激光器行業漸入成熟期,優勢向國產龍頭集中

來源:本翼資本    關鍵詞:激光器, 激光設備, IPG, 銳科激光, 創鑫激光,    發布時間:2019-11-01

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由于激光加工本質是對傳統加工的存量替代,高度競爭下市場不斷向龍頭集中,最終的市場集中度將從上游器件到下游設備依次遞減。
一、技術:有望實現全產業鏈國產化
激光器產品趨勢是向高功率光纖激光器和超快激光器方向進行研發突破。從產業周期來看,激光器行業將會經歷兩次價格摸底,一次是中低端激光器國產化完成后構成的底部,激光產業的2B工業應用開始爆發;第二次是高端激光器及上游器件實現國產化后,激光器價格將再次摸底,2C激光應用爆發。

1.1、產品分類:光纖激光器綜合性能最優
根據激光器增益介質的不同,一般將激光器分為液體激光器、氣體激光器和固體激光器幾大類,其中半導體激光器、光纖激光器本質上都是一種固體激光器,而半導體激光器常被用作光纖激光器的泵浦源,由于半導體激光器和光纖激光器的應用較多而逐漸被分離出來成為單獨的激光器大類。



在現有的激光器類別中,光纖激光器的電光轉換效率、輸出功率、運行成本等指標均較優,綜合性能突出,主要優勢體現在:較之氣體和固體激光器,光纖激光器的能量轉換效率高、體積小、運行成本低、適合批量生產;較之半導體激光器,光纖激光器的單色性好,光纖耦合損耗小,調制時的畸變小,精準性更高。


1)電光轉換效率高,光束質量好。光纖作為導波介質,纖芯直徑小,纖內易形成高功率密度,可方便地與目前的光纖通信系統高效連接,構成的激光器具有高轉換效率、低閾值、高增益、輸出光束質量好和線寬窄等特點;

2)體積小,易集成,運行成本低。由于光纖具有極好的柔繞性,激光器可設計得結構更加緊湊,體積小,易于系統集成,性價比高;且使用過程中耗材少,冷卻簡單,耗電量低,運營成本有顯著優勢。在冷卻方面,由于光纖激光器的效率高,因而對冷卻的要求低,小功率光纖激光器只需要空氣冷卻即可。在耗材和備用件的使用上,由于光纖激光器采用了電信級單芯結泵浦源,因而節省了一些備用件(例如燈和半導體陣列)的使用,在激光器的使用壽命內節省了光學裝置(如共振腔鏡、晶體、液體、濾光片)和其他耗材的的調整或維護費用;

3)光纖激光器不斷高功率化,適用范圍和加工效率不斷拓展。在激光切割領域,光纖激光切割機功率從主流的3kw、4kw向6kw突破,萬瓦級以上的激光切割機也在不斷推向市場,光纖激光器憑借切割效率更優、切割能耗更低等優勢,不斷取代CO2激光切割技術和傳統的金屬加工機床。光纖激光功率的提升不僅帶來了板材切割厚度的提升(萬瓦級激光切割機切割鋁合金板材可達40mm,不銹鋼板材可達50mm)不同材質的激光切割技術(如銅材料的激光切割)也在不斷突破,推動激光切割的應用領域進一步擴大。而剛剛起步的激光焊接市場,未來則有可能打開比激光切割更大的市場空間,目前的技術方案仍是圍繞光纖激光器為核心進行研發。

1.2、產業鏈:有能力實現國產化閉環
激光產業鏈從上游材料、器件——中游激光器——下游激光設備可分為三大環節:

1)上游為核心材料和器件,包括激光芯片、泵浦源、諧振腔、特種光纖等有源器件,合束器、隔離器等無源器件,晶體材料、半導體復合材料等介質材料等,除此之外還包括其他光學器件、電子元器件、機械元器件和激光控制系統;

