（報(bào)告出品方/作者：東北證券，劉軍）
1. 從科學(xué)設(shè)想到星火燎原：激光的前世今生
1917 年，愛因斯坦從理論上指出，當(dāng)光與物質(zhì)相互作用時(shí)，除了吸收和自發(fā)輻射之 外，還存在第三種過(guò)程——受激輻射，不過(guò)愛因斯坦并沒有想到利用受激輻射來(lái)實(shí) 現(xiàn)光的放大，因此在愛因斯坦提出受激輻射理論后的許多年內(nèi)，這個(gè)理論并沒有太 多運(yùn)用。1954 年，基于受激輻射理論，美國(guó)科學(xué)家湯斯發(fā)明了微波激射器（Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation，MASER），MASER 可以產(chǎn)生放大 的微波束，但一方面由于 MASER 產(chǎn)生的微波束不夠穩(wěn)定，另一方面受限于微波自 身的性質(zhì)，使得 MASER 至今僅在天文領(lǐng)域得到少量應(yīng)用。1960 年，美國(guó)科學(xué)家梅 曼利用一個(gè)高強(qiáng)的螺旋形閃光燈管作為泵浦源，紅寶石作為增益介質(zhì)，并通過(guò)在紅 寶石兩側(cè)鍍銀及一側(cè)開孔，使其內(nèi)部產(chǎn)生諧振腔，首次制成了光波激射器（（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，LASER）），LASER 能夠發(fā)出受激 輻射放大的光波，這種光波后被我國(guó)科學(xué)家錢學(xué)森譯為激光。泵浦源+增益介質(zhì)+諧 振腔至今仍是激光器的核心構(gòu)成。紅寶石激光器的發(fā)明，標(biāo)志著激光時(shí)代的到來(lái)。此后數(shù)年間，科學(xué)家又嘗試用不同的增益介質(zhì)研制出了各類不同的激光器，激光開 始登上歷史舞臺(tái)。
激光與原子能，計(jì)算機(jī)，半導(dǎo)體并稱為二十世紀(jì)四大發(fā)明。作為“世紀(jì)之光”，激光 甫一出現(xiàn)便迅速得到運(yùn)用。激光最初被應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，用來(lái)進(jìn)行一些較為精密的 手術(shù)治療，后來(lái)又被應(yīng)用到測(cè)距，掃碼器，打印機(jī)等。作為最早發(fā)明激光的國(guó)家， 美國(guó)為激光技術(shù)的研究投入了大量的資源，這一方面是因?yàn)槠溥^(guò)去與蘇聯(lián)“冷戰(zhàn)” 促使其研制激光武器，另一方面是因?yàn)槠洹氨３质澜缈萍碱I(lǐng)先”的戰(zhàn)略思想。早在 1986 年美國(guó)用于激光技術(shù)研究與發(fā)展費(fèi)用就高達(dá) 17 億美元，一定程度上加快了激 光技術(shù)的發(fā)展。為什么激光如此有用？這主要得益于激光的三大特性，即單色性、方向性、相干性， 正是因?yàn)檫@三大特性，使得激光可被聚集成非常小的光斑，獲得極高的功率密度。這種功率密度極高的光很快被工業(yè)界注意到，而激光大放異彩正是始于其被應(yīng)用于 制造業(yè)中。從 20 世紀(jì) 60 年代開始，各種激光加工技術(shù)如激光切割、激光鉆孔、激 光打標(biāo)、激光焊接等不斷發(fā)展成熟，顯著提高了工業(yè)界的材料加工水平。
激光技術(shù)自身也仍然在持續(xù)發(fā)展，不斷突破科學(xué)邊界。在激光誕生后的 60 年間，一 共有 12 項(xiàng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)與諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)與激光技術(shù)直接相關(guān)，這充分體現(xiàn)出了 激光技術(shù)在推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究與促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步方面發(fā)揮著不可替代的作用。
在激光技術(shù)發(fā)展初期，由于激光器功率普遍較低，激光主要被用于通信領(lǐng)域和光儲(chǔ) 存領(lǐng)域，Laser Focus World 數(shù)據(jù)顯示，2009 年激光器在通信和光儲(chǔ)存領(lǐng)域的應(yīng)用占 比達(dá)到 55.2%，而材料加工僅占 25.7%。隨著高功率激光器技術(shù)的不斷突破，激光 越來(lái)越多地被運(yùn)用到材料加工領(lǐng)域，2020 年，激光的下游應(yīng)用中材料加工與光刻占 比達(dá)到 39.6%，其中光刻實(shí)質(zhì)上屬于材料加工的一種形式。2016 年以來(lái)激光在材料 加工領(lǐng)域的應(yīng)用始終占有著 40%左右的比例，顯示出材料加工已取代通信與光儲(chǔ)存 成為激光最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。
我們將用于材料加工中的激光設(shè)備定義為激光加工設(shè)備（Laser Material Processing System）。Optech Consulting 從 1986 年起對(duì)全球激光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行追蹤， 其最新數(shù)據(jù)顯示，2021 年全球激光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 213 億美元，2011-2021 間 10 年 CAGR 達(dá) 7.9%，2016-2021 間 5 年 CAGR 達(dá) 11.1%。進(jìn)一步考慮到隨著激 光技術(shù)的逐漸成熟，激光加工設(shè)備單機(jī)價(jià)格近年存在大幅降低的情況，因此設(shè)備出 貨量的增速應(yīng)高于市場(chǎng)規(guī)模的增速，充分體現(xiàn)出激光加工設(shè)備在制造業(yè)中加速滲透 的態(tài)勢(shì)。
激光加工技術(shù)正不斷擴(kuò)展應(yīng)用場(chǎng)景，而激光加工技術(shù)的重要性恰恰體現(xiàn)在于其對(duì)下 游產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)作用。據(jù)美國(guó)科學(xué)和技術(shù)政策辦公室統(tǒng)計(jì)，美國(guó) 2010 年 GDP 的 50% (約 7.50 萬(wàn)億美元)與激光在相關(guān)領(lǐng)域的市場(chǎng)應(yīng)用及不斷拓展相關(guān)，其中與激光在交 通運(yùn)輸以及制造業(yè)中擴(kuò)展相關(guān)的 GDP 達(dá)到 1 萬(wàn)億美元。如今，大到飛機(jī)小到芯片， 都離不開激光加工技術(shù)。經(jīng)過(guò) 60 年的發(fā)展，激光從最初的星星之火，漸成燎原之 勢(shì)。
2. 乘時(shí)代東風(fēng)而起，激光助力中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)
激光加工技術(shù)作為當(dāng)今世界最先進(jìn)的制造加工技術(shù)之一，其發(fā)展水平直接體現(xiàn)出一 個(gè)國(guó)家制造業(yè)的實(shí)力。歐美主要發(fā)達(dá)國(guó)家均十分重視激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已形成 了較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，誕生了以德國(guó)通快（TRUMPF）、美國(guó)阿帕奇（IPG）、相干 （Coherent）、貳陸（II-VI）、恩耐（nLIGHT）、瑞士百超（Bystronic）、意大利普瑞 瑪（Prima）等為代表的國(guó)際激光巨頭。1961 年長(zhǎng)春光機(jī)所研制成功了我國(guó)第一臺(tái)紅 寶石激光器，僅比美國(guó)晚一年，但此后產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較為緩慢。1971 年，世界范圍內(nèi) 首次出現(xiàn) 1000W 商用二氧化碳激光器，上世紀(jì) 70 年代末期，中國(guó)首次直接進(jìn)口激 光器。此后在國(guó)外廠商的技術(shù)壟斷下，中國(guó)激光器長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，技術(shù)更是落后于 世界。1990 年就已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的光纖激光器，直到 2005 年才有國(guó)內(nèi) 廠商進(jìn)入市場(chǎng)。進(jìn)入新世紀(jì)，激光加工技術(shù)精度高、速度快、變形小、無(wú)材料損耗、 易于自動(dòng)化集成等優(yōu)點(diǎn)日益凸顯，符合智能制造與綠色制造等先進(jìn)制造大趨勢(shì)。在 新的時(shí)代背景下，中國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)刻不容緩，激光加工產(chǎn)業(yè)則是推動(dòng)這一進(jìn) 程的重要引擎。
2.1. 政策利好頻出，四大產(chǎn)業(yè)集群規(guī)模初顯
