 控加工。
超快激光的工业应用始于 2003 年,至今不到 20 年,此前市场参与者主要是以 TRUMPF、Coherent、Spectra-Physics 等为代表的国外企业。2012 年前后我国开启超 快激光的产业化推进,涌现出了国神光电(锐科激光子公司)、贝林激光(德龙激光 子公司)、英诺激光、华日激光、安扬激光、奥创光子等国产品牌。从德龙激光招股 说明书中统计的国内外超快激光器性能数据来看,国产超快激光器与国外的差距正 在缩小,但在一些关键指标,比如最大输出功率上仍落后于国外。此外,高功率的 国产超快激光器多为近期研发成功,尚未得到充分市场验证,与国外产品相比仍不 成熟。比如,国外企业的设备运转 2 万小时无需维保,而国内企业的设备可持续运 转能力较差,中间需要快速响应的售后维保服务来补齐和缩小差距。
我国超快激光器出货量从 2015 年的 40 台快速增加到 2021 年的 2400 台,2020 年中 国超快激光器市场规模约为 27.4 亿元,在全球市场占比约为 24%,远小于光纤激光 器 60%的占比,表明超快激光器在我国应用得相对较少。此外,超快激光器市场规 模的增速远小于出货量的增速,这是因为我国超快激光器下游应用市场尚未完全打 开,但国内外参与厂商数量较多,竞争激烈,使得超快激光器价格逐年下降。根据 中国科学院武汉文献情报中心数据统计,2015-2020 年,超快激光器的平均价格从 2015 年的 725 万元/台下降至 2020 年的 129 万元/台,5 年间降价幅度超过 80%。
根据 Photonics Views 数据,目前超快激光器在我国主要还是被应用在非金属材料切 割方面,而在 OLED/半导体等市场较为广阔的领域应用极少,体现出我国超快激光 加工技术整体水平还不高。从出货量来看,2021 年国产激光器在中国的销量占比已 达 55%,但进口激光器却以 45%的销量瓜分了 70%的销售收入,这主要是因为国产 超快激光器主要为 50W 以内的低功率产品,单机价格较低,而进口的超快激光器多为单机价格高的高功率产品。
具体到公司的市占率。从销售量口径进行统计,根据锐科激光 2021 年报,2021 年 国神光电销售皮/飞秒超快激光器约 600 台,占当年中国超快激光器销量的 25%,市 场占有率国内第一;德龙激光在招股说明书中披露其 2020 年超快激光器出货量为 235 台,当年市占率约 11.19%;英诺激光在招股说明书中披露其 2020 年超快激光 器销量为 40 台,当年市占率约 1.9%。此外,华日激光已建成国内规模最大的超快 激光器生产线,月产能可达 200 台,并向高功率超快激光器领域进军,有望加速高 功率超快激光器的国产替代进程。
3.3.2. 运控系统——激光加工设备之脑
运控系统约占激光加工设备价值的 5%,虽占比较小,但却极为重要。运动控制系统 由硬件和软件两部分集成,硬件即工业控制板卡,包括主控单元、信号处理等部分, 软件是控制算法。硬件部分一般从市场上采购各类通用元器件,然后组装加工得到;基于硬件的架构,将软件算法集成其中,形成最终的运动控制器。硬件的质量、结 构,算法的优劣,共同决定了运动控制系统的精度、效率。激光切割设备的通用性较强,且下游设备厂商众多,对运控系统的需求量较大,因 此专业的激光运控系统厂商主要产品多为激光切割运控系统,而对于激光焊接、激 光清洗、行业专机等定制化较强的设备,下游设备厂商多自行开发运控系统。以激光切割运控系统为例,运控系统涉及的关键技术包括计算机辅助设计技术 (CAD)、计算机辅助制造技术(CAM)、数字控制技术(NC)、传感器技术、电路 板等硬件设计技术。
每项技术实现的基础功能如下:1)CAD 技术:通过计算机建模或从图纸读取数字模型,进行图形识别、编辑和优 化处理,生成零件并将零件通过计算机辅助在板材或型材上进行排版,并输出待加 工模型。(通过 CAD 了解用户“我要切什么”)。2)CAM 技术:在加工模型的基础上,根据激光切割相关的工艺要求,通过计算机 辅助生成所需的刀路轨迹以及光路、气路、焦点等控制参数和自动化加工模型,并 生成可被数控系统(NC)执行的指令。(通过 CAM 了解用户“我要怎么切”)。3)NC 技术:NC 技术可以实现根据生成的机床代码指令执行具体加工工序的功能, 具体涉及加工过程中的运动控制、加工控制、切割头和激光器等外部设备控制等。(通过 NC 最终把用户想要的产品切出来)。4)传感器技术:通过传感器技术实现切割过程中温度、湿度、压力、光电、视觉、 气压、激光加工头与被切割板材之间的间距等因素的控制,从而优化激光加工效率, 提高智能化水平。5)硬件设计技术:通过嵌入式软件及硬件电路设计技术,针对激光行业特殊需求, 定制开发相应硬件产品,合理的硬件设计和专业的检测手段可以起到提高切割稳定 性及抗干扰能力的作用。
激光切割运控系统的技术壁垒和客户粘性均较高,因此市场份额较为集中。中低功 率激光切割运控系统方面国产厂商柏楚电子、维宏股份和奥森迪科合计占到了 90% 的市场份额,其中柏楚电子占比达 60%。高功率激光切割运控系统此前主要被以德 国 PA、Beckhoff 和 SIEMENS 为代表的国外厂商占据,国内仅柏楚电子一家实现高 功率系统的量产,随着柏楚电子在高功率系统上的持续耕耘,其在高功率激光切割 运控系统上的市占率已从 2018 年的 10%左右提高到了 2021 年的 22%。

 


