目前,中國制造業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級(jí),電動(dòng)汽車、消費(fèi)電子高速發(fā)展,依托這一背景,激光加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁;同時(shí),受益于國產(chǎn)技術(shù)持續(xù)突破、應(yīng)用場(chǎng)景拓展以及對(duì)傳統(tǒng)加工工藝的替代,預(yù)計(jì)中高功率光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模在未來5年內(nèi)將持續(xù)增長(zhǎng)。其中,隨著這一市場(chǎng)的重新洗牌,本土生產(chǎn)企業(yè)將迎來發(fā)展機(jī)遇。
根據(jù)《2018中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示,2017年中國激光加工產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)439億人民幣,過去5年平均增速達(dá)到20.4%,同期,全球工業(yè)加工激光器產(chǎn)業(yè)也在經(jīng)濟(jì)大環(huán)境不振的情況下逆勢(shì)增長(zhǎng)(圖1)。
圖1:工業(yè)加工激光產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模 摘自《2018中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》
一.光纖激光器綜合表現(xiàn)較為突出
激光器是激光加工設(shè)備的核心器件,用于產(chǎn)生激光光源。一個(gè)典型的激光器由泵浦源、增益介質(zhì)和諧振腔組成;根據(jù)增益介質(zhì)的不同,可分為液體激光器、光纖激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器和氣體激光器。氣體和液體激光器于1960年代就開始應(yīng)用,光纖與半導(dǎo)體直接激光器在2000年才開始被使用。其中,半導(dǎo)體激光器的光電轉(zhuǎn)換效率盡管更高,但由于其光束質(zhì)量較差,目前多應(yīng)用于醫(yī)美和熔覆行業(yè)。
綜合來看,最終光纖激光器在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)比較突出,這是由于它的光電轉(zhuǎn)換效率顯著優(yōu)于其他類型激光器,且壽命長(zhǎng)、后期維護(hù)成本較低(表1),因此,雖然面世時(shí)間不長(zhǎng),但發(fā)展勢(shì)頭卻很迅猛,在越來越多的領(lǐng)域里得到應(yīng)用。
表1:光纖激光器具有明顯優(yōu)勢(shì) (數(shù)據(jù)來源:企業(yè)實(shí)踐訪談和華控行業(yè)研究部測(cè)算)
二.兩大良機(jī)促動(dòng)光纖激光器市場(chǎng)拓展
第一,新能源汽車電池焊接應(yīng)用,為中高功率光纖激光器創(chuàng)造出廣闊的發(fā)展空間。2012年國務(wù)院發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》,目標(biāo)到2015年,純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量力爭(zhēng)達(dá)到50萬輛;到2020年,純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車生產(chǎn)能力達(dá)200萬輛、累計(jì)產(chǎn)銷量超過500萬輛。
2017年4月,工信部、發(fā)改委和科技部聯(lián)合印發(fā)《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》,明確了到2020年我國新能源汽車年產(chǎn)量將達(dá)到200萬輛,以及到2025年新能源汽車銷量占總銷量的比例達(dá)到20%以上的發(fā)展目標(biāo),這意味著到2025年,我國新能源汽車的產(chǎn)量將超過700萬輛。
在政策的大力推動(dòng)下,作為新能源汽車核心部件的動(dòng)力電池,預(yù)計(jì)到2020年的市場(chǎng)需求量可達(dá)361Gwh,相比2016年69Gwh的需求量,4年CAGR可達(dá)51%,并有望持續(xù)快速增長(zhǎng)至2025年。在動(dòng)力電池尤其是鋰電池的生產(chǎn)過程中,電芯中段的極耳焊接、封口焊接以及PACK工藝的正負(fù)極焊接,均需使用500~6000瓦光纖激光器。
根據(jù)測(cè)算,1Gwh動(dòng)力電池生產(chǎn)線對(duì)應(yīng)激光設(shè)備投資6000~7000萬元人民幣,折合光纖激光器約2000萬元。據(jù)此計(jì)算,到2020年,應(yīng)用于動(dòng)力電池加工用光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模將超過70億元人民幣。由此可見,這一新興應(yīng)用,將為中高功率光纖激光器生產(chǎn)廠商帶來風(fēng)口機(jī)會(huì),創(chuàng)造出廣闊的發(fā)展空間。