2)中游為激光器,包括光纖激光器、半導體激光器和其他固體激光器等。國內激光器龍頭公司包括銳科激光(光纖激光器)、創鑫激光(光纖激光器)、杰普特(光纖激光器)、華日激光(超快激光器);海外激光器龍頭包括IPG(光纖激光器)、nlight(光纖激光器)等;

3)下游為提供不同工藝的激光設備,主要應用于激光切割、激光焊接、激光測量、激光顯示、激光武器、激光美容醫療等領域。國內激光設備龍頭公司包括大族激光(3C電子為主)、華工科技(切割焊接)、亞威股份(切割焊接)、帝爾激光(光伏激光開槽)、巨星科技(激光雷達)、鉑力特(激光3D打印)、光峰科技(激光顯示)等;海外激光裝備龍頭包括德國通快(激光裝備)、Amada(激光裝備)、瑞士百超(激光裝備)、Velodyne(激光雷達)、ASML(激光裝備)等。



從產業發展周期來看,短中期內激光產業上游器件和中游激光器將完成中低端產品的國產替代過程,激光產業鏈整體定價將構成第一次底部,中低功率激光應用爆發,激光裝備市場以TOB模式為主;長期來看,未來國內廠商在激光上游材料和核心激光器件取得突破后,激光產業鏈有望實現完全國產化,中游高功率激光器的成本大幅下降,帶動下游設備降價,激光產業鏈將完成第二次價格探底,激光設備的TOC市場將全面打開。

二、市場:海外龍頭份額下滑,國產龍頭加速替代
全球激光器產業的快速發展依托于三個產業增長邏輯:

1)存量邏輯:激光加工取代傳統加工。激光加工符合智能制造、柔性制造的工業升級需求,具有傳統加工不可比擬的效率和性能優勢。隨著激光產業的國產化進程和產業定價的兩次探底,激光方案的經濟性將不斷提高,在切割、焊接等加工領域的滲透率也將隨之升高,激光器的下游需求仍在不斷釋放。

2)存量邏輯:國產替代進口。國內激光產業鏈配套不斷完善,國內激光器企業為爭取高附加值產品、增加盈利能力不斷推動產品研發向高功率突破,目前在低功率市場已經完成進口替代,中功率產品處于加速替代過程中,高功率市場也已打開替代缺口。

3)增量邏輯:精密加工需求拓展應用場景。隨著新技術、新產品的應用與廣泛推廣,鋰電、新能源汽車、智能手機、LED、PCB、5G等新興產業的加工環節也在升級,新材料和新工藝對于加工工藝的精度和效率要求是傳統加工無法達到的,這是只能依靠激光加工來實現的一些增量市場。

激光因其優異的加工性能和廣泛的適用性將成為智能制造、產業升級有力工具,行業極具成長性,國內激光企業同時享有技術升級、國產替代和行業成長紅利,性價比、較低的人工成本和本土化服務優勢為國內企業相較于外資廠商的主要競爭優勢,但最終技術研發實力和技術迭代效率才是真正的競爭核心點。

2.1、市場趨勢:加速向國產轉移,加速向龍頭集中
據中國科學院武漢文獻情報中心統計,2012-2018年全球激光器市場規模從87.3億美元以7.88%的復合增速增長到137.6億美元,受全球宏觀經濟影響,2018年同比增速下滑至5.28%,根據LaserFocusworld預測,2019年全球激光器銷售收入同比增速約為6%。

2018年國內激光器市場規模為83億美元,占全球激光器市場總規模的一半以上,年復合增速超過16%,預計到2020年國內激光器市場規模將達到120億美元。2016-2018年,中國激光器市場規模在全球市場中的占比分別為54%、57%、60%,預計2019年底將達到67%,激光器產業正在加速向中國集中。



目前全球激光機行業正在朝著半導體激光器和光纖激光器的方向發展。以大功率半導體激光器為基礎的直接半導體激光器和光纖激光器,不僅具備以往其他激光器的優勢,而且還克服了其他激光器效率低、體積大等缺點。

