激光产业链全景分析报告

来源:国金证券    关键词:激光产业链, 高功率光纤激光器,    发布时间:2019-06-10

设置字体:

一 、 激 光产业链全 景梳理,光加工迎趋势红利

1.1 光加工趋势红利:激光公司批量上市

产业现象:激光产业链公司近期密集上市

  • 2018 年前,A 股激光产业链上市公司数量相对有限,主要包括大族激 光、华工科技、福晶科技、光库科技、光韵达、金运激光、亚威股份 等。
  • 以 2018 年 6 月国产激光器龙头锐科激光创业板上市为标志,激光产 业链相关公司迎来批量上市的机遇期。经我们粗略统计,光峰科技、 帝尔激光、创鑫激光、杰普特、铂力特、柏楚电子等激光产业链公司 即将登陆创业板或科创板。未来几年,联赢激光、长光华芯、华日激 光等也有上市潜力。
  • 我们认为,激光产业链公司批量上市一定程度上代表了机加工到光加 工 时 代 的一次产业升 级趋势。
  • 激光与工业机器?#21496;?#26377;类?#39057;?#27867;自动化行业属性,一是符?#29616;?#33021;制 造、替代人工、提高生产效率的产业升级方向,二是下游应用领域基 本重叠,三是依靠核心器件?#23548;?#25171;开市场容量,重要的区别在于激光 核心部件的国产化速度较工业机器人进展更快,产业链有能力完成国 内闭环。

光加工核心驱动:激光器?#23548;?/span>

  • 光?#35789;?#28608;光产业的核心,也是驱动激光装备?#24403;?#30340;前提。激光器作为光源,占激光装备成本的 30%-60%,是制约经济性的关键。
  • 光纤占据激光主流 技术路线: 激光自 1960 年发明以来,先后经历了固 体(非光纤)、气体(CO2)、光纤三条主流技术路线,诞生了相干和IPG等激光器巨头,德国通快等激光装备龙头。进入 2000 年以来, IPG 依靠技术创新将光纤激光器成本大幅压缩,取代了二氧化碳激光器的主流地位,到目前光纤全球占比接近50%,为高功率激光器的降 本和激光新应用拓展奠定了基础。
  • 激光器自身?#23548;?#19982;进口替代两大趋势叠加加速下游应用推广。(1)降 价:激光器核心器件符合类摩尔定律属性,每年保持一定价格降幅, 同时?#38405;?#26377;所提升。IPG2009 年以来每瓦特的芯片成本?#38470;?#20102; 80%, 年均降幅 18%;(2)进口替代:以锐科激光、创鑫激光为代表的国产 激光器厂商正在逐步替代 IPG 在中国区的市场份额。锐科激光的市场 份额由 2017 年的 12%提升至 2018 年的 17%,同期 IPG 份额由 52%降 至 49%。
  • 我们认为,激光器?#24403;?#25512;广和制造业产业升级助推了行业的发展,使 得这一批激光企业在短短几年时间初步完成了产业?#26102;?#30340;重要积累。
激光产业链全景分析报告

1.2 全景梳理:器件、激光器、激光设备

  • 激光产业链从上游-中游-下游-终端可分为四大?#26041;?(1)上游为核心器 件,包括 激光芯片 、泵浦 源、特 种光纤 、晶体材 料、光 学元器 件、电 子元 器件、机械元器件、激光控制系统;(2 )中游包括激光器,包括光纤 激光 器、二氧化碳激光器、其他固体激光器等;(3)下游包括激光切割、 激光 打标、激光焊?#21360;?#28608;光清?#30784;?#28608;光熔覆、激光 3D 打印、激光显示、激光 测量、激光武器、激光美容医?#39057;?(4)终端客户包括汽车制造业、3C 电?#21360;?#19987; 业钣金加 工、航 空航天 、光伏 、船舶重 工、工 程机械 、军工 集团 等。
  • 对应上述四个?#26041;冢?#22269;产激光产业链(拟)上市公?#26223;?#25324;:(1)长光华芯(激光芯 片)、睿 芯光纤(特种 光纤) 、福晶科 技(晶 体材料)、光 库科 技(无/有源光学元器件)、柏楚电子(激光控制系统);(2)锐科激光(激光器)、创鑫 激光( 激光器)、杰 普特(激 光器) 、华日 激光( 超快 激光器);( 3) 大族激光(全系列激光装备)、华工科技(切割焊接)、 亚威股份(切割焊 接)、 帝尔激 光(光 伏激光开 槽)、 联赢激 光(激 光焊 接)、巨星科技(激光雷达)、铂力特(激光 3D 打印)、光韵达(激光3D打印)、光峰科技(激光显示)。
  • 对应上述四个?#26041;冢?#28023;外主要激光产业链上市公?#26223;?#25324;:(1)贰陆(激光 芯片)、lumentum(激光芯片)、nufern(特种光纤);(2)IPG(光纤 激光器)、nlight(光纤激光器)、相干(二氧化碳激光器);(3)通快(激光装备)、Amada(激光装备)、瑞士百超(激光装备)、Velodyne(激光雷达)、ASML(激光装备)。
激光产业链全景分析报告

1.3 研究思路:需求沿产业链同步传导,经济性受需求?#32479;?#26412;制约

激光产业链分三部分:激光器件、激光器、激光装?#31119;?#26680;心逻辑是依靠器件?#24403;?#25171;开更多经济性场景。

  • 激光装备?#26041;? 行业发展的关键要建立在不同场景拓展基础之上。(1)新应用场景的拓 展取决于产品 经济性(即产品 投资回收周期), 而经济性取决于订单量与设备采购成本、运营成本的差值。订单量受 宏观需求制约,成本则主要取决于激光器的价格。 (2)我们从三个角度建立了跟踪需求变化的指标:宏观:PMI、制 造业产成品存货;中观:永康五金加工指数、工业机器人产量、具 体子行业下游投?#24066;?#27714;;微观:全球激光器龙头——IPG 单季度收 入情况、重点激光装备单月的订单、激光控制系统龙头——柏楚电子 的收入情况。
  • 激光器?#26041;?激光器的直?#26377;?#27714;来自于激光装备企业订单,从而间接 受宏观需求制约。从激光器角度,我们认为比较核心的是追踪激光器 企业分功率产?#26041;?#26500;的销量、价格及结构,重点产品的返修率变化、 ?#23548;?#24133;度及对激光器毛利率的影响。
  • 器件?#26041;??#23548;?#23545;毛利率的影响研究,核心追踪:第一,核心器件自 身的?#23548;?#24133;度、成本底线;第二,核心器件的国产化进展。
激光产业链全景分析报告

