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激光裝備:高效生產率的利器 正在加速向下游領域滲透

2022-11-01 09:58

激光裝備正在代替傳統生產裝備,提高生產效率;

激光器國產化是必然趨勢。

激光技術起源于20世紀 60年代,與核能、電腦、半導體并稱為 20 世紀

的四大發明,美國科學家將激光技術總結為影響全球未來發展的 18 項重大關鍵技術之一。激光因其是通過人工方式、用光或放電等強能量激發特定的物質導致原子受激輻射的光而得名。激光具有良好的相干性、單色性、方向性、高能量密度等特點,因而被譽為最鋒利,最精準的刀。激光產業鏈上游為光學材料、元器件等,中游為激光器與激光控制系統等,下游為激光設備,終端面向汽車、鋰電池、電子、光伏、醫療、鈑金加工等領域。

替代傳統鈑金優勢,新興市場層出不窮。激光具有高能量密度與光束可精細控制的特點,是火焰、光弧等傳統材料加工方式功率密度的成千上萬倍。較高的功率密度與精細光束特別適用于對加工材料上非常微小的區域進行加工,不會導致該區域周圍的其他材料受到影響,加工精度與加工效率都比較高,隨著激光器價格下降與高功率趨向發展,也就對傳統加工方式產生較強的替代作用。與此同時,激光技術最顯著的特征是對其他技術具有廣泛的滲透性,可與其他眾多技術融合、孕育出新興技術和產業。隨著技術發展以及激光器價格下降,激光清洗、激光熔覆等市場在商用道路上快速發展。隨著鋰電與光伏行業等下游產業的蓬勃發展,激光行業市場規模也逐漸增大。

制造業升級帶動行業規模持續增長。歐美等發達國家最先開始使用激光器,隨著全球制造業向發展中國家轉移,亞太地區激光行業市場份額迅速增長。發展中國家在制造業升級過程中,逐步使用激光設備代替傳統設備,對激光器的需求旺盛,系目前全球激光行業市場最主要的驅動力之一。根據《2022 中國激光產業發展報告》數據,全球激光設備市場持續增長,2014-2021 全球激光設備市場CACR 12.24%,2021年同比+16% 210 億美元,其中2021年中國激光設備收入達821億元,同比增長18.64%。

光纖激光器占比最高。光纖激光器特指以光纖作為工作介質的激光器,光纖激光 器性能優異并且可通過光纖導出激光從而避免復雜的反射鏡系統。根據Laser Focus World 數據,2019 年光纖激光器占全球工業激光器的份額達到53%,已成為激光器行業主流。根據國際工業激光商業行情數據,2015-2019 年,全球光纖激光器的市場規模由 11.7 億美元增長至 27.4 億美元,CAGR 為23.71%。隨著政策支持和技術進步,國內光纖激光器市場快速增長。根據《2022中國激光產業發展報告》數據,2015-2021 年我國光纖激光器市場規模由 40.7億元增長至 124.8億元,CAGR 為 20.53%。按照 2019 年光纖激光器市場規模和平均匯率計算,國內市場占全球的份額約為 43.7%。

市場格局:中高功率國產化快速提升,國內企業市占率快速提升。隨著國內企業技術不斷提升,國產激光器品質逐步向國外先進水平靠攏,同時國內企業具備成本和服務的雙重優勢:(1)成本優勢: 激光器產品自身較為復雜,其生產制造依賴大量熟練的技術工,難以用自動化設備完全替代。因此國內企業在成本上具備較大優勢;(2)服務優勢:國內企業占據本土的主場優勢,能夠提供更 加優質的售前和售后服務。成本和服務優勢下中高功率激光器國產化趨勢繼續進行,根據《2020中國激光產業發展報告》數據,2019 年中功率國產光纖激光器占比繼續提升,由2018 年的54.90%提升至2019年的56.74%;2019 年高功率國產光纖激光器的占比大幅提高,由 2018 年的 34.48%提升至 2019 年的 55.56%。在中高功率國產光纖激光器份額大幅提升的背景下,國內激光器企業的市場份額提升,2017-2021年銳科激光的市場份額由 12%提升至 27.3%,創鑫激光由 10%提升至 18.3%,而 IPG的市場份額則由 52.7%下滑至 28.1%。

超快激光器與半導體激光器發展潛力較大。超快激光被譽為“冷加工”,具備無材料選擇性、無材料損傷、能實現微米級加工精度的優勢;在極高的功率條件下,超快激光幾乎可以將所有材料完全電離,即超快激光與物質的相互作用是多光子吸收的非線性電離過程。相比長脈沖激光加工,超快激光加工能大幅度降低加工過程中的熱損傷和熱效應,提高加工質量。因此超快激光在工業微加工、科研應用、精準醫療、航空航天、增材制造等應用領域表現出色。半導體激光器優缺點十分明顯:優點是體積小、結構簡單、光電轉換效率高、壽命較長、易于調制等,缺點是輸出光束質量差、光束發散角大、光斑不對稱、受到帶間輻射的影響導致光譜純度差、工藝制備難度高等。半導體激光器在能量光子、信息光子、顯示光子均有廣泛應用。

國信證券認為:邁向高效率生產的利器,激光替代傳統加工/國產化是必然趨勢。激光具備的高能量密度與光束可精細控制的特點使得其對于傳統加工方式具備較強的替代性,隨著激光器價格下降與高功率趨向發展,替代作用愈加明顯。

與此同時,激光技術最顯著的特征是對其他技術具有廣泛的滲透性,可與其他眾多技術融合、孕育出新興技術和產業。隨著技術發展以及激光器價格下降,鋰電與光伏等行業等下游產業的蓬勃發展,激光行業市場規模也逐漸增大,2021年中國激光設備/光纖激光器收入分別為821/125億元,同比增長18.64%/32.48%,預計 2022年我國激光設備市場規模將達到900億元。同時國內光纖激光器廠商也在持續搶占IPG等國外廠商的高端市場。

2. 激光雷達開啟規?;b車,上游廠商成長確定性高

激光雷達對于高階自動駕駛實現不可或缺,各模塊技術路線正加速迭代成熟。激光雷達與攝像頭等多傳感器融合方案是當前車企自動駕駛實現的主流選擇。自動駕駛升級需求驅動下,激光雷達各技術路線正加速迭代走向收斂。從發射端來看,1550nm 波長激光雷達是未來主流發展方向,多結 VCSEL 激光器有望逐步替代 EEL 激光器;接收端來看,探測器由 APD 逐漸向 SPAD 發展,最終有望走向 SiPM;從信號處理系統來看:具備更高集成度和更低成本的廠商自研 SoC芯片將成為最終趨勢;從掃描方式上,混合固態成本可控易過車規,是當前首選,純固態是最終發展趨勢。

注:以上信息來源于激光之家9月月報

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