目前在金屬切割領域主要以光纖激光器為主,CO2激光器仍然有部分份額,此前在光纖激光器主要用于薄板切割,CO2激光器優勢在于厚板,隨著光纖激光器的價格下降、切割工藝的改良、高功率崛起,CO2激光器逐步被擠出金屬切割領域。2013-2018年,全球光纖激光器的市場規模由8.41億美元增加到24.5億美元,年復合增長率為24.2%,2018年在全球激光器市場中占比約18%,預計未來5年光纖激光器的份額還會進一步提升。


激光器行業漸入成熟期,優勢向國產龍頭集中國內光纖激光器市場競爭異常激烈,產業加速向國產轉移、向龍頭集中的趨勢不斷加強。受到匯率波動、貿易戰、國產化替代、價格戰以及最大客戶大族激光需求下降等因素影響,2018年IPG光子在中國區市場營收同比下降19%,市場份額2017年的52.7%降至50.3%。以銳科激光、創鑫激光為代表的中國激光器廠商在6kW以上的激光器市場持續參與競爭,IPG、銳科激光和創鑫激光合計占有國內80%以上的市場份額,也是全球市場中排名前三的激光器龍頭公司。

激光器行業漸入成熟期,優勢向國產龍頭集中


以IPG、銳科激光和創鑫激光三家公司為代表樣本,2016和2017年三家合計收入增速分別為28%和64%;自2018Q3以來激光器行業進入下行周期,目前此下行周期已經持續三個季度,2019年Q1行業增速加速下滑至17%,且頭部兩大激光器企業IPG和銳科激光增速出現分化,IPG和銳科激光2019Q1收入增速分別為-24%和24%。

IPG在6kw及以上超高功率市場依然壟斷中國的份額,2017年和2018年市占率分別為52%和51%;銳科激光正在3kw和6kw功率段快速替代IPG的份額,12kw完成小批量交貨,20kw完成驗收,2018年市占率18%,提高5.3個百分點;創鑫激光銷量結構以脈沖激光器和2kw以上光纖激光器為主,2018年市占率12%,擬在科創板上市。從2018單個季度收入增速看,銳科激光收入增速明顯高于IPG中國區的收入增速,IPG連續三個季度在中國區的增速下滑,2019年下滑,而同期銳科激光依然保持以上的收入增速,公司份額優先戰略得到有效執行。
激光器行業漸入成熟期,優勢向國產龍頭集中

但從激光器國產替代的進程來看,1.5kw以下的激光器基本上已經完成進口替代,1.5kw以上仍具備進口替代空間,尤其是6kw以上功率段,海外進口激光器占比仍然超過90%的份額。隨著激光器降價,整個需求功率結構仍然具備進一步升級的空間。

1)100w以下:基本實現進口替代,過去兩年國產銷量端保持30%以上的增長,預計2019年國產實現銷量12.5萬臺,同比增長13.6%,較2018年增速放緩。

2)介于100w和1.5kw:2018年國產化率51%,過去兩年國產銷量端增速分別為33%和25%,預計2019年國產實現銷量15.5萬臺,同比增長24%,與2018年持平。

3)1.5kw以上:2018年國產化率34%,預計今年國產化率將達到55%。過去兩年國產銷量端增速分別為316%和100%,預計2019年國產銷量達到4000臺,同比翻倍。1.5kw以上國產化率提升得益于銳科激光和創鑫激光3kw和6kw高功率激光器成熟對IPG進口替代。

2.2、激光焊接與超快激光應用前景廣闊
激光器下游應用廣闊,其中加工、通信、醫療和國防是世界范圍內激光技術的四個最主要的應用領域,其中激光加工所占比例最大,同時也發展最快,激光加工技術在工業領域應用的廣泛程度,已經成為衡量一個國家工業水平高低的重要標志。隨著全球產業升級和高功率光纖激光器技術的快速發展,激光設備將在加工領域快速取代傳統設備。2018年激光加工占比從42%提升到45%,為占比最高的細分領域,約為61.6億美元。激光通信占比從34%回落至28%,市場規模為38.2億美元;科研與軍工應用2018年收入增速高達12.7億美元,增速達到38%。而我國國內市場因工業體量大,加工需求多,2018年激光設備市場(605億元)為工業領域應用。
激光器行業漸入成熟期,優勢向國產龍頭集中

