,2019-2020科创板系列激光加工装备产业报告2019年11月18日,其,他,原,材,料 其他通用零部件,激光加工装备产业链全景概览,上游,中游,下游,应用领域,光源材料光学元器件,光纤激光晶体CO2发光半导体巴条放大器耦合器开关泵浦源合束器光学镜片光栅光缆,成套激光设备,切割机焊接设备打标机内雕机钻孔机熔覆设备激光手术系统裂片机激光清洗设备3D打印设备,钢材铝材塑料电容电阻,激光器机械系统数控系统,光纤激光器固体激光器气体激光器直接半导体激光器准分子激光器染料激光器加工台机械臂机柜机械手伺服电机控制器I/O设备控制软件,其他,电源散热系统传感器分析仪防护镜,下游应用场景,汽车机械制造航空航天轨道交通手机等电子品医疗武器太阳能电池制造锂电池制造LED集成电路食品与包装家电五金,厨具卫浴电气行业,要点总结,（1）激光被誉为“最快的刀、最亮的光、最准的尺”。激光是20世纪四大发明之一，它拥有强度高、单色性好、相干性好、方向性好等特点，被称为“最快的刀、最亮的光、最准的尺”。激光产业链的上游包括激光晶体、光学镜片、各类激光器、数控系统等；中游设备环节包括激光切割机、激光焊接机、激光打标机、激光雕刻机、激光美容设备、照明设备等；经过多年的发展，各类激光设备已被广泛应用于材料加工、电子信息、航空航天、医疗、军事武器、通讯等众多下游行业。,（2）激光加工设备：性价比提升，广泛替代传统加工方式。激光加工设备与工业机器人类似，可在工业生产中替代众多传统的设备，如激光打标机替代油墨喷码机、激光切割机替代火焰切割设备、激光焊接机替代传统焊接设备等。一方面，随着工业自动化升级，工业生产对精度、效率、可靠性等方面提出更高的要求；另一方面，随着激光器等零部件的国产化，激光加工设备的性价比逐渐显现。2018年我国激光加工设备销售规模达到605亿元，同比增长约22.22%，未来成长动力依然充足。,（3）激光器：国产化率快速提升，价格逐年下降。激光器是用来产生激光的部件，是激光设备最核心的单元。2018年全球激光器销售收入达到137.6亿美元，同比增长5.28%。激光器环节三个重要的趋势是：（1）工业激光器的占比逐渐提升，2018年全球工业激光器的销售额达50.6亿美元，占全部激光器的36.76%，该比例比2013年提升了约9.06个百分点；（2）光纤激光器正在快速替代CO2激光器：2018年全球光纤激光器市场规模达26.3亿美元，同比增长27.50%，占全部工业激光器的51.4%，该比例比2013年提升了17.6个百分点；（3）价格快速下降：目前国内的中低功率光纤激光器已基本完成了进口替代，高功率光纤激光器也在快速国产化的过程中，价格逐年大幅下降。,（4）其他核心零部件：进口替代仍有较大空间。作为高新技术产品的代表，激光器自身的零部件也存在较高的壁垒。目前激光晶体、光学镜片、合束器等国产化程度已经比较高，有源光纤、激光芯片国产化率仍有待提升。,目录 Content,激光的概念、特性及发展历史,激光器：激光加工设备最核心的单元,激光加工设备：广泛替代传统加工方式,总结,激光器的零部件：进口替代仍有较大空间,原子能级跃迁示意图,受激辐射过程示意图,激光的特点,激光概念和特性：20世纪四大发明之一，最快的刀、最亮的光、最准的尺 激光被称为20世纪四大发明之一：激光不是自然界中存在的光，而是人类基于量子论发明出来的光。将激光与自然光区别开来的，一是激光的特点，二是激光产生的过程： 激光被称为“最快的刀、最亮的光、最准的尺”：激光与自然光相比，具有强度高、单色性好、相干性好、方向性好等特点。 激光是原子受激辐射的产物：原子受到泵浦源能量的激励可跃迁到高能量状态，此时当其遇到一个外来的特定频率的光子时，会释放出一个完全相同的光子，这两个光子又会使更多的原子发生跃迁并产生相同的光子，这个过程称为受激辐射，所产生的光称为“激光”。受激辐射发出的光子和外来光子的频率、位相、传播方向以及偏振状态完全相同，因此激光具有强度高、单色性好、相干性好、方向性好等特点。