二 、 激 光装备:上 游?#23548;?#25552;升设备经济性,新场景 需求?#20013;?#25171;开

2.1 空间测算:预计 2025 年中国激光装备市场超1300亿;激光器 250 亿

  • 装备市场中国超过全球一半。根据 Laser Focus world 统计,2018 年全球激 光装备市场规模 138亿美元,根据《2019 年中国激光产业报告》的统计, 2018 年中国激光装备市场规模为 605 亿元,超过全球市场的一半,其中工 业领域 300 亿元。工业领域中激光切割打标市场规模预计为250亿,焊接 市场预计 50 亿元。
  • 上市公司层面看市场结构:(1)装备:消费电子领域占 50%以上,泛工业 制造领域占 30%~40%,半导体、新能源等领域占 10%。(2)激光器:预 计目前泛工业制造领域占比超过 60%,消费电子领域占比 20%~30%。(泛 制造业包括 汽车制 造、工 程机械、 轨交装 备、电梯 、?#19994;?、船舶 重工 等)。
  • 根据 7 家激光装备上市公司收入可比口径,上一轮景气周期为2016和 2017 年,增速分别为 28%和62%,2018 年重回2%的低增速。我们预计 2019 年 H2有望构建行业底部,2020 年有望迎来上行周期。(7 家公?#26223;?括大族激 光、华工 科技、 光韵达 、金运 激光、联 赢激光 、铂力 特、帝 尔激 光)
  • 预?#39057;?2025 年,国内激光器市场规模将达到 250 亿,年复合增速超过 16%。2018 年国内激光器市场规模超过 80 亿元,占全球光纤激光器市场 总规模的 45%。
  • 激光器行业目前仍震荡下行,或将进入磨底阶段。我们以 IPG、锐科激光 和创鑫激光三家公司为代表样本,2016 和 2017 年合计收入增速分别为28%和 64%,与7家激光装备上市公司收入增速基本匹配。自 2018Q3 以来 进入下行周期,目前此下行周期已经?#20013;?#19977;个季度,2019 年 Q1 行业增速 加速下滑至 17%。两大激光器企业(IPG 和锐科激光)增速出现分化,IPG 和锐科激光 2019Q1 收入增速分别为-24%和 24%。
激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告

2.2 竞争格局:装备?#21496;?#20105;分散,激光器端集中度较高

激光装备竞争格局较为分散:以 2018 年国内 605 亿激光装备市场规模为计 算,大族激光市占率 18%,华工科技市占 8.6%,通快中国市占6%,CR3 市占率占比32.6%。

(1)由于消费电子领域大客户特点,其激光需求基本被大族激光和华工科技 两家龙头独占,大族激光 2017年高峰期苹果消费电子领域收入 40 亿元左右;

(2)由于区域?#38498;?#19979;游离散型制造企业的特点,泛制造业领域的激光加工市 场难以形成较为集 中的竞争格 局,国内从 事激光切割领 域的激光加 工装备企业 超过 300 余家。

激光器集中度较高:激光器市场集中度较高。国内 CR3 占据了 75%的市场 份额。其中 IPG占 49%、锐科激光 17%,创鑫激光9%。

激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告

2.3 经济性:万瓦激光切割机将逐步具备经济性

激光渗透速度取决于产品经济性:激光切割替代传统工艺本质取决于新老 产品的投资回收周期。根据我们交流了解,激光切割机在 2017 年高景气 时,投资回收周期在 2年以内,而在 2018 年下半年景气回落阶段,投资回 收周期超过 3 年甚至更长。原因在于宏观承压,第三方钣金加工厂接到的 订单减少 ,终端用 户使用 原先的 旧工艺 设备依然 能够维 持生计 ,替代 需求 减弱,下半年行业出现同比负增长。

6kw激光切割机经济性测算:根据我们交流了解:

(1)单台设备价值量方面,激光器价格每年降幅超过20%,带动激光装备价 格逐年?#38470;?#36229;过 10%,单台设备的一次性购买成本大幅?#38470;擔?#19982;传统等离子切 割和火焰切割机的价差逐年缩小。例如:IPG 2017 年 6kw 售价 100 万元以上/ 台,对应到激光切割机端的售价可能达到 250 万/台左右;到目前预计 70-90 万,对应到激光装备的价格已经降至150-180万/台左右。

(2)运营成本方面,光纤激光加工较传统的火焰和等离子加工工艺具备明显 的经济性优势,且符合?#32321;?#35201;求、无须二次加工等优势。

万瓦激光切割机将逐步具有经济性。目前激光切割机主流加工?#27573;?#20026; 30mm 以下中薄板,而 30mm 以上?#20960;?#21644;40mm以上的不锈钢等中厚板仍 然用等离 子切割和 火焰切 割机加 工方式 。随着激 光器成 本的大 幅?#38470;?,万 瓦以上功 率段的激 光切割 机将逐 步具备 替代的经 济性。 我们预 计这部 分市 场的存量空间超过 5 万台,目前?#28304;?#32479;的工艺渗透率较低,且激光器基本 上被 IPG 垄断。

超高功率最新进展。从 IPG 收入结构看,?#28304;?#20854; 6kw 产品在 2016 年下半 年推出后,目前 6kw 及以上功率段整体收入占比已经超过 30%,该部分市 场收入超过 30亿元。继 6kw 推出后,IPG 2017 年推出 8kw和 1 万瓦, 2018 年推出1.5万瓦,2019 年推出 2 万瓦,2019Q1 IPG 万瓦以上收入增速 40%。