根据柏楚电子招股说明书对激光切割系统的预期单价以及近年的激光切割机销量 对激光切割运控市场规模进行测算,2022 年中国激光切割运控系统市场规模超过 16亿元,若粗略假设激光切割运控系统占所有激光加工运控系统的比例与激光切割设 备占激光加工设备的比例一致(约 40%),则 2022 年整个激光加工运控系统市场规 模约 40 亿元。
从运控系统涉及的原材料来看,除 FPGA 芯片和 ARM 芯片外,基本已实现了国产 替代。根据柏楚电子招股说明书,其使用的 FPGA 芯片主要通过代理商向美国 Altera 公司采购,ARM 芯片主要通过代理商向瑞士 ST 公司采购,采购金额约占 总采购金额的 10%左右。FPGA 和 ARM 芯片的全球市场份额集中于少数国外厂商 之手,国内替代品的性能尚有差距,因此运控系统的完全自主可控依然有赖于国内 芯片制造水平的进一步提升。
3.3.3. 激光加工头——激光加工设备之手
激光加工头是将激光光束引入工作台的关键部件。在激光加工过程中,激光加工头 将激光器生成的发散光聚焦到材料表面,高能量密度的光束与材料发生相互作用, 从而完成对材料的加工。根据用途的不同,激光加工头可分为激光切割头、激光打 标头、激光焊接头和激光熔覆头等。激光切割设备通用性较强,其对应的激光切割 头的需求量大,构造相对简单。典型的光纤激光切割头的组成部分主要包括光纤连 接块、准直组件、聚焦组件、保护镜盒、传感器及控制盒、割嘴等。
激光焊接头的构造则更为复杂,除了与激光切割头中相似的组件外,还需要光斑摆 动控制、焊缝跟踪、光斑整形、实时影像分析,并配备了通信接口,是一个融合了 光学、机械、传感、影像、控制、通信、态势感知和算法等多种功能集于一体的、 具备前端智慧的子系统。
激光加工头是激光加工设备的标配,设备出厂时均为一机配一头,且在激光加工设 备的生命周期内约需要更换 1 到 2 次。若粗略假设每年激光切割头的需求量约为当 年激光切割设备的销量(增量市场)+30%前一年销量(存量更换市场),则 2022 年 中国激光切割头的需求量超过 10 万套。进一步假设中低功率激光切割头的平均价 格为 1 万元,高功率激光切割头的平均价格为 6 万元,则 2022 年中国激光切割头 的市场空间约 27 亿元。《2022 中国激光产业发展报告》中预计 2022 年激光切割头 市场规模约为 12.6 亿元,我们认为该数字较低是因为仅按激光切割头的市场销售口 径进行了统计,而未将设备厂家自制的激光切割头价值考虑在内。

 

从竞争格局来看,激光切割头的主要厂商有德国 Precitec、德国 LT、深圳万顺兴、 上海嘉强和柏楚电子等。根据柏楚电子公告,国产激光切割头主要应用于 6kW 以 下的设备,国产化率已达到 80%,6kW 以上的激光切割头几乎被德国 Precitec 垄 断,国产化率不足 10%,德国 LT 则几乎垄断了三维五轴激光切割头。柏楚电子于 2019 年收购波刺自动化打入智能切割头领域,凭借其自身在控制系统方面的技术积累以及人才优势,迅速在该领域站稳脚跟,2021 年出货 2000 套左右,公司在 2022 年上半年完成定增进行智能切割头扩产,设计产能 14800 套,是在高端切割头领域 最有望实现国产替代的厂商。
对于结构更为复杂,定制化程度更高的激光加工头(如激光焊接头和激光熔覆头) 来说,整体市场较为分散。专业激光加工头厂商如德国 Precitec、德国 LT、深圳万 顺兴和上海嘉强等公司均有激光焊接头和激光熔覆头产品,而由于高端激光加工头 价值量较高(如联赢激光 2019 年从国外进口的激光焊接头平均价格超过 18 万元), 实力较强的激光加工设备龙头厂商也倾向于自主研发激光加工头,如德国 TRUMPF、 大族激光、联赢激光等均自主生产激光加工头并集成到其生产的各类激光加工设备 上。整体来看,我国高端激光加工头依然部分依赖进口,但技术差距已逐渐缩小。
3.4. 下游:激光加工设备
设备商将激光器、运控系统、激光加工头、冷却系统、机械件以及电源等零部件进 行集成,即可生产出激光加工设备。
根据 Optech Consulting 数据,2021 年全球激光加工设备市场规模达到 213 亿美元, 2011-2021 间 10 年 CAGR 为 7.7%,2016-2021 间 5 年 CAGR 为 10.8%。中国是激光 加工设备最大的应用市场,根据《2022 中国激光产业发展报告》,2021 年中国激光 设备市场规模达到 821 亿元(包含工业、信息、商业、医学和科研领域的激光设备), 2011-2021 间 10 年 CAGR 达到 21.5%,2016-2021 间 5 年 CAGR 达到 16.4%,远高 于全球市场增速。按照 2021 年中国激光设备中工业占比 62%计算,2021 年中国激 光加工设备市场规模约为 509 亿元,占全球之比接近 40%。根据机电之家数据, 2002 年中国激光加工设备市场规模占全球之比不足 4%,20 年间占比提高 10 倍。
从激光加工设备产量来看,2021 年中国激光加工设备产量达到 20.19 万台,2016- 2021 间 5 年 CAGR 达到 29.3%,增速远高于市场规模,这主要是由于激光器价格的 下降带动设备价格不断降低所致。激光加工设备产量最高的是激光切割设备、激光 焊接设备和激光打标设备,三者合计占比达到 80.6%。

 