我國(guó)制造業(yè)正處于由大變強(qiáng)的關(guān)鍵階段。只有抓住工業(yè) 4.0 的契機(jī)，推動(dòng)制造業(yè)向 高端制造和智能制造轉(zhuǎn)型，才能始終保持國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)是先進(jìn)制 造的典型代表，契合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，，國(guó)家不斷出臺(tái)相關(guān)政策對(duì)行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行支持。以 2006 年我國(guó)發(fā)布《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020 年)》首次將 激光技術(shù)列為我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的前沿技術(shù)為起點(diǎn)，國(guó)家在在政策上給予激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展 的支持力度逐年增強(qiáng)。從歷年政策來(lái)看，我國(guó)不僅注重激光技術(shù)的突破，也注重激 光對(duì)下游產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)作用，致力打造完善的產(chǎn)業(yè)鏈與規(guī)模化的產(chǎn)業(yè)集群。
目前，我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)已形成珠三角地區(qū)（代表城市深圳、廣州等）、長(zhǎng)三角地區(qū)（代 表城市蘇州、上海等）、華中地區(qū)（代表城市武漢、長(zhǎng)沙等）和環(huán)渤海地區(qū)（代表城 市北京、沈陽(yáng)等）四大產(chǎn)業(yè)集群，全國(guó)共有規(guī)模以上產(chǎn)業(yè)園區(qū) 54 個(gè)，其中珠三角地 區(qū) 11 個(gè)，長(zhǎng)三角地區(qū) 9 個(gè)，華中地區(qū) 9 個(gè)，環(huán)渤海地區(qū) 20 個(gè)。2021 年四大產(chǎn)業(yè)集 群的激光產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值占全國(guó)之比超過(guò) 80%。
再具體到地方產(chǎn)業(yè)政策上，四大產(chǎn)業(yè)集群地區(qū)的主要省市均出臺(tái)了相關(guān)政策支持激 光產(chǎn)業(yè)發(fā)展，湖北省對(duì)激光產(chǎn)業(yè)鏈 2025 年有明確的收入指標(biāo)，提出到 2025 年，東 湖科學(xué)城規(guī)模以上激光企業(yè)產(chǎn)值達(dá)到 1000 億元，帶動(dòng)激光產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)總收 入超過(guò) 5000 億元；廣東省、浙江省、河北省等主要聚焦于發(fā)展激光加工設(shè)備；北京市、山東省、湖北省做出了對(duì)發(fā)展激光器的規(guī)劃；上海市、江蘇省、湖南省則重點(diǎn) 發(fā)展激光器芯片、特種光纖等光電元器件。
據(jù)企查貓數(shù)據(jù)，在一系列政策利好推動(dòng)下，截至 2022 年 10 月，全國(guó)從事激光相關(guān) 業(yè)務(wù)的企業(yè)已超過(guò) 5 萬(wàn)家。激光加工產(chǎn)業(yè)的資本化也在如火如荼進(jìn)行，當(dāng)前國(guó)內(nèi)處 于激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)的上市公司已達(dá) 20 家，而在 2006 年激光技術(shù)被列為重點(diǎn) 發(fā)展的前沿技術(shù)之前，僅華工科技和大族激光兩家上市公司。從銳科激光 2018 年 6 月上市開始，最近短短 4 年間新上市公司達(dá) 13 家，此外還有逸飛激光、宏石激光、 森峰科技、波長(zhǎng)光電等公司正在沖刺 IPO，充分體現(xiàn)出了激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)快速發(fā) 展的態(tài)勢(shì)。
2.2. 先進(jìn)制造大勢(shì)所趨，激光加工順應(yīng)時(shí)代
2.2.1. 制造業(yè)是立國(guó)之本，先進(jìn)制造景氣度長(zhǎng)期向好
全局來(lái)看，制造業(yè)是立國(guó)之本、強(qiáng)國(guó)之基，制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量 發(fā)展的重中之重。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2021 年我國(guó)制造業(yè)增加值達(dá)到 9.8%，制造 業(yè)增加值占 GDP 比重達(dá)到 27.4%，規(guī)模達(dá)到 4.23 萬(wàn)億美元，連續(xù) 12 年位居世界首 位。此外，近年來(lái)，我國(guó)高技術(shù)制造業(yè)（包含計(jì)算機(jī)及辦公設(shè)備制造業(yè)、電子及通 信制造業(yè)、航空航天器及設(shè)備制造業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)）發(fā)展迅速，占規(guī)模以上工業(yè)增 加值的比重逐年上升，2020 年和 2021 年比重均超過(guò) 15%，表明我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié) 構(gòu)不斷優(yōu)化升級(jí)。從宏觀經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)看，PMI 指數(shù)經(jīng)歷了今年 3 月以來(lái)上海疫情和 全國(guó)限電等不利因素?cái)_動(dòng)后，在 9 月重回榮枯線以上。而制造業(yè)固定資產(chǎn)投資完成 額在 2020 年疫情初期出現(xiàn)較大幅度的下降后，2021 年以來(lái)始終維持在較高增速水 平，這些均表明制造業(yè)整體景氣度呈現(xiàn)復(fù)蘇態(tài)勢(shì)。此外，高技術(shù)制造業(yè) PMI 指數(shù)在 大部分時(shí)間均高于 PMI 指數(shù)，且無(wú)懼外部不利因素?cái)_動(dòng)，長(zhǎng)期處于榮枯線以上，表 明我國(guó)先進(jìn)制造景氣度持續(xù)向好。
將國(guó)內(nèi)激光加工產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)上市公司納入激光加工設(shè)備板塊，并將激光加工設(shè)備板塊 近 3 年?duì)I收同比增速與 SW 機(jī)械設(shè)備板塊和全部 A 股進(jìn)行對(duì)比，可以看出激光加工 設(shè)備板塊在大部分時(shí)間里均保持了相對(duì)較高的營(yíng)收增速，行業(yè)成長(zhǎng)性凸顯。
相比于傳統(tǒng)的機(jī)床加工，激光加工是一種柔性化的加工技術(shù)，其先進(jìn)性主要在體現(xiàn) 其易于與精密機(jī)械、精密測(cè)量技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)相結(jié)合，進(jìn)而能夠與工業(yè)機(jī)器人等 進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化和智能化，從而大幅提高加工精度與加工效率。激光加 工設(shè)備的發(fā)展與工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展有密切聯(lián)系，由于激光加工設(shè)備的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 不夠完善，可以從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì)一窺國(guó)內(nèi)先進(jìn)制造發(fā)展的整體情況。中國(guó)是世界上工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅猛的國(guó)家。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR） 數(shù)據(jù)，2021 年我國(guó)新安裝工業(yè)機(jī)器人數(shù)量已超過(guò)世界其它國(guó)家總和，達(dá) 26.8 萬(wàn)臺(tái)。2016-2021 年間我國(guó)新安裝工業(yè)機(jī)器人數(shù)量 CAGR 達(dá)到 23%，大幅領(lǐng)先制造強(qiáng)國(guó)日 本、德國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)。然而，雖然近年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)， 2021 年已達(dá) 31.8 萬(wàn)臺(tái)，但是工業(yè)機(jī)器人長(zhǎng)期以來(lái)貿(mào)易逆差的情況并未發(fā)生改變， 2021 年達(dá)到 11.9 億美元，這主要是由于在高端工業(yè)機(jī)器人方面我國(guó)依然依賴進(jìn)口。根據(jù) IFR 數(shù)據(jù)，2021 年我國(guó)出口工業(yè)機(jī)器人平均單價(jià)僅 0.63 萬(wàn)美元，但進(jìn)口工業(yè) 機(jī)器人平均單價(jià)達(dá)到 1.34 萬(wàn)美元，超過(guò)出口單價(jià)的 2 倍，高端裝備的發(fā)展依然任重 道遠(yuǎn)。
2.2.2. 跨過(guò)劉易斯拐點(diǎn)，工程師紅利賦能中國(guó)先進(jìn)制造
