激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

来源:36Kr    关键词:激光器, 光纤激光器, 华工科技,    发布时间:2019-10-28

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由于激光加工本质是对传统加工的存量替代,高度竞争下市场不断向龙头集中,最终的市场集中度将从上游器件到下游设备依次递减。

一、技术:有望实现全产业链国产化

激光器产品趋势是向高功率光纤激光器和超快激光器方向进行研发突破。从产业周期来看,激光器行业将会经历两次价格摸底,一次是中低端激光器国产化完成后构成的底部,激光产业的2B工业应用开始爆发;第二次是高端激光器及上游器件实现国产化后,激光器价格将再次摸底,2C激光应用爆发。

1。1、产品分类:光纤激光器综合性能最优

根据激光器增益介质的不同,一般将激光器分为液体激光器、气体激光器和固体激光器几大类,其中半导体激光器、光纤激光器本质上都是一种固体激光器,而半导体激光器常被用作光纤激光器的泵浦源,由于半导体激光器和光纤激光器的应用较多而逐渐被分离出来成为单独的激光器大类。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

在现有的激光器类别中,光纤激光器的电光转换效率、输出功率、运行成本等指标均较优,综合性能突出,主要优势体现在:较之气体和固体激光器,光纤激光器的能量转换效率高、体积小、运行成本低、适合批量生产;较之半导体激光器,光纤激光器的单色性好,光纤耦合损耗小,调制时的畸变小,精准性更高。

1)电光转换效率高,光束质量好。光纤作为导波介质,纤芯直径小,纤内易形成高功率密度,可方便地与目前的光纤通信系统高效连接,构成的激光器具有高转换效率、低阈值、高增益、输出光束质量好和线宽窄等特点;

2)体积小,易集成,运行成本低。由于光纤具有极好的柔绕性,激光器可设计得结构更加紧凑,体积小,易于系统集成,性价比高;且使用过程中耗材少,冷却简单,耗电量低,运营成本有显著优势。在冷却方面,由于光纤激光器的效率高,因而对冷却的要求低,小功率光纤激光器只需要空气冷却即可。在耗材和备用件的使用上,由于光纤激光器采用了电信级单芯结泵浦源,因而节省了一些备用件(例如灯和半导体阵列)的使用,在激光器的使用寿命内节省了光学装置(如共振腔镜、晶体、液体、滤光片)和其他耗材的的调整或维护费用;

3)光纤激光器不断高功率化,适用范围和加工效率不断拓展。在激光切割领域,光纤激光切割机功率从主流的3kw、4kw向6kw突破,万瓦级以上的激光切割机也在不断推向市场,光纤激光器凭借切割效率更优、切割能耗更低等优势,不断取代CO2激光切割技术和传统的金属加工机床。光纤激光功率的提升不仅带来了板材切割厚度的提升(万瓦级激光切割机切割铝合金板材可达40mm,不锈钢板材可达50mm)不同材质的激光切割技术(如铜材料的激光切割)也在不断突破,推动激光切割的应用领域进一步扩大。而刚刚起步的激光焊接市场,未来则有可能打开比激光切割更大的市场空间,目前的技术方案仍是围绕光纤激光器为核心进行研发。

1。2、产业链:有能力实现国产化闭环

激光产业链从上游材料、器件——中游激光器——下游激光设备可分为三大环节:

1)上游为核心材料和器件,包括激光芯片、泵浦源、谐振腔、特种光纤等有源器件,合束器、隔离器等无源器件,晶体材料、半导体复合材料等介质材料等,除此之外还包括其他光学器件、电子元器件、机械元器件和激光控制系统;

2)中游为激光器,包括光纤激光器、半导体激光器和其他固体激光器等。国内激光器龙头公司包括锐科激光(光纤激光器)、创鑫激光(光纤激光器)、杰普特(光纤激光器)、华日激光(超快激光器);海外激光器龙头包括IPG(光纤激光器)、nlight(光纤激光器)等;

3)下游为提供不同工艺的激光设备,主要应用于激光切割、激光焊接、激光测量、激光显示、激光武器、激光美容医疗等领域。国内激光设备龙头公司包括大族激光(3C电子为主)、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)、巨星科技(激光雷达)、铂力特(激光3D打印)、光峰科技(激光显示)等;海外激光装备龙头包括德国通快(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)等。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