,激光技术的历史：年轻的技术，下游应用广泛开花结果,激光技术的发展历史, 1970s年代方步入商用，目前在快速发展阶段： 爱因斯坦在1917年最先提出受激辐射； 1960年世界第一台红宝石固体激光器出现； 1970s激光器进入商用时代。, 经过对激光束与物质相互作用机理的探索，激光的应用领域也不断扩张，20世纪90年代后行,业应用进入高速发展阶段。,激光的两大方向：能量激光、信息激光, 强度高、单色性好、相干性好、方向性好等特点决定了激光两大应用场景：, 能量激光：激光有极高能量密度的突出优点，该特点在材料加工、武器、医疗等领域有重要,应用。, 信息激光：激光单色性、方向性好，适合作为信息传递（光通信）及距离测量（光测量）。,与传统的电通信相比，光通信具有容量大、距离长、保密性好、重量轻等优点。,激光两大应用方向：能量激光、信息激光,我国激光产业带的分布,产业分布：国内四大激光产业带，已初具雏形我国四大激光产业带：, 华中地区：以武汉为代表，我国最大的激光产业聚集区，100多家相关企业；华中科技大学、武汉大学等知名高校为依托；代表性企业华工科技、锐科激光、金运激光等； 珠三角：广州、深圳海运发达、出口便利，激光产业出口额占到全国激光产品出口的三成以上，已成为继武汉之后国内第二的激光产业聚集地，代表性企业大族激光、正业科技、联赢激光、杰普特、光韵达等； 长三角：完善的激光产业链，有着一批高科技术企业引领地区的激光产业发展，包括亚威股份、天弘激光、波长光电，飞博激光等； 环渤海区域：以北京为代表的市场拥有大量IT、通信、医疗、机械公司，激光产品的需求旺盛，带动了激光产业蓬勃发展，代表性企业有大恒科技、国科世纪等。,目录 Content,激光的概念、特性及发展历史,激光器：激光加工设备最核心的单元,激光加工设备：广泛替代传统加工方式,总结,激光器的零部件：进口替代仍有较大空间,激光加工装备：两个特征，多点优势，顺应精密制造的大潮流 激光加工是精密加工技术的代表，主要增长驱动力来自对传统加工方式的替代：与其他加工方式相比，激光加工有着高效率、高精度、低能耗、材料变形小、易控制等优点，这些优点都与激光加工的“非接触加工”和“高能量密度”两个特性关系密切： 非接触加工：激光完全依靠激光与材料相互作用产生的热量来完成，整个过程中不存在加工刀具与材料相接触的情况，使得被加工材料不受到力的作用，残余应力比较小，由于光束的直径可控制到很小，因此精度也较高； 高能量密度：激光加工的功率密度可达107W/cm2以上，是火焰、电弧等加工方式功率密度的数千乃至数万倍；较高的功率密度意味着激光可以对加工对象上非常微小的区域进行加工，而不导致该微区域周围的材料受到影响，因此加工精度和加工效率都更高。两个特征，带来多点优势,多点优势高效率高精度低能耗变形小易控制,两个特征非接触加工高能量密度,激光打标机示意图,激光打标机：高能刻痕，快速、防伪 激光打标：是利用高能量的激光束照在工件表面上，使工件表面材料气化，露出深层物质，从而在工件表面刻出文字或图形。激光打标是非接触加工，打标速度快，运行成本低，无污染，适用于金属、玻璃、陶瓷、木材等多种材料。在打标的瞬间，光能迅速转化为热能，工件不会变形也不会产生应力，准确性非常高； 主要替代油墨喷码、化学腐蚀、电火花加工等技术：传统技术速度慢、效率低，而且存在污染，标志也不够清晰。激光打标技术产生之后，逐渐代替了传统的油墨打标等技术。其中嵌入式激光打标机具有集成度高、价格低、打标质量高等优点，是打标机技术发展的未来方向。,应用场景广泛,激光切割机示意图,激光切割机：刃若秋霜，快速、精密 激光切割：是将激光束聚焦成很小的光斑，在照射点处使材料瞬间达到汽化温度，形成孔洞，随着激光束与工件相对运动，达到切割材料的效果。 