改革開放以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)雖然快速增長(zhǎng)，但長(zhǎng)期依賴廉價(jià)勞動(dòng)力帶來(lái)的人口紅利， 制造業(yè)也多集中在中低端領(lǐng)域。有關(guān)報(bào)導(dǎo)顯示，2010 年左右，中國(guó)迎來(lái)劉易斯拐點(diǎn)， 在這以后，人口紅利逐漸消失，勞動(dòng)力由過(guò)剩轉(zhuǎn)向短缺，保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)將更多 依賴于技術(shù)進(jìn)步與科技創(chuàng)新，制造業(yè)則需要由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn) 移。我國(guó)高等教育已全面鋪開，據(jù) Photonics Views 報(bào)導(dǎo)，目前中國(guó)每年新產(chǎn)出大約 600 萬(wàn)名工程師，這一數(shù)字是美國(guó)的 6 倍。當(dāng)前，中國(guó)擁有世界上最龐大的科研人 員隊(duì)伍和工程師隊(duì)伍，這是發(fā)展技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)的基石。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局社科文司 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國(guó)創(chuàng)新指數(shù)常年保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，但具體到指標(biāo)上仍有強(qiáng)弱之分，其中 與科學(xué)技術(shù)人員相關(guān)性較強(qiáng)的創(chuàng)新產(chǎn)出指數(shù)在 2010 年之后明顯呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)的態(tài) 勢(shì)，而與科技成果轉(zhuǎn)換相關(guān)性較強(qiáng)的創(chuàng)新成效指數(shù)增長(zhǎng)率則基本維持不變，表明我 國(guó)人員和技術(shù)的儲(chǔ)備較為充足，而技術(shù)產(chǎn)業(yè)化則是今后的突破點(diǎn)。激光加工設(shè)備產(chǎn) 業(yè)是典型的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，也是高新技術(shù)中產(chǎn)業(yè)化較為成熟的一個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展過(guò) 程中將充分受益于中國(guó)的工程師紅利，有助于在研發(fā)-生產(chǎn)-銷售-服務(wù)全環(huán)節(jié)打造完 備的生態(tài)鏈。
2.2.3. 中國(guó)激光加工產(chǎn)業(yè)迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇期
工業(yè)是中國(guó)激光下游應(yīng)用占比最高的領(lǐng)域，2021 年達(dá)到了 62%，激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè) 是激光技術(shù)發(fā)展中受益最大的領(lǐng)域。中國(guó)是全球最大的激光加工設(shè)備市場(chǎng)，根據(jù) Optech Consulting 統(tǒng)計(jì)，2021 年中國(guó)激光加工設(shè)備市場(chǎng)占全球之比達(dá)到 35%，遠(yuǎn) 超美國(guó)和歐洲。
隨著中國(guó)高端產(chǎn)品市場(chǎng)不斷突破以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)逐漸興起，激光加工設(shè)備的集成平 臺(tái)將在中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域扮演愈發(fā)重要的角色。但同時(shí)，我國(guó)激光加工設(shè)備所需的激光 芯片、特種光纖、激光頭、運(yùn)控系統(tǒng)等核心零部件依然部分依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)整體工 業(yè)體系發(fā)展的基礎(chǔ)薄弱導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品在耐用性、性能穩(wěn)定性以及大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)水 平上與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家還有差距，核心競(jìng)爭(zhēng)力缺乏也使得產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，一些領(lǐng)域 的激光企業(yè)陷入了漫長(zhǎng)的價(jià)格戰(zhàn)，蠶食了企業(yè)利潤(rùn)空間，對(duì)產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展較為不利。此外，美國(guó)在高科技領(lǐng)域?qū)ξ覈?guó)的制裁持續(xù)加碼，多家激光企業(yè)曾被美國(guó)列入制裁 名單，也一定程度上考驗(yàn)著國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈。在新的歷史時(shí)期，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，隨著 我國(guó)制造業(yè)整體水平提升以及市場(chǎng)逐步出清，我國(guó)激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)將具備長(zhǎng)期向 好的趨勢(shì)，在先進(jìn)制造領(lǐng)域大有可為。
3. 國(guó)產(chǎn)替代加速，全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控可期
3.1. 激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/p>
以激光加工設(shè)備為產(chǎn)品的視角來(lái)看，激光加工產(chǎn)業(yè)鏈的上游主要為光學(xué)元器件，包 括激光二極管（泵浦源主要構(gòu)成）、激光晶體（固體激光器增益介質(zhì)）、有源光纖（光 纖激光器增益介質(zhì)）、光纖光柵（用作諧振腔）、合束器、準(zhǔn)直鏡（多用于 CO2激光 器）等。中游的激光器廠家將各種光學(xué)元器件進(jìn)行組裝制造出激光器，除激光器外， 將激光加工頭和運(yùn)控系統(tǒng)納入中游范疇。以人體類比激光加工設(shè)備，激光器為激光 加工設(shè)備之心，提供能量來(lái)源；運(yùn)控系統(tǒng)為激光加工設(shè)備之腦，指揮設(shè)備的動(dòng)作；激光加工頭為激光加工設(shè)備之手，進(jìn)行具體的加工操作。下游的激光加工設(shè)備廠商 將激光器、激光頭、運(yùn)控系統(tǒng)以及一些機(jī)械和電氣輔助部件進(jìn)行集成，即制造出了 不同種類的激光加工設(shè)備，這些激光加工設(shè)備最終被各個(gè)領(lǐng)域的客戶使用以生產(chǎn)出 面向消費(fèi)者的終端產(chǎn)品。
我國(guó)的激光加工企業(yè)主要集中在下游設(shè)備端，尤其是通用激光加工設(shè)備參與玩家數(shù) 量很多，這是因?yàn)橐约す馇懈顧C(jī)和激光打標(biāo)機(jī)為代表的通用激光加工設(shè)備技術(shù)已經(jīng) 發(fā)展較為成熟，下游廠商只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的系統(tǒng)集成即可產(chǎn)出設(shè)備，進(jìn)入門檻相對(duì)較 低。而在技術(shù)壁壘更高的光學(xué)元器件、激光器、運(yùn)控系統(tǒng)和激光加工頭領(lǐng)域國(guó)內(nèi)參 與廠商則相對(duì)較少。國(guó)外激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，整體格局更為 集中，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)份額均集中于少數(shù)廠商。
3.2. 上游：光學(xué)材料及元器件
根據(jù)國(guó)內(nèi)激光器上市公司披露的數(shù)據(jù)，直接材料成本占光纖激光器成本之比在 80% 以上，占固體激光器成本之比在 70%以上。創(chuàng)鑫激光主要生產(chǎn)光纖激光器，其在招股說(shuō)明書中披露了 2016-2019H1 公司 1000W 連續(xù)光纖激光器直接材料成本構(gòu)成數(shù)據(jù)，綜合該時(shí)間段數(shù)據(jù)計(jì)算出各部分成本占比。其中光學(xué)類原材料占直接材料的比值接近 80%，而泵浦源和有源光纖的成本占比分 別為 47.82%和 14.36%，是光纖激光器主要的材料成本來(lái)源。
英諾激光主要生產(chǎn)固體激光器，其原材料均為外購(gòu)，根據(jù)招股說(shuō)明書中披露的 2018- 2020 年原材料采購(gòu)情況，綜合測(cè)算出固體激光器中光學(xué)類原材料占直接材料的比值 超過(guò) 50%，其中泵浦源和晶體的成本占比分別為 22.05%和 15.28%，是固體激光器 主要的材料成本來(lái)源。
當(dāng)下，我國(guó)已具備激光器所需的光學(xué)材料和元器件自產(chǎn)能力，但一些高端零部件（主要是高功率半導(dǎo)體激光芯片和有源光纖）仍部分依賴進(jìn)口。
3.2.1. 半導(dǎo)體激光泵浦源及激光芯片
目前，工業(yè)激光器多使用激光二極管進(jìn)行泵浦。激光二極管由高功率半導(dǎo)體激光芯 片、熱沉、相關(guān)結(jié)構(gòu)件等封裝而成，工作時(shí)，電流注入二級(jí)管有源區(qū)，電子受激輻 射產(chǎn)生激光，但由于其產(chǎn)生光束質(zhì)量差，所能直接應(yīng)用的領(lǐng)域受限，因此除少部分 以直接半導(dǎo)體激光器的形式進(jìn)行應(yīng)用外，多數(shù)作為工業(yè)激光器（主要是光纖激光器 和固體激光器）泵浦源的組成部分。