2.4 需求跟踪:渗透速度受宏观约束,下半年望构筑行业底部

  • 需求拆分具体见 2.1 市场结构部分。
  • 如何定量高频跟踪下游需求变化:我们尝试建立了高频指标跟踪激光装备 下游景气变化,主要在以下两大代表领域:(1)泛工业制造领域:比如 PMI、永康五金加工指数、IPG 全球单季度数据、汽车制造业产成品存货同 ?#21462;?#24037;业机器人销量增速、激光控制系统企 业柏楚电子收入情况等;( 2) 3C 消费电子领域:主流智能手机工艺革新对激光的需求;(3)新能源汽 车领域:新能源汽车销量;(4)光伏领域:PERC 扩产及对激光需求。
  • 一是,泛工业制造领域,指标跟踪显示行业依然处于下行周期的阶段。进 入 3-4 月以来,制造业 PMI 重新进入景气扩张区间;工业机器人 4 月份产 量同?#35748;?#28369; 7%;永康五金加工下游指数在一季度进入景气扩张区间,但是 在 4月份重新跌回非景气区间;IPG 中国区一季度收入下滑-24%。
  • 二是消费电子领域,主要是智能手机等电子产品工艺革新带动的激光设备 需求。由于智能手机已经渡过快速渗透阶段,单纯跟踪销量没有太大意 义。跟踪如智能手机中框加工、全面屏、5G 等工艺革新对超快激光装备需 求。
  • 三是新能源汽车领域,定量的数据包括跟踪新能源汽车销量、电池厂装机 量等。
  • 四是光伏领域,定量的数据包括全球和中国光伏年度新增装机规模, PERC 扩产;定性的跟踪包括 SE 掺?#21360;?#28608;光扩硼、半片、叠瓦、HIT 等新电池工 艺的升级。

2.5 重点场景:高功率切割焊?#21360;?#21307;疗、遥?#23567;?#36229;快

IPG 预测,高功率切割焊?#21360;?#21307;疗、遥?#23567;?#38750;金属材料微加工将成为激光行业新的增长点。

  • 上一?#20013;?#19994;性的拐点发生在 2016H2,与行业拐点一致;
  • 2015 年~2023 年,全球激光器市场规模有望从 47 亿美元增长至 95 亿 美元,年均复合增速 10%;
  • 到 2023 年高功率切割和焊接依然是激光装备的第一大应用领域,其次 为医疗、激光传感?#22836;?#37329;属材料微加工。(注:高功率为 1.5kw 以 上)
激光产业链全景分析报告

2.5.1 激光切割:高功率切割是目前激光器行业主要增长点

竞争格局:海外厂商包括德国通快(中国区 35 亿元)、日本 Amada、瑞士 百超,国产厂商大族激光(2018 年高功率激光装备收入 23 亿元)、华工 科技(2018 年激光装备业务收入 17.7 个亿)、宏山激光、?#32487;?#28608;光、邦德 激光(2018 年收入 4.67 亿元)、亚威股份(2018 年激光业务收入 4.57 亿 元)、领创激光、迅镭激光、海目星等。

2.5.2 激光焊接:潜在空间或不亚于切割,非标属性明显

激光焊接工作原理:激光产生高功率单一的光束,作用于金属表面,能 够快速达到金属?#26800;?#24182;熔化,熔化后的金属冷却凝固后形成焊缝,从而 实现焊接功能。

  • 焊接具有非标属性:激光焊接与切割工艺不同,需要针对不同应用场 景进行定制化的设计,并配套机械手等其他设?#31119;?#20027;要用于替代人工 和满足柔性制造特点。
  • 激光焊接经济性欠佳,主流客户集中在新能源动力电池和高端车企。 目前激光焊接仅在动力电池(电芯和模组段激光焊接)、高端车企(白车身、底盘、个别零部件等)、高档厨电领域有所应用,整体经 济性欠佳。随着激光器价格的进一?#36739;陆?#21644;人工成本的上升,激光焊 接的经济性会逐?#38477;?#21040;体现。根据我们近期交流了解,1-1.5kw 功率 段 激 光 焊接替代传统 的?#19981;?#28938;、电子焊已经开始具备经济 性。

我们认为,激光焊接未来的潜在空间或不亚于切割。从理论上讲,中国 作为全球制造中心集结了全球最多的切割和焊接基础工艺设备场景,且 焊接设备非标属性决定焊接不会像切割一样,很快陷入价格战的红海之 中 , 对激光装备和激光器公司的毛利率会有一定的支撑。

激光焊接竞争格局:德国通快、大族激光(2018 年动力电池焊接业务 的营?#23637;?#27169;约 8 亿元,+78%)、逸飞激光、联赢激光(2018 年整体营 ?#23637;?#27169; 9.8 亿元,+35%)、亚威创科源、江苏北人(2018 年公司收入 4.12 亿元)。

2.5.3 激光显示:下游应用逐渐拓展,电影和电视逐步具备经济性

传统激光显示技术路线面临产业化的难题:传统主流的激光投影显示技 术 是以红、 绿、?#24230;?基色激 光为光源 ,混合成 全彩色 ,进行投 影的 技 术,见下图 27。但是传统的激光投影技术面临三个方面产业化的难 题:( 1)红光激光器材料温度稳定性差、绿光激光器效率低寿命短; ( 2)激光光源由于相干性导致的视觉散斑,影响显示效果;(3)红绿 激 光 昂贵、直接产业化成本过高。

光峰科技 ALPD 技术架构解决传统激光显示的产业化难题。李屹博士创立 的光峰科技自 2007年开始在全球领域?#26469;?ALPD 技术架构,使用氮化镓 基蓝光激 光器和荧 光材料 实现红 绿光谱 ,将激光 的高亮 度与荧 光材料 的高 ?#38405;?#32467;合在一起,获得了1400余项专利(包括正在申请中),该技术路 线成为激光显示领域的基础性技术。