从产业经济性的角度来看,行业平均水平下激光器约占激光设备成本的30%-50%(采用高功率激光器的设备中占比更高),而材料和激光器件占激光器成本的60%-70%(低功率激光器中的占比更高),因此激光器是制约激光设备经济性的关键,而激光芯片、特殊光纤等激光器核心器件的价格走势则决定了激光器的经济性。

由于激光产业上游材料不具备稀缺资源属性,激光芯片等器件的技术门槛相较于半导体芯片较低,而中游激光器的技术核心集中在光学设计、工艺经验等集成能力,下游激光设备市场极为广阔且分散,因此国内的激光产业链未来有机会国产化闭环。目前激光产业链上游和中游的国产替代进程较快,中低端激光器件和激光器产品单价呈现明显的降价趋势:激光器件方面,2009-2017年IPG每瓦特的芯片成本下降了80%,年均降幅18%(数据来源:IPG官网);激光器方面,激光器单台价格每年降幅超过20%,带动激光装备价格逐年下降超过10%(数据来源:国金证券激光产业报告)。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

从产业发展周期来看,短中期内激光产业上游器件和中游激光器将完成中低端产品的国产替代过程,激光产业链整体定价将构成第一次底部,中低功率激光应用爆发,激光装备市场以TOB模式为主;长期来看,未来国内厂商在激光上游材料和核心激光器件取得突破后,激光产业链有望实现完全国产化,中游高功率激光器的成本大幅下降,带动下游设备降价,激光产业链将完成第二次价格探底,激光设备的TOC市场将全面打开。

二、市场:海外龙头份额下滑,国产龙头加速替代

全球激光器产业的快速发展依托于三个产业增长逻辑:

1)存量逻辑:激光加工取代传统加工。激光加工符合智能制造、柔性制造的工业升级需求,具有传统加工不可比拟的效率和性能优势。随着激光产业的国产化进程和产业定价的两次探底,激光方案的经济性将不断提高,在切割、焊接等加工领域的渗透率也将随之升高,激光器的下游需求仍在不断释放。

2)存量逻辑:国产替代进口。国内激光产业链配套不断完善,国内激光器企业为争取高附加值产品、增加盈利能力不断推动产品研发向高功率突破,目前在低功率市场已经完成进口替代,中功率产品处于加速替代过程中,高功率市场也已打开替代缺口。

3)增量逻辑:精密加工需求拓展应用场景。随着新技术、新产品的应用与广泛推广,锂电、新能源汽车、智能手机、LED、PCB、5G等新兴产业的加工环节也在升级,新材料和新工艺对于加工工艺的精度和效率要求是传统加工无法达到的,这是只能依靠激光加工来实现的一些增量市场。

激光因其优异的加工性能和广泛的适用性将成为智能制造、产业升级有力工具,行业极具成长性,国内激光企业同时享有技术升级、国产替代和行业成长红利,性价比、较低的人工成本和本土化服务优势为国内企业相较于外资厂商的主要竞争优势,但最终技术研发实力和技术迭代效率才是真正的竞争核心点。

2.1、市场趋势:加速向国产转移,加速向龙头集中

据中国科学院武汉文献情报中心统计,2012-2018年全球激光器市场规模从87.3亿美元以7.88%的复合增速增长到137.6亿美元,受全球宏观经济影响,2018年同比增速下滑至5.28%,根据LaserFocusworld预测,2019年全球激光器销售收入同比增速约为6%。

2018年国内激光器市场规模为83亿美元,占全球激光器市场总规模的一半以上,年复合增速超过16%,预计到2020年国内激光器市场规模将达到120亿美元。2016-2018年,中国激光器市场规模在全球市场中的占比分别为54%、57%、60%,预计2019年底将达到67%,激光器产业正在加速向中国集中。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

目前全球激光机行业正在朝着半导体激光器和光纤激光器的方向发展。以大功率半导体激光器为基础的直接半导体激光器和光纤激光器,不仅具备以往其他激光器的优势,而且还克服了其他激光器效率低、体积大等缺点。