激光芯片是激光二極管中的核心發(fā)光元件。激光芯片根據(jù)諧振腔制造工藝的不同分 為邊發(fā)射激光芯片 （Edge Emitting Lasers，EEL）和面發(fā)射激光芯片（Vertical CavitySurface Emitting Laser，VCSEL）兩種。邊發(fā)射激光芯片是在芯片的兩側(cè)鍍光學(xué)膜形 成諧振腔，沿平行于襯底表面發(fā)射激光，而面發(fā)射激光芯片是在芯片的上下兩面鍍 光學(xué)膜，形成諧振腔，由于光學(xué)諧振腔與襯底垂直，能夠?qū)崿F(xiàn)垂直于芯片表面發(fā)射 激光。VCSEL 芯片主要應(yīng)用于激光雷達(dá)、傳感、VR 及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，而 EEL 芯 片則主要用于工業(yè)、激光雷達(dá)和光通信等領(lǐng)域。
用于工業(yè)領(lǐng)域的 EEL 芯片為高功率半導(dǎo)體激光芯片，按芯片數(shù)量又可分為單管芯片 及巴條芯片。單管芯片只有一個(gè)發(fā)光單元，巴條芯片是由多個(gè)發(fā)光單元并成直線排 列的激光芯片，巴條芯片經(jīng)過(guò)鈍化、鍍膜后，可解理為單個(gè)發(fā)光單元的單管芯片。目前單管芯片的輸出功率最高可以達(dá)到 30W 以上，武漢銳晶已能夠生產(chǎn) 50W 以上 的單管芯片。巴條芯片的并形結(jié)構(gòu)使其具有更高的輸出功率，但巴條芯片因此存在 熱密度高，熱應(yīng)力較大等問(wèn)題，技術(shù)難度更高。單管芯片和巴條芯片分別通過(guò) COS 封裝和表面貼片封裝的方式制出激光二級(jí)管，將激光二級(jí)管發(fā)出的光進(jìn)行光學(xué)整形 合束耦合并再次封裝后即可得到半導(dǎo)體激光泵浦源。
中國(guó)作為全球最大的工業(yè)激光應(yīng)用市場(chǎng)，也是最大的半導(dǎo)體激光泵浦源市場(chǎng)。目前 全球半導(dǎo)體激光泵浦源市場(chǎng)主要存在兩類市場(chǎng)參與者,一類是為工業(yè)激光器生產(chǎn)企 業(yè)提供高功率半導(dǎo)體激光芯片和泵浦源產(chǎn)品的專業(yè)供應(yīng)商，包括可以自主生產(chǎn)激光 芯片的企業(yè)長(zhǎng)光華芯和武漢銳晶等以及外購(gòu)激光芯片自主封裝成激光二極管和泵 浦源的炬光科技、星漢激光和凱普林光電等；另一類是既生產(chǎn)工業(yè)激光器又自主生 產(chǎn)半導(dǎo)體激光泵浦源的企業(yè)，如 IPG、Coherent、銳科激光和創(chuàng)鑫激光等，但 IPG 和 Coherent 已實(shí)現(xiàn)泵浦源完全自產(chǎn)，而銳科和創(chuàng)鑫僅能夠自主進(jìn)行泵浦源封裝，激光 芯片依然需要外部采購(gòu)。激光芯片在整個(gè)激光加工設(shè)備中的價(jià)值占比雖然很小，卻 是產(chǎn)業(yè)鏈中容易被“卡脖子”環(huán)節(jié)。根據(jù)國(guó)內(nèi)工業(yè)激光器主要上市公司招股說(shuō)明書 中披露的數(shù)據(jù)，各家公司此前均從國(guó)外進(jìn)口一定數(shù)量的泵浦源或激光芯片。
近年隨著國(guó)內(nèi)高功率半導(dǎo)體激光芯片企業(yè)的快速發(fā)展，以及泵浦源封裝技術(shù)的進(jìn)步， 國(guó)內(nèi)激光器廠商所用的激光芯片和泵浦源國(guó)產(chǎn)化率逐漸提高。以龍頭銳科激光為例， 國(guó)內(nèi)主要的半導(dǎo)體激光芯片企業(yè)長(zhǎng)光華芯和武漢銳晶均為銳科激光的關(guān)聯(lián)方，我們 根據(jù)銳科激光和長(zhǎng)光華芯相關(guān)公告中披露的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)了 2015 年以來(lái)銳科激光向長(zhǎng) 光華芯和武漢銳晶采購(gòu)半導(dǎo)體激光泵浦源和激光芯片的金額，可以看出采購(gòu)金額逐 年提高，且 2020 年之后呈現(xiàn)快速上升的態(tài)勢(shì)。銳科激光 2022 年 6 月在深交所平臺(tái) 答投資者問(wèn)時(shí)表示目前長(zhǎng)光華芯占公司激光芯片產(chǎn)品的采購(gòu)比例約為 30-40%，據(jù)此 可以得知銳科激光向長(zhǎng)光華芯和武漢銳晶采購(gòu)激光芯片產(chǎn)品合計(jì)已超過(guò) 50%，即公 司自產(chǎn)泵浦源所需的激光芯片已超半數(shù)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。
參考長(zhǎng)光華芯招股說(shuō)明書中對(duì)我國(guó)激光芯片市場(chǎng)規(guī)模的測(cè)算方法對(duì)我國(guó)工業(yè)用高 功率激光芯片的市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行測(cè)算，該測(cè)算中假設(shè)半導(dǎo)體激光泵浦源占激光器材料 成本 50%，我們認(rèn)為該數(shù)值僅考慮了泵浦源在連續(xù)光纖激光器中的占比情況，因此 對(duì)其重新進(jìn)行了計(jì)算。半導(dǎo)體激光泵浦源占連續(xù)光纖激光器的成本比重較高，接近 50%，而在脈沖光纖激光器和固體激光器中占比較小，根據(jù)英諾激光和杰普特招股 說(shuō)明書中披露的數(shù)據(jù)為 20%左右，直接半導(dǎo)體激光器未查詢到相關(guān)數(shù)據(jù)，但其通過(guò) 半導(dǎo)體激光泵浦源合束直接輸出激光器，故泵浦源價(jià)值占比較高，假設(shè)為 80%，氣 體激光器主要使用電泵浦，假設(shè)半導(dǎo)體激光泵浦源價(jià)值占比為 0。以連續(xù)光纖激光 器/脈沖光纖激光器/固體激光器/直接半導(dǎo)體激光器/氣體激光器占工業(yè)激光器比值 分別為 40%/13%/15%/17%/15%進(jìn)行近似測(cè)算，則半導(dǎo)體激光泵浦源在工業(yè)激光器 中總價(jià)值占比為 40%*50%+13%*20%+15%*20%+17%*80%+15%*0=39.2%，近似為 40%。此外，2018-2020 光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模占比由公開數(shù)據(jù)得到，并假設(shè) 2021 和 2022 年光纖激光器占工業(yè)激光器的比值維持在 53%，參考長(zhǎng)光華芯招股說(shuō)明書假設(shè) 工業(yè)激光器和泵浦源平均毛利率分別為 30%和 15%，激光芯片占泵浦源成本比值為 10%。最終計(jì)算得出 2022 年中國(guó)工業(yè)用半導(dǎo)體激光泵浦源和高功率半導(dǎo)體激光芯片 市場(chǎng)規(guī)模分別為 72.91 億元和 6.2 億元。
由于國(guó)內(nèi)較多激光元器件及激光器廠商已掌握半導(dǎo)體激光泵浦源封裝技術(shù)，因此高 功率激光芯片的國(guó)產(chǎn)化是產(chǎn)業(yè)鏈上游實(shí)現(xiàn)自主可控最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。對(duì)工業(yè)用高功 率半導(dǎo)體激光芯片整體的國(guó)產(chǎn)化情況進(jìn)行測(cè)算，國(guó)內(nèi)有能力自主生產(chǎn)工業(yè)用高功率 半導(dǎo)體激光芯片的公司主要有長(zhǎng)光華芯、武漢銳晶，華光光電、瑞波光電和度亙激 光等。長(zhǎng)光華芯在其招股說(shuō)明書中披露 2020 年高功率半導(dǎo)體激光芯片收入約 0.71 億元，約占當(dāng)年總收入的 29%，假設(shè)長(zhǎng)光華芯高功率半導(dǎo)體激光芯片收入占比保持 穩(wěn)定；武漢銳晶與銳科激光的控股股東相同，其生產(chǎn)的激光芯片幾乎均供給銳科并 由銳科進(jìn)行封裝，假設(shè)銳晶的高功率半導(dǎo)體激光芯片收入與銳科披露的關(guān)聯(lián)方交易 金額一致。由于長(zhǎng)光華芯和武漢銳晶的快速崛起，我國(guó)的高功率半導(dǎo)體激光芯片國(guó) 產(chǎn)化率提升顯著。若假設(shè)華光光電、瑞波光電和度亙激光等其余企業(yè)在高功率半導(dǎo) 體激光芯片上的市占率為 5-10%，則 2021 年我國(guó)的高功率半導(dǎo)體激光芯片國(guó)產(chǎn)化 率達(dá)到 40%左右。長(zhǎng)光華芯于 2022 年上市，募資的一部分用于高功率半導(dǎo)體激光 芯片的擴(kuò)產(chǎn)，度亙激光也于 2022 年完成 PreIPO 融資并進(jìn)行了大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)。我們認(rèn) 為今后工業(yè)高功率半導(dǎo)體激光芯片的國(guó)產(chǎn)化率還將進(jìn)一步提升，在該關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn) 自主可控。
3.2.2. 有源光纖
光纖激光器主要使用有源光纖作為增益介質(zhì)。光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱，由纖芯和包 層組成，光纖使用的主要的原材料為石英（SiO2），因此其成本較低。未摻雜稀土元 素的光纖被稱為無(wú)源光纖，主要用來(lái)傳導(dǎo)光，而在纖芯中摻雜稀土元素等激活離子 后，光纖受泵浦源的激勵(lì)作用后便可發(fā)出放大的光，這種能夠發(fā)光的摻雜光纖被稱 為有源光纖。根據(jù)在纖芯中摻雜稀土元素的不同，能夠制成不同輸出波長(zhǎng)的有源光 纖。目前使用的稀土元素有釹(Nd)、鐿(Yb)、鉺(Er)、銩(Tm)、鈥(Ho)、鏑(Dy)、鐠 (Pr)等，主要的摻雜方法為氣相沉積法。
2018 年以前，我國(guó)國(guó)產(chǎn)光纖激光器中所用的光纖，特別是有源光纖大量依賴進(jìn)口。國(guó)內(nèi)主要的光纖激光器廠商中，銳科激光和杰普特主要向 Nufern 采購(gòu)光纖，創(chuàng)鑫激 光主要向 Nufern 和 nLIGHT 采購(gòu)光纖。根據(jù)各激光器公司招股說(shuō)明書中披露的數(shù)據(jù) 對(duì)有源光纖進(jìn)口比例進(jìn)行測(cè)算可知，2015-2018 年間國(guó)內(nèi)激光器廠商的有源光纖進(jìn) 口比例均在 80%以上。