從全球激光器的應用市場來看,隨著全球產業升級和高功率光纖激光器技術的快速發展,在加工制造領域,激光設備快速取代傳統設備,全球工業激光器收入從2013年的24.87億美元增加至2018年的55億美元,年復合增長率為14.8%。2015年以來,工業激光器市場規模增速逐步加快,2016-2018年三年的市場規模增長率分別為19%、26%、27%;工業領域激光器占全部激光器市場的份額從2012年的26.80%提升到2018年的45%,而光纖激光器占全球工業激光器銷售額的44.5%。IPG預測,高功率切割焊接、醫療、遙感、非金屬材料微加工將成為激光行業新的增長點。

1)高功率切割:

激光切割替代傳統工藝本質取決于新老產品的投資回收周期。激光切割機在2017年高景氣時,投資回收周期在2年以內,而在2018年下半年景氣回落階段,投資回收周期超過3年甚至更長,原因在于:第一,宏觀承壓,第三方鈑金加工廠接到的訂單減少,第二替代需求不夠剛性,終端用戶使用原先的舊工藝設備依然能夠維持生計,替代需求減弱。

因此在激光切割領域,高功率激光器的效率和工藝優勢更強,替換動力更大,隨著每天20%以上幅度的降價,高功率激光切割與傳統等離子切割和火焰切割機的價差逐年縮小,經濟性要求不斷接近市場大規模推廣的標準。

2)激光焊接:

激光焊接的工作原理是通過激光產生高功率單一的光束,作用于金屬表面,能夠快速達到金屬沸點并熔化,熔化后的金屬冷卻凝固后形成焊縫,從而實現焊接功能。與激光切割不同,焊接工藝具有非標屬性,需要針對不同應用場景進行定制化的設計,并配套機械手等其他設備,主要用于替代人工和滿足柔性制造特點,如手持焊方案。

目前激光焊接的技術方案仍不成熟(如手持焊中尚不能實現風冷而是需要水冷),而且經濟性欠佳,主流客戶集中在新能源動力電池和高端車企,如動力電池(電芯和模組段激光焊接)、高端車企(白車身、底盤、個別零部件等)、高檔廚電領域應用。隨著激光器價格的進一步下降和人工成本的上升,激光焊接的經濟性會逐步得到體現,目前1-1.5kw功率段激光焊接替代傳統的氬弧焊、電子焊已經開始具備經濟性。

未來激光焊接未來的潛在空間甚至大于切割,因為傳統工藝的切割效率要5倍于傳統焊接工藝的效率,因此激光焊接的提效需求更為強烈。中國作為全球制造中心集結了全球最多的切割和焊接基礎工藝設備場景,且焊接設備非標屬性決定焊接不會像切割一樣,很快陷入價格戰的紅海之中,對激光裝備和激光器公司的毛利率會有一定的支撐。

3)非金屬材料微加工:

高功率和超快是激光裝備行業的兩個主要發展方向。脈沖寬度在10-12s和10-15s內的激光器屬于超快激光器,主要包括飛秒和皮秒激光器,其激光設備的核心優勢在于對材料本身熱影響小,廣泛應用于消費電子、醫療美容、微機械制造等微加工領域。

超快激光裝備主要受益于手機等消費電子增長。超快激光在手機上的應用包括logo打標、微部件直接成型、激光開孔、FPC切割(5G電路板)、PCB打標激等。超快激光器市場增長主要受益于消費電子工藝創新(含5G)帶來的增量需求以及對傳統加工替換需求。根據大族激光2018年年報,公司針對5G天線應用場景,實現了用于LCP材料的高端激光切割/鉆孔設備、超高速貼附設備的大批量銷售。除此之外,醫療美容也是超快激光器的重要應用,包括眼科屈光手術、美容方面的祛除紋身、祛皺、塑性、前列腺手術、脫毛以及牙科領域,市場規模超百億元。目前激光醫療美容領域的應用仍以進口裝備為主。醫療美容使用的激光器為1-150瓦的連續波以及二極管激光系統。