从终端应用规模来看,占比较多的同样为激光打标设备、激光切割设备和激光焊接 设备。早年间受限于激光器功率,激光打标设备占据了主要市场份额,但随着激光 技术的发展,激光打标设备的占比从 2002 年的 49%萎缩到了 2021 年的 13%,激 光切割设备的占比从 2002 年的 23%增长到了 2021 年的 40%,成为激光加工设备 最大的终端应用领域。
按照各公司 2021 年激光加工设备销售收入与当年激光加工设备市场规模计算各公 司在激光加工设备市场中的份额。其中 2021 中国激光加工设备市场规模取 509 亿 元,大族激光等上市公司市场份额以其 2021 年报中披露的激光加工设备销售收入 为依据,宏石激光等非上市公司主营业务为激光切割设备,市场份额以《2022 激光 产业发展报告》中的中国激光切割设备销售收入与各公司占切割设备市场之比的乘 积为依据。从计算结果看,我国激光加工设备的整体市场格局相对分散。大族激光 作为老牌激光加工设备企业,在通用激光加工设备以及锂电、光伏、消费电子等行 业的专用激光加工设备领域广泛布局,在激光加工设备市场份额一家独大,占到 21.9%,其他企业的市场份额均较低,CR3 为 31.6%,CR10 为 51.3%。这主要系激 光切割设备和激光打标设备通用性较强,下游设备集成商门槛较低,本土中小企业 众多所致。中国依靠工程师红利,在设备集成方面具有显著优势,当前中国的激光 加工设备市场几乎完全由国产设备占据,全球最大的激光加工设备厂商 TRUMPF 公 司 2021 年在中国激光加工设备市场份额仅为 3.1%(该份额依据 TRUMPF 最新在华 销售收入及激光设备收入占其销售收入之比计算出)。在一些新兴的行业专机领域, 动力电池激光加工设备厂商联赢激光和海目星以及光伏激光加工设备厂商帝尔激 光的技术水平均处于全球领先地位,其中帝尔激光在 PERC 光伏激光加工设备领域 几乎垄断了全球市场。
下游设备分散的市场格局带来了激烈的市场竞争。激光制造网数据显示,目前一台 3kW 的国产激光切割设备价格已下探到 20 万元以内,而同等功率的欧洲设备报价 在百万元以上。在设备端已经完成国产替代的背景下,中国的激光加工设备未来还 需走出国门,更多地参与到国际竞争中去。但同时,虽然我国的激光加工机床从 2019 年开始由贸易逆差转为贸易顺差,但出口设备的平均单价远低于进口设备,表明我 国处于出口低端产品进口高端产品的情况,产品的国际竞争力需要提升。
3.5. 垂直整合是国际激光巨头普遍选择的进阶之路
从国外激光产业的发展历程来看,在激光产业刚刚起步之时,呈现出较为明显的国 际化分工的态势,即各厂商往往聚焦于产业链中的某一环节。而随着产业的发展, 产业链由分散开始走向垂直整合。激光厂商采用垂直整合战略的原因有二:一是降 低生产成本,这主要通过向上游材料领域延申,摆脱供应商依赖来实现;二是拓展 新市场,这主要通过向中下游部件及设备领域延申,完善产品矩阵来实现。而垂直 整合的手段则主要包括了自主研发以及兼并收购,随着激光相关产品的个性化以及 技术壁垒的逐步提高,并购作为能够快速进入新领域的手段受到了激光厂商的青睐。2010 年以来,主要激光巨头的兼并收购呈现出愈演愈烈的态势,不仅大公司并购小 公司的案例层出不穷,大公司和大公司之间的合并也时有发生,比如 2022 年上半年 II-VI 公司完成对 Coherent 公司的并购就是最典型的案例。
选取激光加工设备产业链上游代表性企业 II-VI,中游代表性企业 IPG 以及下游代 表性企业 TRUMPF,分析他们在激光业务上垂直整合的历史。可以看到三家公司虽 然在创立之初分别专注于产业链的上游、中游和下游,但经过数十年的发展,通过 自主研发以及兼并收购,均基本打通了材料元器件——激光器——激光加工设备这 一整条激光加工产业链。
国际激光巨头通过打通激光产业链,大大加强了自身的技术实力以及产品质量,同 时也拥有了对终端需求快速响应的能力,因此这些巨头公司在国际竞争中始终保持 着优势。虽然国内激光企业的崛起分走了一部分这些激光巨头在中国的市场份额, 但高端产品上国产替代仍显乏力,这使得进口产品能够以相对较低的市场份额赚取 大部分的利润。国内激光企业若要实现突破,需要进一步加强产业协作,持续深化 产业链布局,构建差异化壁垒,打入高端蓝海市场,避免在红海市场做无谓的同质 化竞争,而在这个过程中拥有资金及技术优势的龙头企业有望脱颖而出。

4. 终端应用遍地开花,激光加工设备市场潜力无限


无论从短期,中期还是长期的视角来看,激光加工设备都有广阔的应用前景与市场 空间,具有较高的成长性。
4.1. 短期视角:激光切割堆土筑基,锂电光伏添砖加瓦
短期来看,激光切割设备仍将是激光加工设备市场的第一大组成部分,而锂电池和 光伏的持续扩产将为激光加工设备带来可观的增量市场。
4.1.1. 激光切割设备仍为市场主力军,替代市场和迭代市场助力规模稳中有升
从宏观加工视角来看,工业中主要的切割设备包括激光切割机、火焰切割机、等离 子切割机、水射流切割机、线切割机以及剪切机床等。随着工业的发展,对切割的 质量、精度和效率要求不断提高,在所有的切割方式中,激光切割的综合优势最为 明显。以往制约激光切割机在下游应用的主要障碍是其价格过于高昂,但是近几年 国产激光器的价格持续下降带动激光切割机价格降低后,激光切割机成为了越来越 多厂商的选择。激光切割机可以部分替代金属成形机床中的冲床和剪切机床,我国 激光切割机销量与金属成形机床的产量之比从 2013 年的 0.76%快速提升到 37.5%, 充分反映出激光切割机在下游快速渗透的态势。

 


激光切割机的市场可分为替代市场和迭代市场。替代市场主要为激光切割机对传统 切割设备的替代,而迭代市场主要为市场存量激光切割机的更新换代。
从替代市场来看,激光切割的替代对象为传统的数控切割机床(手工切割设备如手 工火焰/等离子切割无法替代,不在考虑范围)。其中线切割的高精度使其有其特定 的应用场景,激光切割难以替代;剪切机床/冲床大多用于加工薄板(<3mm),少量 2017="""" 30-80="""">20mm)切割 领域替代数控火焰/等离子切割机。《现代焊接》杂志曾在 2013 年报导了国外对几种 不同切割方式经济性的测算情况,结果表明光纤激光切割机的运行成本远低于其他 切割方式,且当前 2kW 光纤激光切割机的价格从报导时的 40 万美元降到了如今的 20 万人民币以内,已与数控火焰/等离子切割机的一次投入相差不大。《金属加工:热加工》杂志也曾在 2018 年报导了我国研究人员对不同切割方式成本的对比,测算 中综合考虑了时间成本、电力成本、气体成本、配件成本和材料损耗成本,结果表 明火焰切割、等离子切割、激光切割的成本分别约为每米 2.5 元、3.2 元和 1.7 元, 激光切割明显更优。
近年光纤激光切割机的功率大幅提高,如今已有 40kW 商业化产品问世,最高切割 厚度可达 200mm,对 40mm 的厚板切割速度可达 2300mm/min,而且激光切割机几 乎不存在环境污染,符合绿色制造的理念。基于以上原因,我们认为今后激光切割 机对数控火焰/等离子切割机的存量市场替代力度将越来越大。
根据《2022 中国激光产业发展报告》,2021 年我国激光切割设备市场规模达 280.1 亿元,预计 2022 年将达到 300 亿元。近年激光切割设备价格的大幅下降使得 2018 年以来激光切割设备的市场规模增速趋缓。由于目前激光器的降价空间已比较小, 且激光切割设备的替代市场和迭代市场依然巨大,我们认为通用激光切割设备短期 内仍是激光加工设备中的第一大市场,市场规模保持稳健增长的趋势。
4.1.2. 锂电光伏扩产趋势仍存,行业专用激光加工设备贡献重要增量
4.1.2.1. 锂电专用激光加工设备
锂电池加工过程中使用到的激光加工技术如下:前道环节:正负极的激光极耳切割成型、激光极片切割、激光极片分条,以及 隔膜的激光切割。Ÿ 中道环节:极片/极耳激光清洗,壳体、顶盖、密封钉、极耳等的激光焊接。后道环节:电池 PACK 模组时的连接片激光焊接,电池激光打标。激光加工所特有的无耗材、无毛刺粉尘、柔性自动化集成、生产效率高、工艺稳定 性好等优点使其在锂电池生产中难以被其他加工方式替代。