2018 年后，光纖國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速。銳科激光于 2017 年收購(gòu)武漢睿芯開始自主進(jìn)行 工業(yè)激光器用光纖的研制與生產(chǎn)，睿芯 2017 年開始進(jìn)行量產(chǎn)并向銳科供貨，根據(jù)銳 科激光歷年年報(bào)中披露的數(shù)據(jù)，睿芯營(yíng)收逐年增長(zhǎng)，且 2021 年以來(lái)產(chǎn)能擴(kuò)張明顯。銳科激光2022年4月在深交所平臺(tái)答投資者問(wèn)時(shí)表示公司生產(chǎn)所用的特種光纖70% 來(lái)自于睿芯的自供。此外創(chuàng)鑫激光 2018 年底起開始導(dǎo)入國(guó)產(chǎn)光纖，并且與長(zhǎng)飛光 纖建立了戰(zhàn)略合作關(guān)系，2019 上半年長(zhǎng)飛光纖已成為公司第一大供應(yīng)商。據(jù)《2022 中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2022 年我國(guó)激光器用特種光纖市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 14.9 億， 2021 年武漢睿芯和長(zhǎng)飛光纖在我國(guó)激光器用特種光纖中的市占率分別為 26.8%和 14.2%。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì) 2021 年我國(guó)激光器用特種光纖國(guó)產(chǎn)化率已在 50%以 上。
3.2.3. 其他光學(xué)材料及元器件
除激光芯片和有源光纖外，激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈上游的光學(xué)材料和元器件已基本實(shí) 現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。比如在固體激光器所用的激光晶體和非線性光學(xué)晶體方面，我國(guó)的福 晶科技始終保持國(guó)際領(lǐng)先地位，核心晶體產(chǎn)品被國(guó)際業(yè)界譽(yù)為“中國(guó)牌”晶體，其 中非線性光學(xué)晶體 LBO、BBO 全球市場(chǎng)占有率第一，被國(guó)內(nèi)外知名激光器公司廣 泛使用。福晶科技的產(chǎn)品還包括各種精密光學(xué)器件和激光器件，幾乎實(shí)現(xiàn)了上游光 學(xué)部分除半導(dǎo)體激光泵浦源和光纖以外的全覆蓋。此外，炬光科技、騰景科技等光 學(xué)元器件廠商也能夠提供大部分的激光器件，頭部激光器廠商如銳科激光、創(chuàng)鑫激 光均實(shí)現(xiàn)了部分激光器件自制。
3.3. 中游：激光器+運(yùn)控系統(tǒng)+激光加工頭
3.3.1. 激光器——激光加工設(shè)備之心
激光器的基本結(jié)構(gòu)為泵浦源、增益介質(zhì)和諧振腔，不同種類的激光器結(jié)構(gòu)略有不同， 但原理均為泵浦源激勵(lì)增益介質(zhì)產(chǎn)生光，并通過(guò)諧振腔對(duì)光進(jìn)行調(diào)整后輸出激光。
工業(yè)激光器按照增益介質(zhì)、工作方式、輸出功率、輸出波長(zhǎng)等的不同，可以分為不 同種類。
激光器按增益介質(zhì)的不同可分為氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、光纖激光器和固體激 光器。根據(jù)長(zhǎng)光華芯招股說(shuō)明書，2009 年的光纖激光器在全球工業(yè)激光器市場(chǎng)中的占比僅為 14%。在以 IPG 為代表的光纖激光器廠商的持續(xù)優(yōu)化及推廣下，光纖激光 器以其輸出激光光束質(zhì)量好、能量密度高、電光效率高、使用方便、可加工材料范 圍廣、綜合運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)勢(shì)快速搶占工業(yè)激光器市場(chǎng)。據(jù) Optech Consulting， 10 年間光纖激光器在工業(yè)激光器中的占比由 15%增長(zhǎng)到 50%以上。光纖激光器因 其高功率的特點(diǎn)主要被應(yīng)用于宏觀加工，而固體激光器憑借其短波長(zhǎng)（紫外、深紫 外）、短脈寬（皮秒、納秒）、高峰值功率的特點(diǎn)被主要應(yīng)用于薄性、脆性等金屬和 非金屬材料的精密微加工領(lǐng)域。
激光器按輸出波長(zhǎng)的不同可分為紅外激光器、紫外激光器和可見光激光器。不同結(jié) 構(gòu)的物質(zhì)可吸收的光波長(zhǎng)范圍不同，因此需要各波長(zhǎng)的激光器應(yīng)用于不同材料的加 工，比如用典型的光纖激光器（輸出波長(zhǎng)為 1064nm 的近紅外光）加工高反材料時(shí)， 吸收率極低，常溫下紫銅對(duì) 1064nm 激光的吸收率只有不到 5%，如此低的吸收率使 得一般的光纖激光器很難用于加工紫銅、鋁合金等高反材料。對(duì)于高反材料的加工 需要使用短波長(zhǎng)激光器，如可見光范圍里的綠光/藍(lán)光激光器。而對(duì)于一些非金屬玻 璃、塑料和 PCB 板等材料的加工，就需要用更短波長(zhǎng)的紫外激光器。
激光器按輸出頻率的不同可分為連續(xù)激光器、準(zhǔn)連續(xù)激光器和脈沖激光器。脈沖激 光器又可按每段脈沖時(shí)間的長(zhǎng)短分為微秒激光器、納秒激光器、皮秒激光器和飛秒 激光器，其中皮秒激光器和飛秒激光器通常被稱為超快激光器或超短脈沖激光器。連續(xù)激光器的工作特點(diǎn)是激光輸出可以在一段較長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)以連續(xù)方式持續(xù) 進(jìn)行，大部分光纖激光器和以連續(xù)電激勵(lì)方式工作的氣體激光器及半導(dǎo)體激光器均 屬于此類，連續(xù)激光器工作穩(wěn)定、熱效應(yīng)高，適合于金屬材料的連續(xù)高速切割、焊 接，以及表面熱處理、激光熔覆、激光快速成形等宏觀加工；準(zhǔn)連續(xù)激光器一般是 在連續(xù)激光器的電路上加載一個(gè)調(diào)制電路來(lái)控制激光的開關(guān)，從而產(chǎn)生毫秒量級(jí)的 脈沖，因此其輸出的峰值功率就是連續(xù)狀態(tài)的峰值功率，多用于鉆孔；脈沖激光器 的主要特點(diǎn)是峰值功率高、熱效應(yīng)少、可控性好、光束精細(xì)發(fā)散小，適合于打標(biāo)、 鉆孔、硅片及玻璃劃片、精密加工等領(lǐng)域。對(duì)于不同脈寬的脈沖激光器而言，脈沖 時(shí)間越短，單一脈沖能量越高，加工速度越快；波長(zhǎng)越短，作用半徑越小，加工精 度可以越高。超快激光器產(chǎn)生的超短脈沖與材料相互作用時(shí)間極短，通過(guò)將能量極 快地注入很小的作用區(qū)域，避免了能量的轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化以及熱能的存在和熱擴(kuò)散造成 的影響，從根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用機(jī)制，又被稱為“冷加工”。
從光纖激光器出發(fā)分析工業(yè)激光器的市場(chǎng)規(guī)模。2014 年以來(lái)，全球光纖激光器市場(chǎng) 規(guī)模從 9.6 億美元增長(zhǎng)到 32.8 億美元，CAGR 達(dá)到 19.2%；中國(guó)光纖激光器市場(chǎng)規(guī) 模從 28.6 億元增長(zhǎng)到 124.8 億元，CAGR 達(dá)到 23.4%，高于全球市場(chǎng)增速，目前中 國(guó)光纖激光器市場(chǎng)規(guī)模占全球之比已達(dá)到約 60%。按照光纖激光器占工業(yè)激光器之 比約 53%進(jìn)行測(cè)算，則 2021 年全球工業(yè)激光器市場(chǎng)規(guī)模約 62 億美元，中國(guó)工業(yè)激 光器市場(chǎng)規(guī)模約 235 億元。
中國(guó)光纖激光器的市場(chǎng)集中度較高，2018-2021 年 CR3 維持在 70%以上，且市場(chǎng)份 額前三名均為 IPG，銳科激光和創(chuàng)鑫激光。隨著國(guó)內(nèi)光纖激光器廠商的崛起，IPG 在 中國(guó)市場(chǎng)的市占率逐年萎縮，2021 年已基本和銳科激光持平。
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)數(shù)據(jù)，到 2019 年，我國(guó) 100W 以下的低功率激光器已基本完全實(shí)現(xiàn) 國(guó)產(chǎn)替代，100W 以上的中高功率激光器國(guó)產(chǎn)化率也達(dá)到 60%左右。具體到光纖激 光器上，2021 年 6kW 以下國(guó)產(chǎn)光纖激光器出貨比例達(dá)到 90%左右，6kW 以上國(guó)產(chǎn) 光纖激光器出貨比例達(dá)到 50%左右。整體來(lái)看，我國(guó)工業(yè)激光器的國(guó)產(chǎn)化比例逐年 提高。公開數(shù)據(jù)顯示，國(guó)產(chǎn)工業(yè)激光器的價(jià)格約為進(jìn)口的 70%-80%，具有明顯的價(jià) 格優(yōu)勢(shì)，今后的國(guó)產(chǎn)替代將聚焦于高功率激光器領(lǐng)域。
除光纖激光器外，近年超快激光器成為激光器市場(chǎng)中受關(guān)注較多的一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域。這是因?yàn)槿缃窀鱾€(gè)行業(yè)的產(chǎn)品都向更小的體積，更強(qiáng)大的功能方向發(fā)展，帶動(dòng)了生 產(chǎn)工藝精細(xì)化和微納化。超快激光器具有超短脈沖寬度和超高峰值功率密度，可提 供可靠、高質(zhì)量的精密“冷加工”，這種“冷加工”無(wú)沖擊，熱量幾乎不會(huì)傳遞到材 料中，可以減少熔化區(qū)和熱影響區(qū)，微裂紋較少，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)敏感材料的一致、受 控加工。