據OFweek研究中心數據顯示,2016年全球超快脈沖激光器產值為8億美金,預計行業保持15%的復合增速,到2020年將達到14-15億美金。參考光纖激光器,假設中國超快激光器占全球的一半,到2020年,國內超快激光器市場規模將達到50億人民幣左右。目前國內超快激光器市場規模超過20億元,未來2年復合增速有望超過30%。據《2019中國激光產業發展報告》,我國2018年國產皮秒和飛秒超快激光器市場銷售數量已達到850臺,同比增速84.8%。

三、案例:對比IPG,銳科仍有市場與盈利上升空間
3.1、IPG:激光器全球龍頭
IPG是全球光纖激光器龍頭。公司將光纖激光器技術從實驗室帶向產業界,依靠包層側面泵浦技術與分布式目前壟斷了全球60%以上的光纖激光器市場份額。公司發展經歷了以下四大階段:

1)技術儲備階段(1961-1990年):創始人ValentinP.Gapontsev是第一個將光纖激光器從實驗室帶向產業化階段的發明家;

2)資本原始積累階段(1990-2002年):IPG以制造和銷售定制型玻璃與晶體激光器、高溫用無線溫度計以及激光器部件起家,并在電信行業積累了一定的資本。2002年,電信行業資本開支下滑,公司投入所有資金進行垂直化整合,攻克高功率光纖激光器,開發出單發射泵二極管,力圖擺脫對上游供應商的依賴;

3)資本垂直整合期(2006-2016年):上市后借助資本市場完成一系列并購整合,加大垂直整合力度;

4)超高功率產品快速放量期(2016-現在):2016年以來陸續向市場推出具備經濟性的6kw、8kw、12kw等超高功率光纖激光器,過去八年IPG公司收入從1.86億美元增長到14.09億美元,復合增長率達到29%。

激光器行業漸入成熟期,優勢向國產龍頭集中

受歐洲和中國主要經濟體經濟承壓影響,公司收入端從2018Q3開始惡化。公司2018年收入14.6億美元,其中占71%的市場歐洲和中國區市場從2018Q3開始下滑。2018Q3-2019Q1,歐洲區分別下滑25%、-12%、-24%;中國區分別下滑-9%、-19%、-24%。其中IPG在中國收入6.29億美金(+1%),市占率49%。2019Q1公司收入延續前兩個季度的下滑趨勢,毛利率下滑8個pct。實現收入21億元(-12%,收入下滑來自于金屬切割和3D打印業務),凈利潤3.71億元(-48.13%)。

分區域看,中國、歐洲、日本、美國銷量分別-24%、-24%、-20%,+65%,預估2018年IPG6kw以上中國區市場收入在17億元左右。收入下滑主要由毛利下降導致,2019Q1主要激光器企業毛利率出現大幅下滑,出貨結構和降價較大有關。今年一季度主要激光器企業的毛利率下滑較多,IPG環比下滑7pct,銳科激光環比下滑10pct。

激光器公司整體毛利率維持穩定需要從幾個方面進行對沖:一是激光器原材料端成本的下降,二是整體需求結構往更高功率進行結構性升級,高功率高毛利率產品在整體出貨量中的占比提升;三是開拓新的應用場景,上述機制決定了激光器毛利率下滑后可否重回上升通道:取決于原材料成本結構與產品結構,以IPG為例闡述,IPG在2008年全球金融危機以來共經歷了兩次毛利率危機:

(1)第一次危機:受2008年全球金融危機帶來的宏觀需求疲軟,IPG光纖激光器與主流的二氧化碳激光器之間陷入嚴重的價格戰,2009年IPG毛利率下滑12pct至35%,凈利率下滑13.95pct至2%。價格戰對毛利率的壓制對IPG形成倒逼,迫使其通過以下五個方面:2009年報披露:①提升份額;②拓展新應用:如切割高強度鋼合金和汽車高速焊接;③拓展產品結構:從2009年開始,公司開始銷售高功率耦合器,光束開關和特種光纖,高功率封裝二極管,長脈沖高峰值功率光纖激光器和脈沖綠光纖激光器;④優化制造工藝;⑤加大全球化布局。經過五大舉措,2010年以后,公司重返50%以上的毛利率,并維持了9年的時間。

(2)第二次危機:受本輪全球經濟疲軟影響,尤其是中國區以銳科激光和創鑫激光為代表的國產激光器廠商進口替代進程加快,在2kw及以上功率段的價格戰,IPG毛利率再次進入下跌。2019Q1毛利率下滑至47.27%(-7pct)。在本輪毛利率危機中,IPG已完成全產業鏈的布局,進一步對沖毛利率的手段相對有限。
激光器行業漸入成熟期,優勢向國產龍頭集中

在產品方面,IPG高功率連續激光器的銷售額占總收入的57%,同比下降22%;6千瓦及以上的高功率光纖激光器占高功率連續激光器銷量的50%(去年為30%);萬瓦及以上的高功率連續激光器銷量同比增長40%。據此估算,IPG1kw以上高功率57億元,6kw以上28.5億元,假設中國區占比60%,為17.1億元;2018年銳科激光6kw及以上預計收入為1億元左右,市占率不到6%,仍有較大替代空間。

從IPG收入結構看,自從其6kw產品在2016年下半年推出后,目前6kw及以上功率段整體收入占比已經超過30%,該部分市場收入超過30億元。繼6kw推出后,2017年推出8kw和1萬瓦,2018年推出1.5萬瓦,2019年推出2萬瓦,2019第一季度IPG萬瓦以上產品收入增速為40%。

3.2、銳科激光:激光器國內龍頭
銳科激光是由三名專家:閆大鵬、盧坤忠、李成組建的國產激光器龍頭公司,大股東系航天科工集團,兼具技術驅動、市場導向和軍工體系三大優秀基因,核心管理層股權激勵到位,戰略執行到位。

在財務表現方面,2014年-2018年,公司實現收入復合增速58%,凈利潤從1300萬增長到4個億,毛利率46%,凈利率30%,ROE21.26%,2018年國內市占率達到17%(+5pct),2019Q1在競爭對手IPG收入下滑24%的情況下,逆勢實現+24%的增長,市場份額進一步提升。

在產品方面,銳科激光的3kw產品已經基本成熟,2018年6kw和12kw高功率產品開始批量供貨。公司產品結構包括脈沖和連續型兩種主流系列產品,目前已經在6kw以下層面實現批量替代,并在12kw層面實現小批量出貨。公司陸續推出200w、300w、500w激光清洗設備,脈沖類產品受益激光清洗設備新應用拓展,成為2019年新的業績增長點。目前銳科激光擬收購國神光電部分股權,向超快激光領域延伸布局。

激光器行業漸入成熟期,優勢向國產龍頭集中

激光器行業漸入成熟期,優勢向國產龍頭集中

參考IPG第一次毛利率危機的解決方案,銳科激光在2019年Q1的毛利率下滑仍有較大的回升空間,主要原因在于:

第一,銳科激光的中低功率器件基本實現自制,高功率器件依然依賴進口,隨著上游高功率器件的國產化進程,銳科激光器仍有降本空間。在銳科激光目前的成本結構中,特種光纖自產率40%左右(2018年子公司睿芯光纖營業收入9524萬元),高功率泵浦源芯片依賴進口和高功率光柵等核心元器件依然依賴進口。

第二,銳科可以通過產業上下游的兼并重組進行產業整合,目前銳科激光的產品線仍然以激光器為主,未來有望向激光器件(睿芯光纖的特種光纖)、激光設備(與現有客戶非重疊的業務,如激光清洗設備)等產業鏈延伸布局。

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