激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告

主要应用:目前激光显示较为成熟的应用主要包括四大领域:激光电影、激光电视、激光工程投影机、激光商教投影机。

  • 激光电影:激光电影终端销量与下游电影放?#31243;?#24635;量以及激光放映的 商业模式相关,从近几年观察看下游电影放?#31243;?#25968;量增速保持20%以 上的复合增速。截止 2018 年底,我国拥有电影放?#31243;?60079 个,其中 安装使用激光电影放映设备为 23431 台,激光渗透率约为 39%。
  • 激光电视:截至到 2018 年,境内激光电视销量 16.4 万台,同比增长 130%;
  • ?激光商教投影机: 2018 年,国内激光商教投影机销量 18.1 万台,同比 增长 8%;
  • 激光工程投影机:2018 年我国激光工程投影仪出货量 4.2 万台,同比 增长 23.5%。

激光显示替代传统的显示设备逐渐开始体现出经济性

  • 激光电影主要替代传统的疝光灯泡光源,氙?#39057;?#27873;寿命较短(不超过 1500 小时),且亮度色彩衰减较快。影院为?#20013;?#20445;证良好的观影效 果,每年需更换灯泡3-4 次,并且更换过程中存在炸?#39057;?#23433;全隐患。 ALPD 荧光激光显示技术光源,光输出覆盖 5000 至 55000 流明,可在 30000 小时使用时间内光衰不超过初始亮度的 30%。同时免除氙灯光 源维护带来的人力成本、购灯成本、炸灯隐患,租赁模式减轻了影院 日常运营维护成本与压力,经济效应已经非常明显。
  • 激光电视主要替代 OLED 大屏电视。大屏是电视的发展方向,目前 60 寸以上大屏电视占比 24%左右,IHS预?#39057;?2025 年占比将超过 40%。 但是传统的大屏电?#29992;?#20020;几个限制因素:价格较高和安装不便。

(1)从价格因素看,根据AVC Revounit 报告统计,激光电视 2016 年激光 电视接近 6 万元的市场均价,2018 年已经降至 2 万元附近。光峰科技 2018 年推出小米海外版激光电视,销量至 40583 台,平均单价从2016年的 24861 元降至 2018 年的7556元。

(2)从安装方便性上 讲,激光电视解决 了传统大屏电视 安装复杂?#39029;?#26412;高 的痛点。

激光显示竞争格局:激光显示领域的主要市场参与方包括光峰科技、巴 克、IMAX、海信电器、NEC、鸿合科技。其中即将登陆科创板的光峰科技 在激光电影光源部署量、激光电视光机、激光商教机销量排名分别为第 一、第一和第二名。

2.5.4 激光武器:固体光纤激光器在军事领域有重要价值

激光武器是一种定向能新概念武器,利用强大定向发射的高强度激光束 直接毁伤敌方无人机、无人舰、导弹、卫星和人员等目标。与传统武器 相 比,激光 武器具有 速度快 、精度高 、拦截距 离远( 最高可至 上万 公 里)、火力转移迅速、不受外界电磁波干扰、单次发射成本低(激光武 器 1000~3000美元/单次,相比于一枚导弹成?#31350;?#33021;在 60-100 万美元左 右)等优点,激光武器可装载在空间站、陆战车、飞机、大型驱逐舰和 步枪上。

美国海军劳斯舰载激光采用的是光纤激光器路线。自1971年以来,美 国激光武器技术路线先后经历了二氧化碳激光器、化学激光器,固体光 纤激光器时代。2010 年美国与科托斯公司签署了 1100 万美元的合同, 科托斯使用 6 台 IPG 公司生产的 5kw 单模光纤激光器,实现总输出功 率 32kw。美国研发的劳斯激光近程防御系统目前已进入成熟发展阶 段,整套系统采购价格只有约 1500~1700万美元(折合 10200~11560万 元) ,单次发射成本极低。

我们认为,随着国产光纤激光器单模功率水平的提升,在“十四五”期 间 , 国产光纤激光器在军事上的应用(车载和舰载)将得到重要体现。

激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告

2.5.5 非金属材料微加工:超快激光加工成本拐点临近

高功率?#32479;?#24555;是激光装备行业的两个主要发展方向。脉冲宽度在 10-12s 和 10-15s 内的激光器属于超快激光器,主要包括飞秒和皮秒激光器,其 激光设备的核心优势在于对材料本身热影响小,广泛应用于消费电?#21360;?医 疗 美容、微机械制造等微加工领域。

超快激光设备通常由超快激光器、外部光路系?#22330;?#36816;动控制系统三部分组 成 。 工作过程中,超快激 光器会 作用于 金属或 非金属材 料的表 面,使 得材 料吸收激 光能量后 开始烧 ?#30784;?#26448; ?#29616;?#30340; 价带电子 首先吸 收光子 发生电 离形 成自由电 子,当自 由电子 产生的 足够多 而形成“ 临界密 度”等 离子体 结构 时,材料 开始烧蚀 。在激 光钻孔 时,随 着一定频 率脉冲 的不断 冲击, 小坑 会越来越 ?#30591;?#28903;蚀 产生的 废材与 熔料越 来越难以 清除, 从而阻 止激光 向坑 底传递能量,最终深度会达到一个饱和状态,形成微孔。

超快激光装备主要受益于手机等消费电子增长。

  • 超快激光在手机上的应用包括 logo 打标、微部件直接成型、激光开 孔、FPC 切割(5G 电路板)、PCB 打标、激光切割 HOMO 键、蓝宝石 切割、摄像?#32321;?#25252;镜片切割、手机内构件焊?#21360;?/span>
  • 超快激光器市场增长主要受益于消费电子工艺创新(含 5G)带来的增 量需求以及?#28304;?#32479; CNC 和皮秒加工设备的替换需求。根据大族激光 2018 年年报,公司针对 5G 天线应用场景,实现了用于 LCP 材料 FPC 加工的高端 激光切割/ 钻孔设备 、超高速 贴附设备 的大批量 销售,并在 IC 载板的极小微孔加工方面取得技术突破。
  • 激光在医疗美容领域的应用包括眼科屈光手术、美容方面的祛除纹 身、祛皱、塑性、前列腺手术、脱毛以及牙科领域,市场规模超百亿 元。目前激光医疗美容领域的应用仍以进口装备为主。医疗美容使用 的激光器为 1-150 瓦的连续波以及二极管激光系?#22330;?/span>