目前在金属切割领域主要以光纤激光器为主,CO2激光器仍然有部分份额,此前在光纤激光器主要用于薄板切割,CO2激光器优势在于厚板,随着光纤激光器的价格下降、切割工艺的改良、高功率崛起,CO2激光器逐步被挤出金属切割领域。2013-2018年,全球光纤激光器的市场规模由8.41亿美元增加到24.5亿美元,年复合增长率为24.2%,2018年在全球激光器市场中占比约18%,预计未来5年光纤激光器的份额还会进一步提升。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

国内光纤激光器市场竞争异常激烈,产业加速向国产转移、向龙头集中的趋势不断加强。受到汇率波动、贸易战、国产化替代、价格战以及最大客户大族激光需求下降等因素影响,2018年IPG光子在中国区市场营收同比下降19%,市场份额2017年的52.7%降至50.3%。以锐科激光、创鑫激光为代表的中国激光器厂商在6kW以上的激光器市场持续参与竞争,IPG、锐科激光和创鑫激光合计占有国内80%以上的市场份额,也是全球市场中排名前三的激光器龙头公司。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

以IPG、锐科激光和创鑫激光三家公司为代表样本,2016和2017年三家合计收入增速分别为28%和64%;自2018Q3以来激光器行业进入下行周期,目前此下行周期已经持续三个季度,2019年Q1行业增速加速下滑至17%,且头部两大激光器企业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%。

IPG在6kw及以上超高功率市场依然垄断中国的份额,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。3个百分点;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12%,拟在科创板上市。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年下滑,而同期锐科激光依然保持以上的收入增速,公司份额优先战略得到有效执行。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

但从激光器国产替代的进程来看,1.5kw以下的激光器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。随着激光器降价,整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年持平。

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。

2.2、激光焊接与超快激光应用前景广阔

激光器下游应用广阔,其中加工、通信、医疗和国防是世界范围内激光技术的四个最主要的应用领域,其中激光加工所占比例最大,同时也发展最快,激光加工技术在工业领域应用的广泛程度,已经成为衡量一个国家工业水平高低的重要标志。随着全球产业升级和高功率光纤激光器技术的快速发展,激光设备将在加工领域快速取代传统设备。2018年激光加工占比从42%提升到45%,为占比最高的细分领域,约为61.6亿美元。激光通信占比从34%回落至28%,市场规模为38.2亿美元;科研与军工应用2018年收入增速高达12.7亿美元,增速达到38%。而我国国内市场因工业体量大,加工需求多,2018年激光设备市场(605亿元)为工业领域应用。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

从全球激光器的应用市场来看,随着全球产业升级和高功率光纤激光器技术的快速发展,在加工制造领域,激光设备快速取代传统设备,全球工业激光器收入从2013年的24.87亿美元增加至2018年的55亿美元,年复合增长率为14.8%。2015年以来,工业激光器市场规模增速逐步加快,2016-2018年三年的市场规模增长率分别为19%、26%、27%;工业领域激光器占全部激光器市场的份额从2012年的26.80%提升到2018年的45%,而光纤激光器占全球工业激光器销售额的44.5%。IPG预测,高功率切割焊接、医疗、遥感、非金属材料微加工将成为激光行业新的增长点。

1)高功率切割:

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。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:第一,宏观承压,第三方钣金加工厂接到的订单减少,第二替代需求不够刚性,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。

因此在激光切割领域,高功率激光器的效率和工艺优势更强,替换动力更大,随着每天20%以上幅度的降价,高功率激光切割与传统等离子切割和火焰切割机的价差逐年缩小,经济性要求不断接近市场大规模推广的标准。

2)激光焊接:

激光焊接的工作原理是通过激光产生高功率单一的光束,作用于金属表面,能够快速达到金属沸点并熔化,熔化后的金属冷却凝固后形成焊缝,从而实现焊接功能。与激光切割不同,焊接工艺具有非标属性,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备,主要用于替代人工和满足柔性制造特点,如手持焊方案。

