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激光装备:高效生产率的利器 正在加速向下游领域渗透

2022-11-01 09:58

激光装备正在代替传统生产装备,提高生产效率;

激光器国产化是必然趋势。

激光技术起源于20世纪 60年代,与核能、电脑、半导体并称为 20 世纪

的四大发明,美国科学家将激光技术总结为影响全球未来发展的 18 项重大关键技术之一。激光因其是通过人工方式、用光或放电等强能量激发特定的物质导致原子受激辐射的光而得名。激光具有良好的相干性、单色性、方向性、高能量密度等特点,因而被誉为最锋利,最精准的刀。激光产业链上游为光学材料、元器件等,中游为激光器与激光控制系统等,下游为激光设备,终端面向汽车、锂电池、电子、光伏、医疗、钣金加工等领域。

替代传统钣金优势,新兴市场层出不穷。激光具有高能量密度与光束可精细控制的特点,是火焰、光弧等传统材料加工方式功率密度的成千上万倍。较高的功率密度与精细光束特别适用于对加工材料上非常微小的区域进行加工,不会导致该区域周围的其他材料受到影响,加工精度与加工效率都比较高,随着激光器价格下降与高功率趋向发展,也就对传统加工方式产生较强的替代作用。与此同时,激光技术最显著的特征是对其他技术具有广泛的渗透性,可与其他众多技术融合、孕育出新兴技术和产业。随着技术发展以及激光器价格下降,激光清洗、激光熔覆等市场在商用道路上快速发展。随着锂电与光伏行业等下游产业的蓬勃发展,激光行业市场规模也逐渐增大。

制造业升级带动行业规模持续增长。欧美等发达国家最先开始使用激光器,随着全球制造业向发展中国家转移,亚太地区激光行业市场份额迅速增长。发展中国家在制造业升级过程中,逐步使用激光设备代替传统设备,对激光器的需求旺盛,系目前全球激光行业市场最主要的驱动力之一。根据《2022 中国激光产业发展报告》数据,全球激光设备市场持续增长,2014-2021 全球激光设备市场CACR 12.24%2021年同比+16% 210 亿美元,其中2021年中国激光设备收入达821亿元,同比增长18.64%

光纤激光器占比最高。光纤激光器特指以光纤作为工作介质的激光器,光纤激光 器性能优异并且可通过光纤导出激光从而避免复杂的反射镜系统。根据Laser Focus World 数据,2019 年光纤激光器占全球工业激光器的份额达到53%,已成为激光器行业主流。根据国际工业激光商业行情数据,2015-2019 年,全球光纤激光器的市场规模由 11.7 亿美元增长至 27.4 亿美元,CAGR 为23.71%。随着政策支持和技术进步,国内光纤激光器市场快速增长。根据《2022中国激光产业发展报告》数据,2015-2021 年我国光纤激光器市场规模由 40.7亿元增长至 124.8亿元,CAGR 为 20.53%。按照 2019 年光纤激光器市场规模和平均汇率计算,国内市场占全球的份额约为 43.7%。

市场格局:中高功率国产化快速提升,国内企业市占率快速提升。随着国内企业技术不断提升,国产激光器品质逐步向国外先进水平靠拢,同时国内企业具备成本和服务的双重优势:(1)成本优势: 激光器产品自身较为复杂,其生产制造依赖大量熟练的技术工,难以用自动化设备完全替代。因此国内企业在成本上具备较大优势;(2)服务优势:国内企业占据本土的主场优势,能够提供更 加优质的售前和售后服务。成本和服务优势下中高功率激光器国产化趋势继续进行,根据《2020中国激光产业发展报告》数据,2019 年中功率国产光纤激光器占比继续提升,由2018 年的54.90%提升至2019年的56.74%;2019 年高功率国产光纤激光器的占比大幅提高,由 2018 年的 34.48%提升至 2019 年的 55.56%。在中高功率国产光纤激光器份额大幅提升的背景下,国内激光器企业的市场份额提升,2017-2021年锐科激光的市场份额由 12%提升至 27.3%,创鑫激光由 10%提升至 18.3%,而 IPG的市场份额则由 52.7%下滑至 28.1%。

超快激光器与半导体激光器发展潜力较大。超快激光被誉为“冷加工”,具备无材料选择性、无材料损伤、能实现微米级加工精度的优势;在极高的功率条件下,超快激光几乎可以将所有材料完全电离,即超快激光与物质的相互作用是多光子吸收的非线性电离过程。相比长脉冲激光加工,超快激光加工能大幅度降低加工过程中的热损伤和热效应,提高加工质量。因此超快激光在工业微加工、科研应用、精准医疗、航空航天、增材制造等应用领域表现出色。半导体激光器优缺点十分明显:优点是体积小、结构简单、光电转换效率高、寿命较长、易于调制等,缺点是输出光束质量差、光束发散角大、光斑不对称、受到带间辐射的影响导致光谱纯度差、工艺制备难度高等。半导体激光器在能量光子、信息光子、显示光子均有广泛应用。

国信证券认为:迈向高效率生产的利器,激光替代传统加工/国产化是必然趋势。激光具备的高能量密度与光束可精细控制的特点使得其对于传统加工方式具备较强的替代性,随着激光器价格下降与高功率趋向发展,替代作用愈加明显。

与此同时,激光技术最显著的特征是对其他技术具有广泛的渗透性,可与其他众多技术融合、孕育出新兴技术和产业。随着技术发展以及激光器价格下降,锂电与光伏等行业等下游产业的蓬勃发展,激光行业市场规模也逐渐增大,2021年中国激光设备/光纤激光器收入分别为821/125亿元,同比增长18.64%/32.48%,预计 2022年我国激光设备市场规模将达到900亿元。同时国内光纤激光器厂商也在持续抢占IPG等国外厂商的高端市场。

2. 激光雷达开启规模化装车,上游厂商成长确定性高

激光雷达对于高阶自动驾驶实现不可或缺,各模块技术路线正加速迭代成熟。激光雷达与摄像头等多传感器融合方案是当前车企自动驾驶实现的主流选择。自动驾驶升级需求驱动下,激光雷达各技术路线正加速迭代走向收敛。从发射端来看,1550nm 波长激光雷达是未来主流发展方向,多结 VCSEL 激光器有望逐步替代 EEL 激光器;接收端来看,探测器由 APD 逐渐向 SPAD 发展,最终有望走向 SiPM;从信号处理系统来看:具备更高集成度和更低成本的厂商自研 SoC芯片将成为最终趋势;从扫描方式上,混合固态成本可控易过车规,是当前首选,纯固态是最终发展趋势。

注:以上信息来源于激光之家9月月报

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