超快激光的工業(yè)應(yīng)用始于 2003 年，至今不到 20 年，此前市場(chǎng)參與者主要是以 TRUMPF、Coherent、Spectra-Physics 等為代表的國(guó)外企業(yè)。2012 年前后我國(guó)開啟超 快激光的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，涌現(xiàn)出了國(guó)神光電（銳科激光子公司）、貝林激光（德龍激光 子公司）、英諾激光、華日激光、安揚(yáng)激光、奧創(chuàng)光子等國(guó)產(chǎn)品牌。從德龍激光招股 說(shuō)明書中統(tǒng)計(jì)的國(guó)內(nèi)外超快激光器性能數(shù)據(jù)來(lái)看，國(guó)產(chǎn)超快激光器與國(guó)外的差距正 在縮小，但在一些關(guān)鍵指標(biāo)，比如最大輸出功率上仍落后于國(guó)外。此外，高功率的 國(guó)產(chǎn)超快激光器多為近期研發(fā)成功，尚未得到充分市場(chǎng)驗(yàn)證，與國(guó)外產(chǎn)品相比仍不 成熟。比如，國(guó)外企業(yè)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn) 2 萬(wàn)小時(shí)無(wú)需維保，而國(guó)內(nèi)企業(yè)的設(shè)備可持續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn)能力較差，中間需要快速響應(yīng)的售后維保服務(wù)來(lái)補(bǔ)齊和縮小差距。
我國(guó)超快激光器出貨量從 2015 年的 40 臺(tái)快速增加到 2021 年的 2400 臺(tái)，2020 年中 國(guó)超快激光器市場(chǎng)規(guī)模約為 27.4 億元，在全球市場(chǎng)占比約為 24%，遠(yuǎn)小于光纖激光 器 60%的占比，表明超快激光器在我國(guó)應(yīng)用得相對(duì)較少。此外，超快激光器市場(chǎng)規(guī) 模的增速遠(yuǎn)小于出貨量的增速，這是因?yàn)槲覈?guó)超快激光器下游應(yīng)用市場(chǎng)尚未完全打 開，但國(guó)內(nèi)外參與廠商數(shù)量較多，競(jìng)爭(zhēng)激烈，使得超快激光器價(jià)格逐年下降。根據(jù) 中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015-2020 年，超快激光器的平均價(jià)格從 2015 年的 725 萬(wàn)元/臺(tái)下降至 2020 年的 129 萬(wàn)元/臺(tái)，5 年間降價(jià)幅度超過(guò) 80%。
根據(jù) Photonics Views 數(shù)據(jù)，目前超快激光器在我國(guó)主要還是被應(yīng)用在非金屬材料切 割方面，而在 OLED/半導(dǎo)體等市場(chǎng)較為廣闊的領(lǐng)域應(yīng)用極少，體現(xiàn)出我國(guó)超快激光 加工技術(shù)整體水平還不高。從出貨量來(lái)看，2021 年國(guó)產(chǎn)激光器在中國(guó)的銷量占比已 達(dá) 55%，但進(jìn)口激光器卻以 45%的銷量瓜分了 70%的銷售收入，這主要是因?yàn)閲?guó)產(chǎn) 超快激光器主要為 50W 以內(nèi)的低功率產(chǎn)品，單機(jī)價(jià)格較低，而進(jìn)口的超快激光器多為單機(jī)價(jià)格高的高功率產(chǎn)品。
具體到公司的市占率。從銷售量口徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)銳科激光 2021 年報(bào)，2021 年 國(guó)神光電銷售皮/飛秒超快激光器約 600 臺(tái)，占當(dāng)年中國(guó)超快激光器銷量的 25%，市 場(chǎng)占有率國(guó)內(nèi)第一；德龍激光在招股說(shuō)明書中披露其 2020 年超快激光器出貨量為 235 臺(tái)，當(dāng)年市占率約 11.19%；英諾激光在招股說(shuō)明書中披露其 2020 年超快激光 器銷量為 40 臺(tái)，當(dāng)年市占率約 1.9%。此外，華日激光已建成國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的超快 激光器生產(chǎn)線，月產(chǎn)能可達(dá) 200 臺(tái)，并向高功率超快激光器領(lǐng)域進(jìn)軍，有望加速高 功率超快激光器的國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程。
3.3.2. 運(yùn)控系統(tǒng)——激光加工設(shè)備之腦
運(yùn)控系統(tǒng)約占激光加工設(shè)備價(jià)值的 5%，雖占比較小，但卻極為重要。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 由硬件和軟件兩部分集成，硬件即工業(yè)控制板卡，包括主控單元、信號(hào)處理等部分， 軟件是控制算法。硬件部分一般從市場(chǎng)上采購(gòu)各類通用元器件，然后組裝加工得到；基于硬件的架構(gòu)，將軟件算法集成其中，形成最終的運(yùn)動(dòng)控制器。硬件的質(zhì)量、結(jié) 構(gòu)，算法的優(yōu)劣，共同決定了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的精度、效率。激光切割設(shè)備的通用性較強(qiáng)，且下游設(shè)備廠商眾多，對(duì)運(yùn)控系統(tǒng)的需求量較大，因 此專業(yè)的激光運(yùn)控系統(tǒng)廠商主要產(chǎn)品多為激光切割運(yùn)控系統(tǒng)，而對(duì)于激光焊接、激 光清洗、行業(yè)專機(jī)等定制化較強(qiáng)的設(shè)備，下游設(shè)備廠商多自行開發(fā)運(yùn)控系統(tǒng)。以激光切割運(yùn)控系統(tǒng)為例，運(yùn)控系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù) （CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAM）、數(shù)字控制技術(shù)（NC）、傳感器技術(shù)、電路 板等硬件設(shè)計(jì)技術(shù)。
每項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)功能如下：1）CAD 技術(shù)：通過(guò)計(jì)算機(jī)建?；驈膱D紙讀取數(shù)字模型，進(jìn)行圖形識(shí)別、編輯和優(yōu) 化處理，生成零件并將零件通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助在板材或型材上進(jìn)行排版，并輸出待加 工模型。（通過(guò) CAD 了解用戶“我要切什么”）。2）CAM 技術(shù)：在加工模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)激光切割相關(guān)的工藝要求，通過(guò)計(jì)算機(jī) 輔助生成所需的刀路軌跡以及光路、氣路、焦點(diǎn)等控制參數(shù)和自動(dòng)化加工模型，并 生成可被數(shù)控系統(tǒng)(NC)執(zhí)行的指令。（通過(guò) CAM 了解用戶“我要怎么切”）。3）NC 技術(shù)：NC 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)生成的機(jī)床代碼指令執(zhí)行具體加工工序的功能， 具體涉及加工過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)控制、加工控制、切割頭和激光器等外部設(shè)備控制等。（通過(guò) NC 最終把用戶想要的產(chǎn)品切出來(lái)）。4）傳感器技術(shù)：通過(guò)傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)切割過(guò)程中溫度、濕度、壓力、光電、視覺、 氣壓、激光加工頭與被切割板材之間的間距等因素的控制，從而優(yōu)化激光加工效率， 提高智能化水平。5）硬件設(shè)計(jì)技術(shù)：通過(guò)嵌入式軟件及硬件電路設(shè)計(jì)技術(shù)，針對(duì)激光行業(yè)特殊需求， 定制開發(fā)相應(yīng)硬件產(chǎn)品，合理的硬件設(shè)計(jì)和專業(yè)的檢測(cè)手段可以起到提高切割穩(wěn)定 性及抗干擾能力的作用。
激光切割運(yùn)控系統(tǒng)的技術(shù)壁壘和客戶粘性均較高，因此市場(chǎng)份額較為集中。中低功 率激光切割運(yùn)控系統(tǒng)方面國(guó)產(chǎn)廠商柏楚電子、維宏股份和奧森迪科合計(jì)占到了 90% 的市場(chǎng)份額，其中柏楚電子占比達(dá) 60%。高功率激光切割運(yùn)控系統(tǒng)此前主要被以德 國(guó) PA、Beckhoff 和 SIEMENS 為代表的國(guó)外廠商占據(jù)，國(guó)內(nèi)僅柏楚電子一家實(shí)現(xiàn)高 功率系統(tǒng)的量產(chǎn)，隨著柏楚電子在高功率系統(tǒng)上的持續(xù)耕耘，其在高功率激光切割 運(yùn)控系統(tǒng)上的市占率已從 2018 年的 10%左右提高到了 2021 年的 22%。
根據(jù)柏楚電子招股說(shuō)明書對(duì)激光切割系統(tǒng)的預(yù)期單價(jià)以及近年的激光切割機(jī)銷量 對(duì)激光切割運(yùn)控市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行測(cè)算，2022 年中國(guó)激光切割運(yùn)控系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模超過(guò) 16億元，若粗略假設(shè)激光切割運(yùn)控系統(tǒng)占所有激光加工運(yùn)控系統(tǒng)的比例與激光切割設(shè) 備占激光加工設(shè)備的比例一致（約 40%），則 2022 年整個(gè)激光加工運(yùn)控系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī) 模約 40 億元。