国内超快激光器市场规模超过 20 亿元,增速超过 30%。

  • 据 OFweek研究中心数据显示,2016 年全球超快脉冲激光器产值为 8 亿美金,预计行业保持 15%的复合增速,到 2020 年将达到 14~15 亿 美金。参考光纤激光器,假设中国超快激光器占全球的一半,到 2020 年,国内超快激光器市场规模将达到 50 亿人民币左右。目前国内超快 激光器市场规模超过 20 亿元,未来 2 年复合增速有望超过 30%。
  • 据《2019 中国激光产业发展报告》,我国 2018 年国产皮秒?#22836;?#31186;超快 激光器市场销售数量已达到 850 台,同比增速 84.8%。

三 、 激 光器:进口 替代进程加速,功率结构具备持 续升级空间

3.1 光纤激光器的技术原理与成本构成

光纤激光器是目前激光器的主流技术路线,占到全球激光器规模的近 50%。如图 6,光纤激光器价格的?#38470;?#26159;提高新应用场景经济性的前提。 半导体激 光器较光 纤激光 器而言 ,由于 无需特种 光纤, 原材料 成?#31350;?以降 得更低, 但同时面 临光斑 较大等 问题, 未来在激 光焊接 领域也 有一定 的发 展空间。因此,我们以光纤激光器为研究对象。

皮秒?#22836;?#31186;等超快激光器有望复制光纤激光器价格?#38470;?#30340;路径,在蓝 宝石切割、OLED 切割和医疗美容等精密微加工领域完成国产替代, 为行业贡献新的增长点。

激光产业链全景分析报告

光纤激光器的原理、结构与 IPG 两大技术基石

  • 工作原理:泵浦源里的泵浦光(由电能转化而来)入射到光学谐振腔 里特种光纤,会被所掺杂的稀土离子(镱和铒等)吸收,吸收了光子 能量的稀土离子会发生能?#23545;?#36801;,实现“粒子数反转?#20445;?#21453;转后的粒子经 弛豫后会以辐射形式再从激光发态跃迁回到基态,并?#22836;?#20986;能量,形 成激光束输出。
  • 包层侧面泵浦技术和分布式单发射芯结二极管泵浦结构是 IPG 的技术 基石。

( 1) 包层侧面泵 浦技术: 指三个二极管泵浦模块围成一圈组成泵浦源, 每个泵浦模块又由 3 个二极管线阵组成,每个线阵的输出功率平均为 20W,通过玻璃管形成泵?#26234;?#21644;制冷通道。半导体泵浦源发出的光经过三 对光束整 形透 镜会聚 到这三 条增 透膜区 域内, 透过玻 璃管 壁被晶 体吸收。 由于玻璃管大部分区域镀有高反射膜,使得泵浦光进入泵?#26234;?#21518;来回反 射,直至倍晶体吸收并在晶体横截面上形成均匀的增益分布。

( 2) 分布式单发射 泵浦技术: 较国内一般的巴条泵浦技术方案相比,单芯 结泵浦相 互独 立,单 个发生 ?#25910;?不会影 响其他 泵浦的 ?#38405;?和可靠 性,不受 最具?#36136;?#24615;的工业环境影响,解决了巴条泵浦的?#28982;?#25200;难题。

  • 激光器成本结构拆分:特种光纤占 20%,泵浦源占 30%,光学元器件 占 30%,其他电子与机械元器件占 20%。
激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告

3.2下行周期的竞争策略:份额优先

  • 竞争格局:IPG 在 6kw及以上超高功率市场依然垄?#29616;?#22269;的份额,2017 年 和 2018 年市占率分别为52%和 51%;锐科激光正在 3kw 和 6kw 功率段快 速替代 IPG的份额,12kw 完成小批量交货,20kw 完成验收,2018 年市占 率 18%,提高5.3pct;创鑫激光销量结构以脉冲激光器和2kw以上光纤激 光器为主,2018 年市占率 9%,拟在科创板上市。
  • 进口替代,份额优先:从 2018 单个季度收入增速看,锐科激光收入增速明 显高于 IPG 中国区的收入增速,IPG 连续三个季度在中国区的增速下滑, 2019 年Q1下滑 24%,而同期锐科激光依然保持 20%以上的收入增速,公 司份额优?#26085;?#30053;得到?#34892;?#25191;行。

3.3 量价结构:6kw 以上国产化率不足 10%,价格战有底线

激光器销量结构:6kw 以上国产化率不足 10%

从销量结构看,1.5kw 以下基本上已经完成进口替代,1.5kw 以上仍具 备进口替代空间。尤其是 6kw 以上功率段,海外进口激光器占比仍然 超过 90%的份额。随着激光器?#23548;郟?#25972;个需求功率结构仍然具备进一 步升级的空间。

(1)100w 以下:基本实现进口替代,过去两年国产销量端保持 30% 以上的增长,预计 2019 年国产实现销量 12.5 万台,同比增长 13.6%, 较 2018 年增速放缓。

(2)介于 100w和 1.5kw:2018 年国产化率 51%,过去两年国产销量 端增速分别为 33%和 25%,预计2019年国产实现销量 15.5 万台,同 比增长 24%,与 2018年?#21046;健?/span>

(3)1.5kw 以上:2018 年国产化率 34%,预计今年国产化率将达到55%。过去两年国产销量端增速分别为 316%和 100%,预计2019年国 产销量达到 4000 台,同比翻倍。1.5kw 以上国产化率提升得益于锐科 激光和创鑫激光 3kw和 6kw 高功率激光器成熟对 IPG 进口替代。