 


对锂电领域激光加工设备市场规模进行测算。中国化学与物理电源行业协会动力电 池应用分会与电池中国网(CBEA)最新发布的《全球锂电产业供需白皮书》显示, 2022 年全球动力+储能锂电池需求量达到 570GWh,2025 年需求量将达 1606GWh, 3 年内新增需求量达到 1036GWh。假设整体产能利用率为 50%-70%,则未来 3 年需新增产能 1480-2072GWh;根据高工锂电数据,假设单 GWh 设备投资额约为 1.8 亿,则未来 3 年的全球动 力+储能锂电池设备投资额将达到 2664-3728 亿元;联赢激光在招股说明书中披露激光焊接设备占锂电设备投资额的 5%-15%,考 虑到激光切割/打标/清洗在锂电制造中均有应用,粗略假设激光加工设备占设备 投资的比例为 20%,则未来 3 年的全球动力+储能锂电池激光设备的投资额将达 到 533-746 亿元;按近年中国锂电池市场规模大约占全球 60%计算,则未来 3 年中国动力+储能 锂电池激光加工设备的投资额将达到 320-448 亿元,平均一年 107-150 亿元。
4.1.2.2. 光伏专用激光加工设备
激光加工技术在各种光伏电池技术路线中均有应用。根据光伏激光设备龙头帝尔激光的相关公告及投资者调研纪要,激光加工技术在各种光伏电池中的主要应用如下:PERC:SE 激光磷掺杂和激光消融已成为 PERC 电池工艺标配设备;TOPCon:SE 激光一次硼掺杂技术正在 5-6 家客户处验证,稳定在 0.2%-0.3% 效率提升,预计 2022 年底前会实现量产订单;HJT:LIA 激光修复技术已取得客户量产订单,激光转印技术在 2022 年三季度 取得客户订单;IBC:激光开槽技术已经取得近 40GW 订单;钙钛矿:P1-P4 的四道激光加工技术已有技术积累。激光转印的栅线更细,因此浆料节省更多,低温银浆也同样适用,激光转印为非接 触式印刷,可以避免挤压式印刷存在的隐裂、破片、污染、划伤等问题,因此激光 转印技术在 PERC、TOPCon、HJT、IBC 等电池工艺上都可以应用。
根据国际能源署消息,2021 年底全球光伏装机量达到 942GW;另据国家能源局消 息,2021 年底我国光伏装机量达到 306GW。按照 CPIA《中国光伏产业发展路线图 (2021 年版)》中对未来全球新增光伏装机量及中国新增光伏装机量的中性假设, 2025 年全球光伏装机量将达到 1976GW,中国光伏装机量将达到 670GW。对光伏领域激光加工设备市场规模进行测算。根据 CPIA 对全球光伏新增装机量的 中性假设, 2025 年全球各类光伏电池新增装机量将达到 299GW,其中 PERC、 TOPCon、HJT、IBC 电池的占比分别为 60%,20%,15.5%和 2.5%,对应装机量分 别为 179GW、60GW、46GW 和 8GW。新电池产线的产能爬坡需要一个过程,假设 PERC、TOPCon、HJT 和 IBC 电池 2025 年的整体产能利用率分别为 70%、40%、 35%和 30%,则未来 3 年 PERC、TOPCon、HJT 和 IBC 分别新增产能 8GW、160GW、 164GW 和 27GW。进一步根据各种激光加工设备在不同电池技术路线中的价值量以 及技术渗透率假设,测算出未来 3 年新增的光伏激光加工设备投资额可达 119.8 亿 元,平均每年约 40 亿元。
4.2. 中期视角:激光焊接薪火相传,激光清洗整装待发
中期来看,工业焊接市场和工业清洗市场庞大,而激光焊接和激光清洗在下游的渗 透率仍然较低,有望接棒激光切割设备成为激光加工设备市场的主要增长极。
4.2.1. 激光焊接技术趋于成熟,全能“工业裁缝”放量在望
焊接素有“工业裁缝”之称,是工业生产中非常重要的加工手段。公开资料显示,全世界年产量 45%的钢和大量的有色金属均需要通过焊接加工形成最终产品,几乎 所有的工业部门均会涉及焊接技术。焊接技术可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类,激光焊属于熔化焊的一种。电弧焊 和电阻焊均诞生于 19 世纪末,至今仍是工业领域应用最多的焊接技术。相比于这些 传统焊接技术,激光焊接具有效率高、变形小、可达性好等一系列优势,而且激光 焊接几乎是唯一一种在宏观和微观两个维度均能进行高效焊接的技术。激光开始被 用于焊接的时间和切割相近,但此前市场规模远小于切割,这一方面是因为激光焊 接的工艺复杂程度远高于切割,技术难度和设备集成难度均较高;另一方面是早期 激光器的功率普遍较低,加工能力有限,加之激光设备成本过高,厂商更偏爱技术 更为成熟、一次投入显著更低的传统焊接设备,使得激光焊接设备的下游需求量非 常有限。这些阻碍激光焊接下游渗透的因素正在逐渐消失,一方面近年激光器功率 大幅升高且价格大幅降低,性价比逐渐显现,激光切割设备的快速放量是最佳佐证;另一方面激光焊接技术已越发成熟,从近 10 年的激光加工专利来看,激光焊接的 专利数量上升明显,在科研领域激光焊接相关的论文数量也显著高于其他焊接技术, 激光焊接已有了足够的技术积累。