從運(yùn)控系統(tǒng)涉及的原材料來(lái)看，除 FPGA 芯片和 ARM 芯片外，基本已實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn) 替代。根據(jù)柏楚電子招股說(shuō)明書，其使用的 FPGA 芯片主要通過(guò)代理商向美國(guó) Altera 公司采購(gòu)，ARM 芯片主要通過(guò)代理商向瑞士 ST 公司采購(gòu)，采購(gòu)金額約占 總采購(gòu)金額的 10%左右。FPGA 和 ARM 芯片的全球市場(chǎng)份額集中于少數(shù)國(guó)外廠商 之手，國(guó)內(nèi)替代品的性能尚有差距，因此運(yùn)控系統(tǒng)的完全自主可控依然有賴于國(guó)內(nèi) 芯片制造水平的進(jìn)一步提升。
3.3.3. 激光加工頭——激光加工設(shè)備之手
激光加工頭是將激光光束引入工作臺(tái)的關(guān)鍵部件。在激光加工過(guò)程中，激光加工頭 將激光器生成的發(fā)散光聚焦到材料表面，高能量密度的光束與材料發(fā)生相互作用， 從而完成對(duì)材料的加工。根據(jù)用途的不同，激光加工頭可分為激光切割頭、激光打 標(biāo)頭、激光焊接頭和激光熔覆頭等。激光切割設(shè)備通用性較強(qiáng)，其對(duì)應(yīng)的激光切割 頭的需求量大，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。典型的光纖激光切割頭的組成部分主要包括光纖連 接塊、準(zhǔn)直組件、聚焦組件、保護(hù)鏡盒、傳感器及控制盒、割嘴等。
激光焊接頭的構(gòu)造則更為復(fù)雜，除了與激光切割頭中相似的組件外，還需要光斑擺 動(dòng)控制、焊縫跟蹤、光斑整形、實(shí)時(shí)影像分析，并配備了通信接口，是一個(gè)融合了 光學(xué)、機(jī)械、傳感、影像、控制、通信、態(tài)勢(shì)感知和算法等多種功能集于一體的、 具備前端智慧的子系統(tǒng)。
激光加工頭是激光加工設(shè)備的標(biāo)配，設(shè)備出廠時(shí)均為一機(jī)配一頭，且在激光加工設(shè) 備的生命周期內(nèi)約需要更換 1 到 2 次。若粗略假設(shè)每年激光切割頭的需求量約為當(dāng) 年激光切割設(shè)備的銷量（增量市場(chǎng)）+30%前一年銷量（存量更換市場(chǎng)），則 2022 年 中國(guó)激光切割頭的需求量超過(guò) 10 萬(wàn)套。進(jìn)一步假設(shè)中低功率激光切割頭的平均價(jià) 格為 1 萬(wàn)元，高功率激光切割頭的平均價(jià)格為 6 萬(wàn)元，則 2022 年中國(guó)激光切割頭 的市場(chǎng)空間約 27 億元?！?022 中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》中預(yù)計(jì) 2022 年激光切割頭 市場(chǎng)規(guī)模約為 12.6 億元，我們認(rèn)為該數(shù)字較低是因?yàn)閮H按激光切割頭的市場(chǎng)銷售口 徑進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，而未將設(shè)備廠家自制的激光切割頭價(jià)值考慮在內(nèi)。
從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，激光切割頭的主要廠商有德國(guó) Precitec、德國(guó) LT、深圳萬(wàn)順興、 上海嘉強(qiáng)和柏楚電子等。根據(jù)柏楚電子公告，國(guó)產(chǎn)激光切割頭主要應(yīng)用于 6kW 以 下的設(shè)備，國(guó)產(chǎn)化率已達(dá)到 80%，6kW 以上的激光切割頭幾乎被德國(guó) Precitec 壟 斷，國(guó)產(chǎn)化率不足 10%，德國(guó) LT 則幾乎壟斷了三維五軸激光切割頭。柏楚電子于 2019 年收購(gòu)波刺自動(dòng)化打入智能切割頭領(lǐng)域，憑借其自身在控制系統(tǒng)方面的技術(shù)積累以及人才優(yōu)勢(shì)，迅速在該領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟，2021 年出貨 2000 套左右，公司在 2022 年上半年完成定增進(jìn)行智能切割頭擴(kuò)產(chǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能 14800 套，是在高端切割頭領(lǐng)域 最有望實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代的廠商。
對(duì)于結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，定制化程度更高的激光加工頭（如激光焊接頭和激光熔覆頭） 來(lái)說(shuō)，整體市場(chǎng)較為分散。專業(yè)激光加工頭廠商如德國(guó) Precitec、德國(guó) LT、深圳萬(wàn) 順興和上海嘉強(qiáng)等公司均有激光焊接頭和激光熔覆頭產(chǎn)品，而由于高端激光加工頭 價(jià)值量較高（如聯(lián)贏激光 2019 年從國(guó)外進(jìn)口的激光焊接頭平均價(jià)格超過(guò) 18 萬(wàn)元）， 實(shí)力較強(qiáng)的激光加工設(shè)備龍頭廠商也傾向于自主研發(fā)激光加工頭，如德國(guó) TRUMPF、 大族激光、聯(lián)贏激光等均自主生產(chǎn)激光加工頭并集成到其生產(chǎn)的各類激光加工設(shè)備 上。整體來(lái)看，我國(guó)高端激光加工頭依然部分依賴進(jìn)口，但技術(shù)差距已逐漸縮小。
3.4. 下游：激光加工設(shè)備
設(shè)備商將激光器、運(yùn)控系統(tǒng)、激光加工頭、冷卻系統(tǒng)、機(jī)械件以及電源等零部件進(jìn) 行集成，即可生產(chǎn)出激光加工設(shè)備。
根據(jù) Optech Consulting 數(shù)據(jù)，2021 年全球激光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 213 億美元， 2011-2021 間 10 年 CAGR 為 7.7%，2016-2021 間 5 年 CAGR 為 10.8%。中國(guó)是激光 加工設(shè)備最大的應(yīng)用市場(chǎng)，根據(jù)《2022 中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2021 年中國(guó)激光 設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 821 億元（包含工業(yè)、信息、商業(yè)、醫(yī)學(xué)和科研領(lǐng)域的激光設(shè)備）， 2011-2021 間 10 年 CAGR 達(dá)到 21.5%，2016-2021 間 5 年 CAGR 達(dá)到 16.4%，遠(yuǎn)高 于全球市場(chǎng)增速。按照 2021 年中國(guó)激光設(shè)備中工業(yè)占比 62%計(jì)算，2021 年中國(guó)激 光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約為 509 億元，占全球之比接近 40%。根據(jù)機(jī)電之家數(shù)據(jù)， 2002 年中國(guó)激光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模占全球之比不足 4%，20 年間占比提高 10 倍。
從激光加工設(shè)備產(chǎn)量來(lái)看，2021 年中國(guó)激光加工設(shè)備產(chǎn)量達(dá)到 20.19 萬(wàn)臺(tái)，2016- 2021 間 5 年 CAGR 達(dá)到 29.3%，增速遠(yuǎn)高于市場(chǎng)規(guī)模，這主要是由于激光器價(jià)格的 下降帶動(dòng)設(shè)備價(jià)格不斷降低所致。激光加工設(shè)備產(chǎn)量最高的是激光切割設(shè)備、激光 焊接設(shè)備和激光打標(biāo)設(shè)備，三者合計(jì)占比達(dá)到 80.6%。
從終端應(yīng)用規(guī)模來(lái)看，占比較多的同樣為激光打標(biāo)設(shè)備、激光切割設(shè)備和激光焊接 設(shè)備。早年間受限于激光器功率，激光打標(biāo)設(shè)備占據(jù)了主要市場(chǎng)份額，但隨著激光 技術(shù)的發(fā)展，激光打標(biāo)設(shè)備的占比從 2002 年的 49%萎縮到了 2021 年的 13%，激 光切割設(shè)備的占比從 2002 年的 23%增長(zhǎng)到了 2021 年的 40%，成為激光加工設(shè)備 最大的終端應(yīng)用領(lǐng)域。