激光器的价格结构:价格战有底线

  • 激光器成本端?#38470;?#25903;持?#23548;邸?#28608;光器价格由于?#23548;?#26102;间不统一、功率 结构差异因素和不同企业之间的优惠折扣差异,定价属于公司机密, 很难取得连续型数据。但是我们参考IPG 成本?#38470;登?#32447;(以每瓦芯片 成本为代表),激光器成本端每年保持18%的?#38470;?#24133;度。
  • 主要激光器企业价差:根据我们交流,过去两年,每年激光器同功率 均价保持 20%~30%的?#23548;?#24133;度,国产激光器与 IPG 激光器同功率产品 基本保持在 20%~40%左?#19994;?#20215;差幅度。
  • 2018 年下半年以来,受 宏观需求影响 ,激光器企业 之间的价格战幅度 较以往年份更加激?#36965;?#38477;幅超过 30%。
  • 激光器的价格战是有底线的。随着中低功率的激光器基本完成国产替 代和激光器价格的进一?#36739;陆擔?#20013;低功率激光器的价格进一?#36739;陆?#30340; 空间已经比较有限。目前?#23548;?#26368;为激?#19994;?#21151;率?#25105;?#32463;由去年的2kw 和 3kw,提升至 6kw 及以上功率阶段。

3.4 复盘 IPG 的两次毛利率危机:毛利率?#38470;?#21518;依然可以回升

激光器价格对公司毛利率的影响机制:激光器产?#26041;导郟?#21333;?#35775;?#21033;率下 滑。激光 器公司整 体毛利 率维持 稳定需 要从几个 方面进 行对冲:一是 激光 器原材料 端成本的 ?#38470;擔?二是整 体需求 结构往更 高功率 进行结 构性升 级, 高功率高毛利率产品在整体出货量中的占比提升;三是开拓新的应用场 景。

上述机制决定了激光器毛利率下滑后可否重回上升通道:取决于原材料成 本结构与产?#26041;?#26500;,我们以 IPG 为例阐述。

IPG 上一轮全球金融危机的表现对于研?#34892;?#19994;变化具有重要意义。我 们翻阅了近十年 IPG 的年报,回顾了其在 2008 年全球金融危机以来 两次毛利率危机。

(1) 第一次危机:受 2008 年全球金融危机带来的宏观需求疲软,IPG 光纤激光器与主流的二氧化碳 激光器之间陷入?#29616;?的价格战,2009 年 IPG 毛利率下滑12pct至 35%,净利率下滑 13.95pct 至 2%。价 格战对毛利率的压制对 IPG 形成?#36129;疲?#36843;使其通过以下五个方面: 2009 年报披露:1提升份额;2拓展新应用:如切割高强度钢合 金和汽车高速焊接;3拓展产?#26041;?#26500;:从 2009 年开始,公司开始 销售高功率耦合器,光束开关和特种光纤,高功率封装二极管,长 脉冲高峰值功率光纤激光器和脉冲绿光纤激光器;4优化制造工 艺;5加大全球化布局。经过五大举措,2010 年以后,公司重返 50%以上的毛利率,并维持了 9 年的时间。

(2) 第二次危机:受本轮全球经济疲软影响,尤其是中国区以锐科激光 和创鑫激光为代表的国产激光器厂商进口替代进程加快,在 2kw 及以上功率段的价格战,IPG 毛利率再次进入下跌。2019Q1 毛利 率下滑至 47.27%(-7pct)。在本?#32622;?#21033;率危机中,IPG 已完成全 产业链的布局,进一步对冲毛利率的手段相对有限。

3.5 国产激光器龙头毛利率下滑后存在回升潜力

原材料维度:国产激光器高功率器件依然?#35272;到?#21475;

  • 锐科激光:中低功率器件基本实现自制,高功率器件依然?#35272;到?#21475;。(1)预计特种光纤自产率 40%左右,2018 年子公司睿芯光纤营业收 入 9524 万元;(2)高功率泵浦源芯片?#35272;到?#21475;,国产化率不到30%;(3)高功率光栅等核心元器件依然?#35272;到?#21475;。
  • 创 鑫 激 光:光纤光栅、特种光纤和泵浦源芯片?#35272;到?#21475;。 n产?#26041;?#26500;维度:有望进一步向产业链上下游?#30001;?#24067;局
  • 锐科激光:3kw 产品已经基本成熟,2018 年 6kw 和 12kw 高功率产品 开始批量供货。
  • 目前锐科激光的产品线仍然以激光器为主,未来有望向激光器件(睿 芯光纤的特种光纤)、激光设备(与现有客户非重叠的业务,如激光 清洗设备)等产业链?#30001;?#24067;局。

国产激光器龙头锐科激光此时正在经历第一?#32622;?#21033;率危机,从以上角度 看 , 公 司毛利率依然 具备企稳回升的潜力。

四 、 激 光器件:高 功率器件仍具备国产化空间

4.1 特种光纤:激光器企业的核心竞争力

特种光纤区别于普通光纤的核心特征是在特定波长上使用,掺镱光纤用于 光纤激光 器和光纤 放大器 的增益 介质, 无源光纤 用于耦 合器, 尾纤等 其它 光器件。 大双包层 掺镱光 纤及双 包层无 源光纤特 种光纤 长期被 国外垄 断, 限制了国产高功率激光器的进展,主要代表为美国 Nufern 公司。国内以睿 芯光纤、长飞光纤等为代表实现国产化的重要突破,降低了原材料成本。

国内特种光纤市场规模不大。按照目前国内83亿激光器规模,45%的毛利 率,84%的原材料成本占比,20%的特种光纤占比,特种光纤目前的市场规 模为 7.7 亿元,其中 IPG 占据的一半市场份额中完全自产。国内激光器厂 商的特种光纤一般外购瀚宇光纤(代理商)为主。

睿芯光纤是锐科激光的控股子公司(控股 85%),2018 年营业收入 9524 万元,同比增长150%,实现净利润 0.56 亿元,同比增长300%。

4.2泵浦与激光芯片:976 路线升级可推动激光器?#24403;?/span>

976nm 泵浦替代 915nm泵浦将有利于国产激光器降?#32479;?#26412;。光纤激光器通 过增益光 纤(掺镱 光纤) 实现从 泵浦光 到信号光 的能量 转?#24359;?掺镱光 纤在 915nm 和 976nm 波?#26410;?#22312;两个明显的特征吸收峰,915nm 波段吸收系数相 对较低,吸收谱较宽;976nm 波段吸收系数是 915nm 波段的2-3 倍,但 吸收谱相对较窄。976nm 波段泵浦的光光效率可达到85%,而 915nm 波段 泵浦的的光光效率为 75%。