 


近年激光焊接市场已悄然起量。中科院武汉文献情报中心发布的《2022 中国激光产业发展报告》统计,2021 年我国激光焊接成套设备销售收入为 66.5 亿元,但该数据 未将激光焊接机器人、手持激光焊机等考虑在内;中商产业研究院发布的《中国激 光行业市场前景及投资机会研究报告》则统计 2021 年我国激光焊接设备市场规模 为 162.5 亿元。可以看出无论统计口径如何,2018-2021 的 3 年间激光焊接设备的市 场规模均实现了翻倍左右的增长,相比之下激光切割设备 3 年间市场规模仅增长了 16.3%。
4.2.1.1. 自动化激光焊接设备
从整个大工业制造领域来看,自动化激光焊接可以被应用到了汽车、高铁、船舶、 飞机、火箭等各种产品的生产中。以激光焊接最主要的应用领域汽车为例,激光焊 20 世纪 80 年代就被用在了汽车白车身制造中。21 世纪初,以奔驰、宝马、奥 迪、大众等为首的德系品牌汽车制造商,率先在国内合资公司的车身制造领域应用 激光焊接工艺,如奔驰 E class-L 轿车白车身上激光焊缝达 422 条,总长度超过为 10.5 m,一汽大众 Golf A6 激光焊缝总长度超过 50 米。如今,激光焊接生产线已成 为车身焊装车间的标配。
激光焊接可以给汽车制造业带来巨大的经济效益。和车身装配中使用最多的电阻点 焊相比,激光焊的主要优点如下:降低车身重量。电阻点焊需要把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接,凸缘宽度 需要 16mm,而激光焊接是单边非接触焊接,凸缘宽度只需要 5mm,若把点焊 更换为激光焊,每辆车可以减重 40kg;大幅提高生产效率。用传统点焊焊接两片 0.8mm 的钢板冲压件,平均是 20 点 /min,焊距是 25mm,即速度为 0.5m/min,用激光焊速度可以达到 5m/min 以上;节约生产成本。电阻点焊在生产过程中需要消耗电极帽、电极杆、刀具等配件, 而激光焊几乎无配件消耗。
激光焊应用在车身制造中虽然具有诸多优势,但目前的渗透率依然较低,前文所述 的设备投资大+技术尚未成熟是主因。根据汽车轻量化在线的报告,我国全钢车身 应用激光焊接的比例为 2%,钢铝车身为 4%,全铝车身约 2.5%,铝+碳纤维车身 约 7.4%。根据我们的草根调研,某国际汽车巨头已不再对电阻点焊工艺进行开发,并将全面推广激光焊接工艺,可以预见未来激光焊接在车身制造中的应用比例将大 幅提高。对汽车车身自动化激光焊接设备的市场空间进行测算。智研咨询数据显示,我国汽 车整车制造业固定资产投资的 50%以上一般用于购买制造装备,其中,整车制造中 焊装工艺装备的投入占比一般为 25%,则焊装工艺装备的投资在汽车整车制造业固 定投资中的占比约为 12.5%。根据国家统计局数据,2015-2017 年我国汽车整车制造 业固定资产投资额稳定在 2700 亿左右,假设未来每年固定资产投资额为 3000 亿元, 则每年车身焊接设备投资额为 375 亿元。若激光焊接设备渗透率能达到 30%,则每 年汽车车身激光焊接设备市场规模超过 100 亿元;若达到 50%,则每年汽车车身激 光焊接设备市场规模将接近 200 亿元。此前我国的车身激光焊接产线几乎全部依赖 进口,如今以大族激光和华工科技为代表的国内厂商已能够提供完整的车身激光焊 接产线解决方案,并在国内多条汽车生产线上得到应用。激光焊接特别适用于汽车车身薄板焊接的场合,与该场景类似的还包括轨道列车、 飞机等,比如空客 A350 中有 18 块壁板使用到了激光焊接,焊缝总长度达 1000m。在以往激光焊不适合的厚板领域,激光焊目前也能通过与传统弧焊进行复合焊接, 获得比单一弧焊更好的焊接接头,激光-电弧复合焊技术已在船舶制造中得到应用。今后在大型金属构件的制造中,激光焊接将打开更为广阔的市场。而在微型结构焊 接领域,激光焊非接触、高精密、柔性化的特点也使其能实现各类 3C 产品的精细 微焊接,进一步扩充激光焊接市场。
4.2.1.2. 手持激光焊接设备
除自动化激光焊接设备之外,手持激光焊接技术的进步也为激光焊接带来了更多应 用场合。过去手工焊接的主要方式为电弧焊,包括焊条电弧焊、MIG 焊和 TIG 焊等。手工电弧焊在焊接时会产生极高的热量,导致热影响区较大,材料扭曲变形;在焊 前焊后均需进行处理,降低生产率;更重要的是,手工电弧焊依赖有经验的焊工, 大大增加了人工成本。自动化激光焊接设备占地面积大、设备成本高、使用不灵活, 这使得手持激光焊接设备应运而生,成为金属加工制造商的理想解决方案。
手持激光焊机经过了多年的发展,逐渐克服了此前手持激光焊机体积大、对配合精 度要求高、操作安全性有隐患等痛点。目前的风冷手持激光焊机体积已和传统手工 弧焊机近似,摆动光斑技术使得焊机对工件配合间隙的要求大大降低,传感器的加 入使得设备安全性大大提高,最重要的是手持激光焊机的价格从早年的十几万一台 下降到了如今的三万多元,这使得手持激光焊对广告、模具修补、不锈钢卫浴、钣 金机柜、电箱电柜、不锈钢门窗和衣柜家具等行业有极高的吸引力。近年我国手持 激光焊机的产量迅猛增长,2021 年产量接近 3 万台,按每台价格 3.87 万元计算, 2021 年我国手持激光焊机的市场规模已超过 10 亿元。

 