兼顾精度和效率：中高功率的激光切割机可以切割钢材等金属材料，低功率激光切割机可对木材、PCB、FPC、布料、玻璃等材料进行切割，甚至可以穿过透光物质对密闭空间内的材料进行精准切割，在汽车制造、3C制造等领域应用广泛。激光切割的切缝窄、切割速度快、热影响区小，切割面质量好、不会产生机械应力，是名副其实的优良加工技术。 激光切割主要替代水切割、气燃体切割、等离子切割、模冲切割、锯切割、线切割等。,应用场景广泛,PCB切割蓝宝石切割,金属切割皮革切割,激光焊接机示意图,激光焊接：高精高效，高端、昂贵 激光焊接：激光焊接采用高强度的激光束辐射金属表面，金属与激光相互作用后熔化产生焊接效果。 主要替代传统的气体保护电弧焊机、电阻焊机等：与这些传统的焊接设备相比，激光焊接设备的价格更加昂贵，初期投入成本更高，但激光焊接的性能更好、效率更高、焊缝更加致密细小。 下游应用前景广阔：激光焊接可应用于汽车、航空航天、造船、石化、电子仪表、医疗器械等行业，尤其在汽车制造领域，激光焊接的应用历史已有近40年。超快激光焊接为透明材料、轻薄合金的焊接带来了可能。,汽车车身焊接,应用场景广泛锂电池焊接,手持式激光焊接设备,手机电池焊接,激光清洗设备示意图,激光清洗：工业新宠，高效、环保 激光清洗：具有无研磨、非接触特点，不但可以用来清洗有机污染物，也可以用来清洗无机物，包括金属的锈蚀、金属微粒、灰尘等，应用功效包括：除锈、脱漆、去油污、文物修复、除胶、去涂层、去镀层等。 主要替代传统工业清洗的方法包括化学清洗、机械打磨、干冰清洗、超声波清洗等：与传统清洗方法相比，激光清洗采用非接触的方式，不会对工件产生损伤，清洁效率也大大提高，并且可控性非常好，无须耗材，不会产生污染。,激光清洗作业场景,卡尔蔡司Visumax全飞秒激光手术系统,激光眼科手术设备和美容设备：飞秒激光，安全、准确 飞秒激光眼科手术：近视患者的眼轴大于正常眼轴，使得在眼球调节松弛状态下，平行光线经眼的屈光系统折射后的焦点落在视网膜之前。飞秒激光手术可以去除眼轴维度上多余的肌肉，使眼轴距离恢复正常。 飞秒激光被用于近视手术，被誉为继波前像差技术之后“屈光手术的又一次革命”：具有准确性高、安全性高、稳定性高、手术时间短、舒适性高等优点，已经成为当前最主流的近视手术手段之一。 在美容方面，激光可用于去除色素和原生痣、去除纹身等，也可以用来改善肌肤的衰老情况。,激光医疗设备用于屈光矫正手术和美容,ASML-EUV光刻机示意图,光刻机：集成电路制造专用，高端装备塔顶明珠 集成电路制造过程中所使用的EUV光刻机，是高端制造的巅峰之作：芯片的加工过程对精度要求极高，光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩模，经物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，然后使用化学方法显影，得到刻在硅片上的电路图。越复杂的芯片，线路图的层数越多，就需要更精密的光刻机。 目前在该领域，荷兰的ASML公司几乎垄断了整个市场。 光刻机是附加价值极高的产品：长江存储于2018年购得ASML光刻机一台，总价约4.6亿人民币。,集成电路内部结构示意图,激光加工设备：2018年国内市场规模达605亿，超六成用于工业领域, 2018年我国激光加工设备销售规模达到,605亿元，同比增长约22.22%，未来成长动力依然充足。,500004500040000,中功率<2000W 光纤+YAG(台套)高功率2000W 光纤+CO2(台套),中国激光切割成套设备销量(台套),20%15%10%5%0%,50%45%40%35%30%25%,3002001000,800700600500400, 62.66%的激光设备用于工业领域。 2018年我国激光切割成套设备销量约35000台套，预计2019年将达到约44000台套。