目前激光焊接的技术方案仍不成熟(如手持焊中尚不能实现风冷而是需要水冷),而且经济性欠佳,主流客户集中在新能源动力电池和高端车企,如动力电池(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)、高档厨电领域应用。随着激光器价格的进一步下降和人工成本的上升,激光焊接的经济性会逐步得到体现,目前1-1。5kw功率段激光焊接替代传统的氩弧焊、电子焊已经开始具备经济性。

未来激光焊接未来的潜在空间甚至大于切割,因为传统工艺的切割效率要5倍于传统焊接工艺的效率,因此激光焊接的提效需求更为强烈。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。

3)非金属材料微加工:

高功率和超快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,广泛应用于消费电子、医疗美容、微机械制造等微加工领域。

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打标激等。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对传统加工替换需求。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材料的高端激光切割/钻孔设备、超高速贴附设备的大批量销售。除此之外,医疗美容也是超快激光器的重要应用,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统。

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年国产皮秒和飞秒超快激光器市场销售数量已达到850台,同比增速84。8%。

三、案例:对比IPG,锐科仍有市场与盈利上升空间

3.1、IPG:激光器全球龙头

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:

1)技术储备阶段(1961-1990年):创始人ValentinP.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;

2)资本原始积累阶段(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资本。2002年,电信行业资本开支下滑,公司投入所有资金进行垂直化整合,攻克高功率光纤激光器,开发出单发射泵二极管,力图摆脱对上游供应商的依赖;

3)资本垂直整合期(2006-2016年):上市后借助资本市场完成一系列并购整合,加大垂直整合力度;

4)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%。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

受欧洲和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%的市场欧洲和中国区市场从2018Q3开始下滑。2018Q3-2019Q1,欧洲区分别下滑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公司收入延续前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、欧洲、日本、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。收入下滑主要由毛利下降导致,2019Q1主要激光器企业毛利率出现大幅下滑,出货结构和降价较大有关。今年一季度主要激光器企业的毛利率下滑较多,IPG环比下滑7pct,锐科激光环比下滑10pct。

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下降,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品结构,以IPG为例阐述,IPG在2008年全球金融危机以来共经历了两次毛利率危机:

(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严重的价格战,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形成倒逼,迫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拓展产品结构: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)。在本轮毛利率危机中,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。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

在产品方面,IPG高功率连续激光器的销售额占总收入的57%,同比下降22%;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;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。

从IPG收入结构看,自从其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,2017年推出8kw和1万瓦,2018年推出1.5万瓦,2019年推出2万瓦,2019第一季度IPG万瓦以上产品收入增速为40%。

3。2、锐科激光:激光器国内龙头

锐科激光是由三名专家:闫大鹏、卢坤忠、李成组建的国产激光器龙头公司,大股东系航天科工集团,兼具技术驱动、市场导向和军工体系三大优秀基因,核心管理层股权激励到位,战略执行到位。

在财务表现方面,2014年-2018年,公司实现收入复合增速58%,净利润从1300万增长到4个亿,毛利率46%,净利率30%,ROE21.26%,2018年国内市占率达到17%(+5pct),2019Q1在竞争对手IPG收入下滑24%的情况下,逆势实现+24%的增长,市场份额进一步提升。

在产品方面,锐科激光的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。公司产品结构包括脉冲和连续型两种主流系列产品,目前已经在6kw以下层面实现批量替代,并在12kw层面实现小批量出货。公司陆续推出200w、300w、500w激光清洗设备,脉冲类产品受益激光清洗设备新应用拓展,成为2019年新的业绩增长点。目前锐科激光拟收购国神光电部分股权,向超快激光领域延伸布局。

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

激光器行业渐入成熟期,优势向国产龙头集中

参考IPG第一次毛利率危机的解决方案,锐科激光在2019年Q1的毛利率下滑仍有较大的回升空间,主要原因在于:

第一,锐科激光的中低功率器件基本实现自制,高功率器件依然依赖进口,随着上游高功率器件的国产化进程,锐科激光器仍有降本空间。在锐科激光目前的成本结构中,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),高功率泵浦源芯片依赖进口和高功率光栅等核心元器件依然依赖进口。

第二,锐科可以通过产业上下游的兼并重组进行产业整合,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)等产业链延伸布局。