对手持激光焊接设备的市场空间进行测算。根据中国电器工业协会电焊机分会数据, 2021 年我国全年生产手工电弧焊机数量为 477 万台,因此手持激光焊机的渗透率仅 为 0.63%。若未来手持激光焊机的渗透率能够达到 10%,即约 50 万台,并按一台 焊机价格降低至 2 万元计算,手持激光焊机在中国每年的市场规模可达 100 亿元。目前,IPG、大族激光、华工科技、光惠激光等公司均有较为成熟的手持激光焊产品。
4.2.2. 激光清洗国标出台,绿色技术剑指千亿市场
工业清洗市场庞大,根据中商产业研究院预测,2021 年我国工业清洗市场规模达到 995.8 亿元,其中清洗设备市场规模为 433.5 亿元。另据中研网资讯,2021 年我国激 光清洗设备市场销售额在 5.1 亿元左右,因此激光清洗在我国的市场渗透率仅为 1.18%。从全球范围来看,中科院姚建铨院士在 2022 年 6 月召开的激光清洗在线技 术研讨会上表示,欧美发达国家应用激光清洗已有近 30 年的历史,激光清洗市场表 现稳定,但由于市场空间有限,并没有表现出爆发性增长,真正的大市场在中国以 及一些新兴工业国家。前瞻产业研究院统计 2021 年全球激光清洗市场规模为 6.67 亿美元,据此计算我国激光清洗市场仅占全球市场的 12%,这与我国激光加工设备 市场规模占全球接近 40%的比例极不匹配。
传统的工业清洗方法包括机械清洗、化学清洗、干冰清洗、喷丸清洗、超声清洗等。与其他清洗方式对比,激光清洗在工件损伤、清洗效率、耗材费用、清洗效果等方 面具有明显优势,更重要的是它不需要任何破坏臭氧层的 CFC 类有机溶剂,无污 染,无噪声,对人体和环境无害,是一种“绿色”清洗技术。此前工业界对激光清 洗这种新工艺方法认识不足,2022 年 10 月,首份激光清洗国家标准——《绿色制 造·激光表面清洗技术规范》(标准号:GB/T 41735-2022)由全国绿色制造技术标 准化技术委员会归口发布,该标准填补了国内外激光清洗的标准空白,将大大提高 各行各业对激光清洗技术的认可度,促进激光清洗技术产业化。
激光清洗设备与激光焊接设备类似,相比于激光切割和激光打标,下游应用场景复 杂多样,对设备更多个性化需求,设备的推广有赖于技术的进步。近年激光加工设 备的行业的快速发展同样带动了激光清洗技术的进步以及设备价格的降低,大型自 动化激光清洗设备和手持激光清洗设备均有较多的成功应用场景。在“双碳”战略 下,随着国家对碳排放的要求越来越严格,激光清洗设备的渗透率必将逐步提高。若激光清洗设备渗透率能达到 20%,仅中国就有 100 亿的市场规模。
4.3. 长期视角:微纳加工方兴未艾,3D 打印星辰大海
可以预见,激光加工技术在未来相当长的时间里都会是主流的材料加工技术之一, 科学界和工业界对激光加工技术的各种探索也从未停止。在激光的前沿应用方面, 我们认为细观制造领域的激光微纳加工以及宏观制造领域的激光 3D 打印均能够在 未来进一步打开激光加工设备的市场空间。
4.3.1. 细微之处见真章,激光雕琢微观世界
激光作为一种非接触式加工手段,在微纳加工方面具备独特优势。激光在半导体光 刻领域一直至关重要,比如 DUV 光刻机所用的光源由准分子激光器提供,而 EUV 光刻机则需要使用 CO2 激光器作为初始光源。随着半导体和显示等行业对细观领域的精密加工要求越来越高,激光加工技术或将 持续提供最佳解决方案。以显示行业为例,从 20 世纪 50 年代开始,显示技术经历 了从 CRT 技术到 LCD 技术到 LED 技术再到 OLED 技术的发展,而今 MicroLED 技术被认为是未来最具成长潜力的新型显示技术方向。制约 MicroLED 技术产业化最 关键的挑战在于如何高效地将数十万至数百万颗尺寸在 100μm 以下的 LED 芯片由 衬底转移至承载基板,即 LED 芯片的巨量转移。对于微米级 LED 的的巨量转移, 传统固晶技术已难以实现,针对该需求目前已发展出了精准拾取转移技术自对准滚 轮转印技术、自组装转移技术、激光辅助转移技术等多种巨量转移技术。在众多技 术中,激光巨量转移技术利用界面区域材料吸收光束能量引起快速物理变化或化学 反应产生驱动力来调控界面状态, 以克服表层材料与 MicroLED 的黏附力, 在合适 的工艺参数下可达到较高的良率、精度和转移速率,是最有前景的巨量转移技术。目前大族激光、德龙激光和海目星等公司均研发出了 MicroLED 激光巨量转移设备, 效率可达 100kk/h,位置精度达到±1um,良率可达 99.99%以上。随着未来 MicroLED 在显示行业渗透率的提升,将给设备端带来巨大的市场空间。
4.3.2. 激光 3D 打印将推动新一轮制造业变革
材料的加工制造从原理上可分为三类:减材制造、等材制造和增材制造。减材制造:即使用车、铣、刨、磨等设备对材料进行切削加工,以达到设计形 状。等材制造:即通过铸、锻、焊等方式生产制造产品,材料重量基本不变。增材制造:即通过光固化、选择性激光烧结、熔融堆积等技术,使材料一点一 点累加,形成需要的形状。增材制造也被称作 3D 打印。国标《增材制造术语》(GB∕T 35351-2017)根据增材制造技术的成形原理,将增材 制造工艺分成七种基本类别,包含多种工艺技术路线。其中 SLM、SLS、LENS/LMD 和 SLA 技术均与采用激光作为加工能量源。
艾瑞咨询发布的报告显示,中国的 3D 打印设备市场中与激光相关的设备(SLS、 SLM、SLA、LMD)占比达到 52%,其中 SLM 是工业领域金属 3D 打印最为常用 的设备。3D 打印的工业级应用占比达到 65%-70%,目前有超半数应用在航空航天 领域,这是一方面是因为一些航空航天零部件结构复杂,传统方式很难实现加工制 造;另一方面是因为航空航天整机产品价值量高,对单个零部件价格敏感度较低, 对 3D 打印这种加工方式的接受程度高。目前的 3D 打印较为适合航空航天等领域 小批量、定制化生产特点,能够解决轻量化、功能化等设计要求,但随着 3D 打印 技术发展与成本控制,其未来有望应用到更大规模的工业化生产中。

 