976nm 泵源较高的光光转换效率可以?#34892;?#38477;低泵源的成本代价。以 1500W 光纤激光器为例,976nm 泵源相比915nm泵源高出约 10%电光效率,将直 接节约 235W的泵浦源功率,大幅度节约光纤激光器制造成本的同时,也 为光纤激光器的终端用户节省了约11%的电力消耗费用。

目前国内主流的激光器厂商为 915 路线,高功率升级?#24403;?#39537;动 976 路线需 求。使用 915nm 波段的半导体激光器作为泵浦源,受益于 915nm 波段较宽 的吸收谱,激光器整机受温度影响较小,在 915nm 波段增益有源光纤的吸 收效率低 ,为达到 整机光 纤激光 器更高 功率的输 出,在 技术上 要求使 用更 高的 915nm 泵浦功率和更长的有源光纤。但是 915 路线面临增益光纤非线 性效应、光光效率损失、热管理难度增加、单位瓦数成本上升等诸多困 难。

国内激光芯片一级市场标的:长光华芯。2012 年成立,国内首家从事高功 率半导体 激光芯片 及相关 光电器 件和应 用系统的 研发, 拥有从 芯片设 计、 MOCVD(外延)、光刻、解理/镀膜、封装测试、光纤耦合、激光系统等 完整工艺 平台和量 产线, 是全球 少数几 家、国内 唯一一 家研发 和量产 高功 率半导体激光器芯片的公司。2018 年 7 月,完成 B 轮 1.5 亿元融资。

4.3 激光晶体:壁垒高具有耗材属性

非线性光学晶体变频是获取激光不同波长的主要方式。根据波长不同的划 分,激光可分为红外激光(波长?#27573;?#20026; 1mm~760nm)、可见激光(波长范 围 760nm~380nm)、紫外激光(波长?#27573;?380nm~10nm),不同波长的激 光应用在 激光切割 、焊接 、显示 、医疗 、武器、 紫外微 加工、 雷达、 通讯 等不同的领域,受益于半导体、PCB、OLED 产能扩张带来激光加工设备 需求。

  • 工作原理:激光晶体由基质晶体和激活离子两部分组成,基质晶体主 要是为激活离子提供合适的晶格场,激活离子是掺杂在基质晶体中的 化学元素离?#21360;?#28608;光晶体中利用不同的激光离子可以产生不同波长的 激光,应用在不同领域。
  • 具有非线性光学效应:入射激光在非线性光学晶体中传播时,通过多 倍频会发生激光的频率转换,结果导?#29575;?#20986;的波长与入射激光波长不 同,从而产生新的波长。
  • 具有耗材属性。激光晶体本身具有耗材属性,一般适用寿命为 2~3 年,在转换效率?#38470;?#21518;需要及时更?#24359;?/span>

从技术路线上来讲,目前没有其他晶体可以替代 LBO 和 BBO 的地位:目 前应用最广泛的非线性光学晶体有 LBO、BBO、KTP,其中 LBO 和BBO是中国科学院福建物?#24335;?#26500;研究所在 20 世纪 80 年代发明并获得全球?#27573;?内的专利。(1)BBO晶体输出激光波段扩展到了紫外,通过二倍频、三 倍频、四倍频甚至五倍频,能实现波长 1064nm 到 532nm、355nm、 266nm、213nm 的转换;(2)LBO 除具有优良倍频、三倍频等功能外, 还有很高 的抗激光 损?#31639;?值、激 光发散 角小等特 点,可 用于制 造大功 率、 高质量激光器;在高功率的 532nm 和355nm固体激光器制造领域,LBO 一?#38381;?#25454;主导地位;(3)通过 LBO 倍频输出的红、绿、?#24230;?#22522;色激光, 是实现激光显示商业化的基础。

?#26377;?#27714;端看,激光晶体目前的增长点主要来自于 OLED 投资扩张周期带动 的紫外激光器需求。全球 OLED 上一轮扩张周期发生在 2016~2017 年, 2017 年达到峰值236亿美元,福晶科技 2016~2017 年收入连续保持 46%的 复合增速。DSCC预计 2018、2019 年分别为216、134 亿美元,连续下 滑,同时 DSCC预?#39057;?2020 年 OLED 设备市场将出现反弹,可望成长2倍到 109 亿美元,带动 2020 年整体面板设备投?#20351;?#27169;来到186亿美元,年 增 36%。

激光晶体领域的主要参与者包括福晶科技、美国贰陆、诺斯洛普-格鲁门公 司、美国科学材料公司、激光材料公司、Raicol Crystals、EKSMA、Cristal Laser S.A、VLOC、Inrad、高意光学等。

4.4 激光控制系统:卖铲人角色,监测下游需求的?#34892;?#25351;标

激光切割控制系统是激光加工装备的卖铲人。2014 年以来,随着 IPG 光纤 激光器技 术路线在 全球范 围内的 成熟推 广以及经 济性拐 点的到 来,国 内陆 续涌现了 300~400 家激光加工装备企业,尤其以切割设备为主。激光切割 系统以软 件开发为 核心, 与板卡 、总线 主站、电 容调高 器等硬 件集成 后销 售给下游客户。

激光控制系统作为激光加工装备的核心部件,充分受益激光装备下游市场 的增长。根据 Industry Perspective 统计,截止到 2018 年,国内激光切割市 场规模达到 200 亿元左右。

激光下游新场景应用的拓展将带动激光控制系统的同步需求。一方面,目 前下游需求逐渐由激光切割向激光焊?#21360;?#28608;光 3D 打印、半导体领域渗 透。另一 方面,激 光切割 控制系 统属于 运动控制 系统行 业子分 类,下 游面 向更广泛的工业机器人、机床、半导体、纺织机械、包装机械等行业。2016年我国运动控制市场规模达到 62.46 亿元,同比增长 8.7%,预?#39057;?020年市场规模将接近 90 亿元。