中国激光设备市场销售收入(亿元)中国激光设备市场销售收入(亿元)YoY(%)-右,379.262.66%,120.819.96%,39.66.54%,37.66.21%,284.63%,30%20%10%0%,70%60%50%40%,150100500,400350300250200,350003000025000200001500010000500002018年中国激光设备细分市场销售收入及占比2018年中国激光设备细分市场销售收入(亿元)占比(%)-右,激光加工设备：国内主要激光设备供应商, 大族激光是全球规模最大的激光设备供应商，2018年销售收入达110.29亿。, 相干、理波（万机仪器）、通快等国外企业可同时供应激光加工设备和激光器，将在后文激,光器环节予以列示介绍。另有一些设备公司，规模较小或并不以激光设备为主业，不再列示。,目录 Content,激光的概念、特性及发展历史,激光器：激光加工设备最核心的单元,激光加工设备：广泛替代传统加工方式,总结,激光器的零部件：进口替代仍有较大空间,激光器的基本结构示意图,Rofin生产的CO2激光器,Rofin生产的光纤激光器,激光器：激光装备的最核心单元 激光器是用来产生激光的部件，是激光设备中最核心的零部件： 激光器的价值在成套激光加工装备总价值的20%-40%，甚至更高； 泵浦、受激辐射等过程都在激光器中发生； 典型的激光器，由激光工作物质（发出能量）、泵浦源（提升能量）、光学谐振腔（传播能量）等部分组成。,激光器：四种常用的分类方式,激光器的分类方式, 激光器有多种分类方法，其中最常用的分类方法有四种：, 工作物质：可分为气体、固体、液体(染料)、半导体、准分子等；, 能量输出波形(工作方式)：可分为连续激光器、脉冲激光器、和准连续激光器，脉冲激光器,可进一步分为毫秒激光器、微秒激光器、纳秒机关器、皮秒激光器、飞秒激光器、阿秒激光器等；, 输出波长（颜色）：可分为X光激光器、紫外激光器、红外激光器、可见光激光器等； 功率大小：可分为低功率激光器（100w）、中功率激光器（100w-1500w）、高功率激光器,（1500w）。,激光器类型气体激光器,典型类型CO2激光器,激光波长约10.6um红外线,最大输出功率1-20kw,能量转换效率8%10%,特点单色性好，能量转换效率较高,液体激光器,若丹明6G染料激光器,紫外到红外,5%20%,输出波长连续可调、能,量转换功率较高，易制,备、便宜,固体激光器半导体激光器,YAG/红宝石激光器GaAs二极管激光器,可见光到近红外100nm1.65um,0.5-5kw0.5-20kw，二维阵列可到350kW,0.5%1%20%40%，实验室70%,输出功率较低，能量转换率低，单色性好。能量转换功率高，体积小，重量轻，结构简单，寿命长，单色性差。,光纤激光器,脉冲/连续光纤激光器,1.46um1.65um,0.5-20kw,30%-40%,小型化、集约化，高转,换效率，高能量输出高光束质量，无需光学准,直，维护少。,激光器：按照工作物质分类，可从外观上直接分辨出来 气体激光器：以气体为工作物质，常见的有CO2激光器、氦-氖激光器、氩离子激光器、氦-镉激光器、铜蒸汽激光器、各类准分子激光器等，其中尤以CO2激光器在工业中使用最多。 固体激光器：将具有能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体，并作为工作物质。常用的晶体包括红宝石、刚玉、铝石榴石(即常说的YAG)、钨酸钙、氟化钙、铝酸钇、铍酸镧，其中YAG是目前最常用的晶体。 液体激光器：使用工作物质是某些有机染料溶解在乙醇、甲醇或水等液体中形成的溶液。 半导体激光器：又称为激光二极管，使用的工作物质都是半导体物质，如砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。 光纤激光器：使用的工作物质是掺杂了稀土元素的玻璃光纤。