从全球范围来看,增材制造市场近 10 年来发展态势显著增强。2001-2011 的 10 年 间全球增材制造市场CAGR为12.2%,但2011-2021的10年间CAGR达到了24.5%。2021 年全球增材制造产值达到 152.44 亿美元,其中增材制造设备销售收入为 31.74 亿美元,设备占比为 20.8%。根据华经产业研究院数据,2021 年我国增材制造市场 规模约为 262 亿元,若设备占比与全球市场一致,则 2021 年我国增材制造设备市 场规模约 54.5 亿元,进一步按照激光增材制造设备占比 52%计算,则 2021 年我国 激光增材制造设备市场为 28.34 亿元。
由于规模化生产制造成本较高,当前增材制造仍然是作为减材制造和等材制造之外 的一种补充,用于传统加工方式难以解决的制造场景。中国工程院卢秉恒院士曾多 次提到,未来“增材,减材,等材”三种加工方式将形成三足鼎立,创造的价值和 财富逐步实现三分天下。虽然增材制造暂时无法达到减材制造和等材制造的生产效 率,但鉴于其主要制造高价值产品,在总价值量上必将持续攀升。作为增材制造最 主要的组成部分,激光增材制造设备未来的市场空间十分可观。

5.重点公司分析


5.1. 长光华芯——打造“中国激光芯”
公司是中国高功率半导体激光芯片龙头,市占率国内第一。长光华芯是半导体激光 行业全球少数具备高功率激光芯片量产能力的企业之一,打破了我国激光行业上游 核心环节半导体激光芯片依赖国外进口的局面,2021 年高功率半导体激光芯片在国 内市场的占有率为 13.41%,在全球市场的占有率为 3.88%,市占率位居国内第一。公司主要产品包括高功率单管系列产品、高功率巴条系列产品、高效率 VCSEL 系 列产品及光通信芯片系列产品等,其中高功率单管系列和高功率巴条系列均用作工 业激光器的泵浦源配套,是公司主要的营收来源。公司横向扩展了高效率 VCSEL 芯 片产品和光通信芯片产品,VCSEL 芯片主要用在激光雷达、传感、VR 及生物医学 等领域,2020 年开始实现少量销售,光通信芯片在通信领域市场广阔,二者将进一 步打开公司未来业绩增长空间。2018-2021 年公司营收稳步增长,并在 2021 年实现 扣非归母净利润扭亏为盈。

 

公司的高功率单管芯片量产功率达到 30W,波长范围覆盖 808-1064nm,电光转换 效率达 60%至 65%,已成功导入锐科激光、创鑫激光及大族激光等主流光纤激光器 及激光设备厂商;高功率巴条芯片可实现连续(CW)50-250W 激光输出,准连续脉 冲(QCW)500-1000W 激光输出,电光转换效率 63%以上,波长包括 808、940nm, 广泛应用于固态激光器泵浦源,并服务于多家国家级骨干单位。从半导体激光芯片 技术水平上看,公司已达到国内领先国际先进地位。公司采用 IDM 模式,已建成覆盖芯片设计、外延、光刻、解理/镀膜、封装测试、光 纤耦合等 IDM 全流程工艺平台和 3 吋、6 吋量产线,2022 年上半年 IPO 募集资金帮助公司进一步扩产,规模效应将在未来逐步显现。
5.2. 锐科激光——垂直整合彰显实力
公司是国产光纤激光器领导者,对上游的垂直整合已基本完成。公司技术带头人闫大鹏博士为国家“千人计划”专家,曾在国外长期从事激光器相关研究工作,2007 年回国与华工科技合作创立锐科激光,2011 年航天三江集团成功收购控股锐科,锐 科自此融入航天科工血脉。公司聚焦于工业光纤激光器领域,技术水平与市占率在 国内厂商中长期处于领先地位,2021 年国内市占率达 27.3%,基本与国际光纤激光 器巨头 IPG 持平。2021 年锐科向市场推出了国内首台 100kW 超高功率连续光纤激 光器,保持着对 IPG 追赶的态势。
激光器的成本中原材料占比达 80%,材料元件的品质也直接决定了激光器的产品质 量,因此原材料是激光器控制成本,提升质量的关键。IPG 早在 2004 年就实现了对 激光器上游的垂直整合,具备了完全的材料和元器件自产能力,正是通过对关键部 件的质量、性能和成本进行全面控制,IPG 能够提供不断超越客户期望的激光器解 决方案,并极大地缩短了新产品的上市时间,对国内厂商具有极高的借鉴意义。垂 直整合需要大量的资金及技术积累,锐科激光作为国内激光器当仁不让的龙头,在 垂直整合上将同行甩开了身位。目前公司泵浦源、特种光纤、光纤耦合器、传输光 缆、合束器、光纤光栅等核心元器件均已实现自制,自制率达 80%以上,在“卡脖 子”的高功率半导体激光芯片方面,锐科激光也已通过关联方武汉锐晶、长光华芯 实现国产化。
5.3. 柏楚电子——卡位优质赛道
公司是国内激光切割运控系统唯一龙头。激光加工运控系统是整个激光加工设备产 业链中竞争格局最优的一个环节,国内参与厂商很少,激光加工运控系统的需求的 需求量与激光加工设备保持完全同频,但高端产品被国外厂商垄断。公司完整地掌 握了激光切割控制系统研发所需的 CAD 技术、CAM 技术、NC 技术、传感器技术 和硬件设计技术五大类关键技术,能够提供完整的激光切割解决方案,构筑了较高 的技术壁垒,并且切入国内 600 余家下游激光切割设备制造商。运控系统对激光加 工质量至关重要,同时其价值量仅占一套激光加工设备的 5%左右,客户的价格敏 感性低且通常不会更换新的运控系统。客户技术护城河宽+客户粘性高使得公司在 中低功率激光切割控制系统上始终维持 60%以上的市占率,同时作为唯一一家能够 提供高功率激光切割控制系统的本土公司,高功率激光切割控制系统市占率从 2018 年的 10%快速提升至 2021 年的 22%,持续抢占国际厂商市场份额。公司在运控系 统方面的高市占率以及运控系统本身均有的轻自产特性,使得公司的毛利率始终维 持在极高的水平,远高于产业链中的其他厂商。

 