竞争格局与周期性:在激光切割控制系统市场内,柏楚电?#21360;?#32500;宏股份、 ?#24459;?#36842;科市占率 90%。2017~2018 年柏楚电子收入分别为 2.1、2.45 亿元, 增速对应 72%和 16.58%,净利润分别为 1.31 和1.39亿元,增速对应 74% 和 6%,毛利率保持在81%左右,2018 年净利率为57%,拟在科创板上 市。柏楚电子业绩波动一定程度上体现了行业的周期性。

五 、 海 外篇:复盘 全球激光龙头的成长路径

5.1 激光装备全球领先:德国通快

德国通快是全球激光装备龙头。1923 年以数控机床业务立业(业务类似于 现在的亚威股份),1973 年由机床业务?#30001;?#33267;激光冲裁复合机床业务,形 成了激光切割、激光焊?#21360;?#28608;光切管机为业务的激光装备业务。2008 年以4890万美元?#23637;?#28608;光器公司 SPI 进一步向激光产业链上游?#30001;歟?#24418;成了业 务?#27573;?#35206; 盖机床、 激光器 与激光 加工设 备、电子 和电动 工具多 业务综 合布 局的激光装备企业。

2017/18 年度创历史最好业绩。 2017/18 年度收入规模 35.66 亿欧元(+14.6%)。目前在手订单 38 亿欧元(+12.46%),实现税前营业利润 5.14 亿欧元,同比增长增长 52.8%,营业利润率 14.4%(+2.6pct),公司 ?#21496;?#20135;出 200 万,研发占比 9.5%。其中分区域看,德国区7.19亿欧元(+15.59%),中国区4.57亿欧元(+13.11%)、美国区4.57亿欧元(+5.46%)。

业绩增长受益于两大业务的快速发展:(1)德国通快联合全球光刻机龙头ASML为半导体行业开发出了一种二氧化碳激光系统,可利用 13.5nm 波长 的极紫外光加工晶?#29627;?#20351;芯片含有的晶体管密度达到 1 亿晶体管/平方毫 米,每秒可加工 100多个晶?#29627;?#20840;球独一无二;(2)激光 3D打印业务快 速发展。公司在 2003 年开始研发激光 3D 打印,2015 年推出 truprint 机 器,目前该团队已经超过 200 人,为通快贡献新的业绩增长点。按照?#21496;?产出 200万人民?#19994;?#27700;平,已经产生 4 亿人民?#19994;?#25910;入。

激光产业链全景分析报告
激光产业链全景分析报告

5.2 激光器全球领先:IPG

IPG 是全球光纤激光器龙头。公司将光纤激光器技术从实验室带向产业 界,依靠包层侧面泵浦技术与分布式目前垄断了全球 60%以上的光纤激光 器市场份额。公司发展经历了以下四大阶段:

  • 技术储备阶段(1961~1990 年):?#35789;?#20154; Valentin P.Gapontsev 是第一 个将光纤激光器从实验室带向产业化阶段的发明家;
  • ?#26102;?#21407;始积累阶段(1990~2002 年):IPG 以制造和销售定制型玻璃与 晶体激光器、高温用无线温度计以及激光器部件起家,并在电信行业 积累了一定的?#26102;盡?002 年,电信行业?#26102;究?#25903;下滑,公司投入所有 ?#24335;?#36827;行垂直化整合,攻克高功率光纤激光器,开发出单发射泵二极 管,力?#21450;?#33073;对上游供应商的?#35272;?
  • 资 本垂 ?#38381;?合期( 2006~2016 年) :上市后借助资 本市 场完 成一系列 并购整合,加大垂?#38381;?#21512;力度;
  • 超 高功 率产 品快 速放 量期( 2016~现 在) :2016 年以来 陆续 向市场推 出具备经济性的 6kw、8kw、12kw 等超高功率光纤激光器,过去八年 IPG 公司收入从 1.86 亿美元增长到14.09亿美元,复合增长率达到 29%。

2018Q3 ?#20998;?#21644;中国区市场开始?#20013;?#19979;滑,?#20013;?#21040; 2019Q1

  • 受 ?#20998;?#21644;中 国主要 经济体经 济承压 影响,公 司收入 端从 2018Q3开始 恶化。公司 2018 年收入 14.6 亿美元,其中占71%的市场?#20998;?#21644;中国 区市场从 2018Q3 开始下滑。2018Q3~2019Q1,?#20998;?#21306;分别下滑- 25%、-12%、-24%;中国区分别下滑-9%、-19%、-24%。其中 IPG 在 中国收入 6.29亿美金(+1%),市占率49%。
  • 2019Q1公司收入?#26377;?#21069;两个季度的下滑趋势 ,毛利率下滑 8 个 pct。 实现收入 21 亿元(-12%,收入下滑来自于金属切割和3D打印业 务),净利润 3.71 亿元(-48.13%)。分区域看,中国、?#20998;蕖?#26085;本、 美国销量分别-24%、-24%、-20%,+65%。
  • 预估 2018 年 IPG6kw 以上中国区市场收入在 17 亿元左右。在产品方 面,IPG高功率连续激光器的销售额占总收入的 57%,同?#35748;陆?2%;6 千瓦及以上的高功率光纤激光器占高功率连续激光器销量的 50%(去年为 30%);万瓦及以上的高功率连续激光器销量同比增长40%。据此估算,IPG1kw 以上高功率57亿元,6kw 以上 28.5 亿元, 假设中国区占比 60%,为 17.1 亿元。中国区83亿市场结构中,6kw 及以上市场占比 20%。2018 年锐科激光 6kw 及以上预计收入为1亿元 左右,市占率不到 6%,仍有较大替代空间。
  • 2019Q1主要激光器企业毛利率出现 大幅下滑,出货结构和?#23548;?#36739;大有 关。今年一季度主要激光器企业的毛利率下滑较多(IPG ?#32321;认?#28369; 7pct,锐科激光?#32321;认?#28369; 10pct)。


(报告来源:国金证券;分析师?#21644;?#21326;君

吃鸡游戏图片壁纸