第二,光纖激光器助推傳統(tǒng)鈑金切割和焊接領(lǐng)域升級(jí)發(fā)展,國產(chǎn)化程度提高,解決用戶痛點(diǎn),預(yù)計(jì)將釋放出近900億級(jí)市場(chǎng)空間。隨著制造業(yè)升級(jí),在鈑金、五金等傳統(tǒng)制造領(lǐng)域,下游客戶對(duì)加工精細(xì)度和加工效率的要求不斷提高。光纖激光器相對(duì)YAG固體激光器,擁有光電轉(zhuǎn)換效率高、壽命長(zhǎng)、后期維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)(前文已介紹),針對(duì)沖床切割和電阻電弧焊,光纖激光器能夠加工更厚的板材,且加工形變小、速度更快,具有相當(dāng)強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)(表2)。
表2:激光加工相比傳統(tǒng)沖床切割和電阻電弧焊的優(yōu)勢(shì)
(數(shù)據(jù)來源:企業(yè)實(shí)踐訪談和華控行業(yè)研究部測(cè)算)
目前市場(chǎng)上普遍采用IPG等國外廠商的激光器,價(jià)格高,且國外廠商的激光器一旦出現(xiàn)問題,必須運(yùn)回本國進(jìn)行維修和保養(yǎng),極大影響客戶的正常生產(chǎn)運(yùn)營。這一狀況將隨著中高功率光纖激光器國產(chǎn)化程度的提高而明顯改善,激光器價(jià)格預(yù)計(jì)將降低20%~40%(圖5),且國內(nèi)廠商的技術(shù)服務(wù)更加快速有效,在一定程度上解決了用戶的使用痛點(diǎn),非常利于中高功率光纖激光器進(jìn)一步普及,預(yù)計(jì)可釋放市場(chǎng)空間近900億。
圖2:
中功率光纖激光器進(jìn)口和國產(chǎn)銷量 摘自《2018中國激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》
三.重新洗牌,國產(chǎn)光纖激光器迎來發(fā)展機(jī)遇
隨著政策的鼓勵(lì)和大力支持,隨著關(guān)鍵元器件的技術(shù)突破和創(chuàng)新,未來5~10年高功率光纖激光器市場(chǎng)面臨重新洗牌,發(fā)展制勝的良機(jī)也隨之增多。2016年國務(wù)院和科技部出臺(tái)的《國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃》、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》和《2017年度增材制造重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目》明確指出:“加快研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大功率光纖激光器”和“開發(fā)研究大功率光纖激光關(guān)鍵器件、關(guān)鍵技術(shù);發(fā)展工業(yè)化大功率光纖激光器系統(tǒng)集成和模塊化組裝技術(shù)”。
目前,國產(chǎn)高功率光纖激光器(1.5kW以上)的市場(chǎng)占有率依然較低,在船舶、重型機(jī)械、汽車、增材制造領(lǐng)域,依然以IPG、通快等進(jìn)口廠商為主導(dǎo)。由于高功率光纖激光器加工速度快、精度高、綜合成本低,歐美汽車制造公司已經(jīng)普及激光的應(yīng)用。伴隨著輕量化的需求,未來汽車制造將采用高強(qiáng)度材料,激光加工的優(yōu)勢(shì)更加明顯,預(yù)計(jì)該市場(chǎng)空間將超100億。
此外,激光清洗、激光熔覆、金屬3D打印也在拓展高功率光纖激光器的應(yīng)用場(chǎng)景。在需求和政策的雙重動(dòng)力驅(qū)使下,目前國內(nèi)企業(yè)在高功率光纖激光器核心器件、激光器封裝和設(shè)備方面均出現(xiàn)突破和創(chuàng)新,一些廠商已經(jīng)推出具有代表性的產(chǎn)品:
1)在半導(dǎo)體泵浦源方面,華芯光電、北京凱普林、西安炬光、武漢銳科、大族天成已形成規(guī)?;?;
2)武漢睿芯、中電23所、46所、長(zhǎng)飛光纖光纜已具有增益光纖的研發(fā)和生產(chǎn)能力;
3)上海光機(jī)所、長(zhǎng)飛光纖光纜、聚科光電等企事業(yè)單位具有雙包層光纖光柵生產(chǎn)能力;
4)武漢銳科、深圳創(chuàng)鑫、山東海富和上海飛博也在2013~2016年相繼推出1.5kW以上單模和高達(dá)萬瓦多模連續(xù)光纖激光器。
相信在未來5~10年內(nèi),隨著光纖激光器相關(guān)產(chǎn)品和設(shè)備的研發(fā)和推出,隨著各相關(guān)產(chǎn)業(yè)需求的不斷涌現(xiàn),中高功率光纖激光器市場(chǎng)將重新洗牌,國產(chǎn)中高功率光纖激光器將迎來深入發(fā)展的利好機(jī)遇,有望成為行業(yè)新引擎,驅(qū)動(dòng)著相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步拓展。
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