激光加工头的竞争格局与激光加工运控系统较为相似,即一方面国内参与厂商较少, 高端产品被国外厂商垄断,且需求量与激光加工设备保持同频。柏楚电子于 2019 年 收购波刺自动化打入激光智能切割头领域,2021 及 2022H1 智能切割头营收占比已 达 9%和 17%。公司在 2022 年上半年完成定增,募资 9.77 亿元用于推进智能切割头 扩产、智能焊接机器人及控制系统产业化和超高精密驱控一体项目。智能切割头扩 产项目推进较快,将领衔公司新业务扩张,打开全新增长极。
5.4. 大族激光——中国本土激光巨头
从业务规模来看,公司是亚洲第一,世界第二的激光加工设备制造商。大族激光成 立于 1996 年,2004 年上市,是我国激光加工设备的先行者。通过在激光加工领域 二十余年的耕耘,公司目前拥有各类专利共 5,043 项,著作权 1,484 项,商标权 435 项,知识产权量数量远高于业内同行(德龙激光、海目星、联赢激光、亚威股份和 帝尔激光知识产权数量均不足 500)。公司在业务规模遥遥领先同行的情况下,依然 保持强研发投入,这是公司在激光领域内能够不断推陈出新的有力保障。
大族激光的业务目前已经覆盖到了整个激光加工设备产业链,具备从基础器件、整 机设备到工艺解决方案的垂直一体化能力。公司业务划分为三大类:①通用元件及 行业普及产品,主要包括紫外及超快激光器、高功率光纤激光器、中低功率 CO2 激 光器、脉冲光纤激光器、通用运动控制系统、振镜、伺服电机等工业激光加工设备 及自动化等配套设备的关键器件;②行业专机,主要包括消费电子行业专用设备、 PCB 行业专用设备、显示面板行业专用设备、动力电池行业专用设备、光伏行业专 用设备等;③极限制造,主要包括标准激光切割、焊接、打标设备等通用激光加工 设备。目前,行业专机和极限制造仍是公司主要的收入与利润来源,在新能源汽车 领域,公司 2021 年在动力电池行业专用设备实现营业收入 19.82 亿元,同比大幅增 长 631.51%,具备动力电池激光设备整线交付能力;在白车身领域,公司为蔚来、 零跑、吉利、长城等国内多家新能源汽车厂商提供了汽车白车身智能焊装线及激光 焊接设备;在光伏领域,公司布局下一代 TOPCon 和 HJT 光伏加工设备,低压硼扩 散炉、TOPCon 激光掺硼设备已处于客户验证阶段。此外,公司的通用元件及行业 普及产品正逐步推向市场,已实现独立销售,有望成为公司新的业绩驱动因素。
5.5. 海目星——热门赛道全布局
公司在动力电池、光伏和 3C 领域全面布局,充分受益下游行业高景气。海目星成 立于 2008 年,成立之初主要产品为基础的激光切割和激光打标设备,2011 年公司 开始扩展消费电子自动化激光加工产线业务,随后成为苹果、华为、富士康等知名 厂商供应商,提升了公司的品牌力。2015 年,公司抓住机遇,以极耳切割的激光制 片机为创新点,率先切入锂电池激光加工设备赛道,与宁德时代、中创新航、亿纬 锂能、蜂巢能源、欣旺达等动力电池头部企业开展长期合作,充分抓住了这一轮动 力电池产业扩张浪潮。动力电池业务的快速发展也使得公司在消费电子和钣金切割业务上的占比逐步缩小,因此在今年整体经济环境下行,消费电子及通用设备行业 遭遇寒冬的情况下,公司的业绩逆势上扬。


此外,公司研发的 TOPCon 激光微损设备于 2022 年 4 月获得晶科能源 10.67 亿元中 标通知,并于 10 月批量出货,标志着公司成功切入光伏领域。2022 年 6 月,公司 推出激光智能复合修整机,该设备针对 Mini&Micro LED 制程中产生的缺陷进行晶 圆级修复、膜层去除、芯片去除与焊座微米级修整,能有效提升显示厂商的生产力 和良率,设备于 9 月出货,标志着公司成功切入新型显示领域。自此,公司完成了 锂电池、光伏、新型显示、消费电子和钣金切割五大业务板块的全面布局,将率先 受益于相关下游行业的持续高景气,成长动能强劲。
5.6. 铂力特——激光 3D 打印专家
公司是工业 3D 打印领域国内第一股,具有先发优势。公司自主研制开发了激光选 区熔化成形、激光立体成形、电弧增材制造等系列金属 3D 打印设备以及金属 3D 打印原材料,并提供 3D 打印定制化产品以及技术开发等服务。根据 Wohlers Associates,铂力特公司设备、零件打印、部分原材料等核心业务及产品的关键技术 性能和相关参数指标达到了国际先进水平。公司产品广泛应用于航空航天、工业机 械、能源动力、科研院所、医疗研究、汽车制造、船舶制造及电子工业等领域。尤 其在航空航天领域,公司金属 3D 打印定制化产品在国内航空航天增材制造金属零 部件产品市场占有率较高。公司近年营收稳步增长,2022 年增速显著加快,前三季 度达 117.93%。公司主要采用以销定产、以产定购的采购模式,2021 年以来公司存 货大幅增加,表明公司的订单充足。公司的盈利能力优秀,近年毛利率维持在 50% 附近,2021 年以来净利率大幅下滑主要系计提较高的股权激励摊销费用所致。
随着我国高端制造业的发展,对需要使用 3D 打印制备的复杂构件需求将大幅增加。同时,3D 打印作为颠覆传统制造业的新型加工方式,未来的市场空间不可限量。公 司于 2022 年 10 月发布公告,拟向特定对象增发股票,募资 31.1 亿元,其中 25.1 亿 元用于金属增材制造大规模智能生产基地项目,项目建设期为 3 年。建成后,将大 幅提升公司金属增材定制化产品和原材料粉末的产能,满足航空航天等高端制造领 域对 3D 打印产品和原材料快速增长的需求,进一步夯实公司龙头地位,未来公司 将迈入发展快车道。

 

 

 

 

 

 


激光技术快速发展,激光切割设备国产化加速
1. 从科学设想到星火燎原:激光的前世今生1917 年,爱因斯坦从理论上指出,当光与物质相互作用时,除了吸收和自发辐射之 外,还存在第三种过程——受激辐射,不过
长按图片保存/分享
0
文章推荐

推荐产品

PRODUCT

___

 

售前咨询
18682274360
上班时间
周一到周六
E-mail地址
1332757413@qq.com
二维码
扫码关注 骏屹激光设备
添加微信好友,详细了解产品
使用企业微信
“扫一扫”加入群聊
复制成功
添加微信好友,详细了解产品
我知道了
粤ICP备19037065号