激光器按照工作物质分类,激光器：按照工作物质分类，可从外观上直接分辨出来,CO2激光器示意图固体激光器示意图,半导体激光器示意图光纤激光器示意图,激光器：按照工作方式（脉冲宽度）分类，尺有所短寸有所长, 连续激光器：在工作时间内连续输出稳定能量波形，功率较高，能够加工体积大、熔点高的材料，如金属,板材等；, 脉冲激光器：以脉冲形式输出能量，根据脉冲宽度，脉冲激光器可进一步分为毫秒激光器、微秒激光器、,纳秒机关器、皮秒激光器、飞秒激光器、及阿秒激光器等；飞秒激光器、及阿秒激光器等，称作超快激光器。脉冲激光器的功率远低于连续激光器，但加工精度高于连续激光器，且一般情况下，脉宽越窄，加工精度越高；, 准连续激光器：介于连续激光器和脉冲激光器之间，可以在一定周期内重复输出比较高能量的激光。,激光器按照工作方式分类,激光器：2018年全球激光器销售137.6亿美元，约45%用于材料加工,全球工业激光器销售收入占全部激光器比例(%),材料加工与光刻, 45%,通信与光存储,28%,科研与军事,9%,仪器与传感器,7%医疗与美容,7%,娱乐、显示与打印, 4%,全球激光器主要下游应用占比(%),全球激光器销售收入(亿美元)及增速(%), 2018年全球激光器销售收入达到137.6亿,美元，同比增长5.28%; 工业激光器的占比逐渐提升，2018年全球工业激光器的销售额达50.6亿美元，占全部激光器的36.76%，该占比比2013年提升了约9个百分点； 全球约45%的激光器用于材料加工（包括光刻）。,25%20%15%10%5%0%,160140120100806040200,全球激光器销售收入(亿美元),YoY(%)-右,0%,5%,10%,30%25%20%15%,35%,40%,0,10,403020,50,60,全球工业激光器销售收入(亿美元)工业激光器占所有激光器的市场份额(%)-右,激光器：光纤激光器占比快速提升，中国占据约65%的市场,全球光纤激光器占工业激光器市场份额比重(%),51.4,48.6,0%,40%30%20%10%,50%,90%80%70%60%,100%,其他激光器占工业激光器市场份额比重(%),全球光纤激光器占工业激光器市场份额比重(%),中国, 64.90%,欧洲,15.20%,IPG, 49%,锐科,17.30%,创鑫, 8.90%,恩耐, 5.30%相干, 5.80%,杰普特, 3.10%,飞博, 2.30%,联品, 1.90%,海富光子,1.20%,其他, 5.20%,2018年全球光纤激光器主要厂商市占率(%),2018年全球光纤激光器市场区域分布(%)其他, 11.70%美国, 8.20%, 2018年全球光纤激光器销售收入约26亿美元，同比增长27.50%; 2018年光纤激光器占全球工业激光器的销售额的比例达51.4%，该比例比2013年提升了17.6个百分点；, 光纤激光器约65%的市场在中国； IPG仍是全球最大的光纤激光器制造商，国产品牌锐科位居第二。,激光器：快速进口替代，快速价格下降,国内各功率段光纤激光器价格走势(万元),160140120100806040200,180,500W,1000W,2000W,3000W,6000W,12000W,低功率光纤激光器(100w)国产化率(%),中功率光纤激光器(1500w)国产化率(%),高功率光纤激光器(>1500w)国产化率(%),120%100%80%60%40%20%0%,140000120000100000800006000040000200000,进口(台),国产(台),国产化率(%)-右,70%60%50%40%30%20%10%0%,20000180001600014000120001000080006000400020000,进口(台),国产(台),国产化率(%)-右,60%50%40%30%20%10%0%,450040003500300025002000150010005000,进口(台),国产(台),国产化率(%)-右,激光器：国内外主要的激光器供应商,目录 Content,激光的概念、特性及发展历史,激光器：激光加工设备最核心的单元,激光加工设备：广泛替代传统加工方式,总结,激光器的零部件：进口替代仍有较大空间,激光器的零部件： 作为高新技术产品的代表，激光器自身的零部件也存在较高的壁垒： 目前激光晶体、光学镜片、合束器、泵浦源等国产化程度已经比较高； 有源光纤、激光芯片国产化率仍有待提升。 国内激光器制造商越来越多的倾向于将核心零部件自制，这也是过去几年激光器价格大幅下降的重要原因之一。,有源光纤激光晶体,光栅隔离器,各种光学镜片合束器,激光芯片激光泵浦源,激光器的零部件：国内外的主要供应商, 长光华芯是我国激光芯片国产化的代表，已成功研发并量产多个规格的产品； 越来越多的激光器生产厂家倾向于自产有源光纤、泵浦源等零部件；, 国内仍有很多各类零部件供应商，尤其以光学部件占比最高，但普遍体量较小，故未列示在,内；, 此外华工科技在激光全产业链布局，在光模块、光芯片等环节均有积累。,目录 Content,激光的概念、特性及发展历史,激光器：激光加工设备最核心的单元,激光加工设备：广泛替代传统加工方式,总结,激光器的零部件：进口替代仍有较大空间,要点总结,（1）激光被誉为“最快的刀、最亮的光、最准的尺”。激光是20世纪四大发明之一，它拥有强度高、单色性好、相干性好、方向性好等特点，被称为“最快的刀、最亮的光、最准的尺”。激光产业链的上游包括激光晶体、光学镜片、各类激光器、数控系统等；中游设备环节包括激光切割机、激光焊接机、激光打标机、激光雕刻机、激光美容设备、照明设备等；经过多年的发展，各类激光设备已被广泛应用于材料加工、电子信息、航空航天、医疗、军事武器、通讯等众多下游行业。,（2）激光加工设备：性价比提升，广泛替代传统加工方式。激光加工设备与工业机器人类似，可在工业生产中替代众多传统的设备，如激光打标机替代油墨喷码机、激光切割机替代火焰切割设备、激光焊接机替代传统焊接设备等。一方面，随着工业自动化升级，工业生产对精度、效率、可靠性等方面提出更高的要求；另一方面，随着激光器等零部件的国产化，激光加工设备的性价比逐渐显现。2018年我国激光加工设备销售规模达到605亿元，同比增长约22.22%，未来成长动力依然充足。,（3）激光器：国产化率快速提升，价格逐年下降。激光器是用来产生激光的部件，是激光设备最核心的单元。2018年全球激光器销售收入达到137.6亿美元，同比增长5.28%。激光器环节三个重要的趋势是：（1）工业激光器的占比逐渐提升，2018年全球工业激光器的销售额达50.6亿美元，占全部激光器的36.76%，该比例比2013年提升了约9.06个百分点；（2）光纤激光器正在快速替代CO2激光器：2018年全球光纤激光器市场规模达26.3亿美元，同比增长27.50%，占全部工业激光器的51.4%，该比例比2013年提升了17.6个百分点；（3）价格快速下降：目前国内的中低功率光纤激光器已基本完成了进口替代，高功率光纤激光器也在快速国产化的过程中，价格逐年大幅下降。,（4）其他核心零部件：进口替代仍有较大空间。作为高新技术产品的代表，激光器自身的零部件也存在较高的壁垒。目前激光晶体、光学镜片、合束器等国产化程度已经比较高，有源光纤、激光芯片国产化率仍有待提升。,风险提示,（1）技术突破进度不及预期的风险：集成电路、面板制造等新兴产业对激光加工设备的要求极高，目前该部分市场主要被海外厂商垄断，有着广阔的进口替代的空间，国内企业仍处在追赶阶段，存在技术突破不及预期的风险；,（2）低端市场竞争激烈，毛利率大幅下滑：目前国内的低功率激光器和设备环节的竞争已比较激烈，产品同质化严重，若企业既无法在高功率领域有所突破，又无法紧跟优质客户的研发需求，则毛利率面临着下滑的风险；,（3）贸易战的影响：中美贸易战形势尚不明朗，高功率激光器作为激光加工设备的核心零部件，有可能被列入禁售、增税的名单当中。,