按照各公司 2021 年激光加工設(shè)備銷售收入與當(dāng)年激光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模計(jì)算各公 司在激光加工設(shè)備市場(chǎng)中的份額。其中 2021 中國(guó)激光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模取 509 億 元，大族激光等上市公司市場(chǎng)份額以其 2021 年報(bào)中披露的激光加工設(shè)備銷售收入 為依據(jù)，宏石激光等非上市公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為激光切割設(shè)備，市場(chǎng)份額以《2022 激光 產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》中的中國(guó)激光切割設(shè)備銷售收入與各公司占切割設(shè)備市場(chǎng)之比的乘 積為依據(jù)。從計(jì)算結(jié)果看，我國(guó)激光加工設(shè)備的整體市場(chǎng)格局相對(duì)分散。大族激光 作為老牌激光加工設(shè)備企業(yè)，在通用激光加工設(shè)備以及鋰電、光伏、消費(fèi)電子等行 業(yè)的專用激光加工設(shè)備領(lǐng)域廣泛布局，在激光加工設(shè)備市場(chǎng)份額一家獨(dú)大，占到 21.9%，其他企業(yè)的市場(chǎng)份額均較低，CR3 為 31.6%，CR10 為 51.3%。這主要系激 光切割設(shè)備和激光打標(biāo)設(shè)備通用性較強(qiáng)，下游設(shè)備集成商門檻較低，本土中小企業(yè) 眾多所致。中國(guó)依靠工程師紅利，在設(shè)備集成方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前中國(guó)的激光 加工設(shè)備市場(chǎng)幾乎完全由國(guó)產(chǎn)設(shè)備占據(jù)，全球最大的激光加工設(shè)備廠商 TRUMPF 公 司 2021 年在中國(guó)激光加工設(shè)備市場(chǎng)份額僅為 3.1%（該份額依據(jù) TRUMPF 最新在華 銷售收入及激光設(shè)備收入占其銷售收入之比計(jì)算出）。在一些新興的行業(yè)專機(jī)領(lǐng)域， 動(dòng)力電池激光加工設(shè)備廠商聯(lián)贏激光和海目星以及光伏激光加工設(shè)備廠商帝爾激 光的技術(shù)水平均處于全球領(lǐng)先地位，其中帝爾激光在 PERC 光伏激光加工設(shè)備領(lǐng)域 幾乎壟斷了全球市場(chǎng)。
下游設(shè)備分散的市場(chǎng)格局帶來(lái)了激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。激光制造網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，目前一臺(tái) 3kW 的國(guó)產(chǎn)激光切割設(shè)備價(jià)格已下探到 20 萬(wàn)元以內(nèi)，而同等功率的歐洲設(shè)備報(bào)價(jià) 在百萬(wàn)元以上。在設(shè)備端已經(jīng)完成國(guó)產(chǎn)替代的背景下，中國(guó)的激光加工設(shè)備未來(lái)還 需走出國(guó)門，更多地參與到國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中去。但同時(shí)，雖然我國(guó)的激光加工機(jī)床從 2019 年開始由貿(mào)易逆差轉(zhuǎn)為貿(mào)易順差，但出口設(shè)備的平均單價(jià)遠(yuǎn)低于進(jìn)口設(shè)備，表明我 國(guó)處于出口低端產(chǎn)品進(jìn)口高端產(chǎn)品的情況，產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力需要提升。
3.5. 垂直整合是國(guó)際激光巨頭普遍選擇的進(jìn)階之路
從國(guó)外激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程來(lái)看，在激光產(chǎn)業(yè)剛剛起步之時(shí)，呈現(xiàn)出較為明顯的國(guó) 際化分工的態(tài)勢(shì)，即各廠商往往聚焦于產(chǎn)業(yè)鏈中的某一環(huán)節(jié)。而隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 產(chǎn)業(yè)鏈由分散開始走向垂直整合。激光廠商采用垂直整合戰(zhàn)略的原因有二：一是降 低生產(chǎn)成本，這主要通過(guò)向上游材料領(lǐng)域延申，擺脫供應(yīng)商依賴來(lái)實(shí)現(xiàn)；二是拓展 新市場(chǎng)，這主要通過(guò)向中下游部件及設(shè)備領(lǐng)域延申，完善產(chǎn)品矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。而垂直 整合的手段則主要包括了自主研發(fā)以及兼并收購(gòu)，隨著激光相關(guān)產(chǎn)品的個(gè)性化以及 技術(shù)壁壘的逐步提高，并購(gòu)作為能夠快速進(jìn)入新領(lǐng)域的手段受到了激光廠商的青睞。2010 年以來(lái)，主要激光巨頭的兼并收購(gòu)呈現(xiàn)出愈演愈烈的態(tài)勢(shì)，不僅大公司并購(gòu)小 公司的案例層出不窮，大公司和大公司之間的合并也時(shí)有發(fā)生，比如 2022 年上半年 II-VI 公司完成對(duì) Coherent 公司的并購(gòu)就是最典型的案例。
選取激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈上游代表性企業(yè) II-VI，中游代表性企業(yè) IPG 以及下游代 表性企業(yè) TRUMPF，分析他們?cè)诩す鈽I(yè)務(wù)上垂直整合的歷史?？梢钥吹饺夜倦m 然在創(chuàng)立之初分別專注于產(chǎn)業(yè)鏈的上游、中游和下游，但經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，通過(guò) 自主研發(fā)以及兼并收購(gòu)，均基本打通了材料元器件——激光器——激光加工設(shè)備這 一整條激光加工產(chǎn)業(yè)鏈。
國(guó)際激光巨頭通過(guò)打通激光產(chǎn)業(yè)鏈，大大加強(qiáng)了自身的技術(shù)實(shí)力以及產(chǎn)品質(zhì)量，同 時(shí)也擁有了對(duì)終端需求快速響應(yīng)的能力，因此這些巨頭公司在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中始終保持 著優(yōu)勢(shì)。雖然國(guó)內(nèi)激光企業(yè)的崛起分走了一部分這些激光巨頭在中國(guó)的市場(chǎng)份額， 但高端產(chǎn)品上國(guó)產(chǎn)替代仍顯乏力，這使得進(jìn)口產(chǎn)品能夠以相對(duì)較低的市場(chǎng)份額賺取 大部分的利潤(rùn)。國(guó)內(nèi)激光企業(yè)若要實(shí)現(xiàn)突破，需要進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)作，持續(xù)深化 產(chǎn)業(yè)鏈布局，構(gòu)建差異化壁壘，打入高端藍(lán)海市場(chǎng)，避免在紅海市場(chǎng)做無(wú)謂的同質(zhì) 化競(jìng)爭(zhēng)，而在這個(gè)過(guò)程中擁有資金及技術(shù)優(yōu)勢(shì)的龍頭企業(yè)有望脫穎而出。
4. 終端應(yīng)用遍地開花，激光加工設(shè)備市場(chǎng)潛力無(wú)限
無(wú)論從短期，中期還是長(zhǎng)期的視角來(lái)看，激光加工設(shè)備都有廣闊的應(yīng)用前景與市場(chǎng) 空間，具有較高的成長(zhǎng)性。
4.1. 短期視角：激光切割堆土筑基，鋰電光伏添磚加瓦
短期來(lái)看，激光切割設(shè)備仍將是激光加工設(shè)備市場(chǎng)的第一大組成部分，而鋰電池和 光伏的持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)將為激光加工設(shè)備帶來(lái)可觀的增量市場(chǎng)。
4.1.1. 激光切割設(shè)備仍為市場(chǎng)主力軍，替代市場(chǎng)和迭代市場(chǎng)助力規(guī)模穩(wěn)中有升
從宏觀加工視角來(lái)看，工業(yè)中主要的切割設(shè)備包括激光切割機(jī)、火焰切割機(jī)、等離 子切割機(jī)、水射流切割機(jī)、線切割機(jī)以及剪切機(jī)床等。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)切割的 質(zhì)量、精度和效率要求不斷提高，在所有的切割方式中，激光切割的綜合優(yōu)勢(shì)最為 明顯。以往制約激光切割機(jī)在下游應(yīng)用的主要障礙是其價(jià)格過(guò)于高昂，但是近幾年 國(guó)產(chǎn)激光器的價(jià)格持續(xù)下降帶動(dòng)激光切割機(jī)價(jià)格降低后，激光切割機(jī)成為了越來(lái)越 多廠商的選擇。激光切割機(jī)可以部分替代金屬成形機(jī)床中的沖床和剪切機(jī)床，我國(guó) 激光切割機(jī)銷量與金屬成形機(jī)床的產(chǎn)量之比從 2013 年的 0.76%快速提升到 37.5%， 充分反映出激光切割機(jī)在下游快速滲透的態(tài)勢(shì)。
激光切割機(jī)的市場(chǎng)可分為替代市場(chǎng)和迭代市場(chǎng)。替代市場(chǎng)主要為激光切割機(jī)對(duì)傳統(tǒng) 切割設(shè)備的替代，而迭代市場(chǎng)主要為市場(chǎng)存量激光切割機(jī)的更新?lián)Q代。
從替代市場(chǎng)來(lái)看，激光切割的替代對(duì)象為傳統(tǒng)的數(shù)控切割機(jī)床（手工切割設(shè)備如手 工火焰/等離子切割無(wú)法替代，不在考慮范圍）。其中線切割的高精度使其有其特定 的應(yīng)用場(chǎng)景，激光切割難以替代；剪切機(jī)床/沖床大多用于加工薄板（<3mm），少量 用于加工中板（3-20mm），可用于加工薄板和中板的中低功率的激光切割機(jī)在市場(chǎng) 中已穩(wěn)定發(fā)展多年，可以認(rèn)為基本完成滲透。進(jìn)一步考慮到水射流切割機(jī)由于切割 速度慢且存在水污染，在工業(yè)中已應(yīng)用得較少，2017 年以來(lái)我國(guó)每年進(jìn)口水射流切 割機(jī)僅 30-80 臺(tái)，我們認(rèn)為激光切割當(dāng)前主要的替代對(duì)象為在厚板（>20mm）切割 領(lǐng)域替代數(shù)控火焰/等離子切割機(jī)。《現(xiàn)代焊接》雜志曾在 2013 年報(bào)導(dǎo)了國(guó)外對(duì)幾種 不同切割方式經(jīng)濟(jì)性的測(cè)算情況，結(jié)果表明光纖激光切割機(jī)的運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于其他 切割方式，且當(dāng)前 2kW 光纖激光切割機(jī)的價(jià)格從報(bào)導(dǎo)時(shí)的 40 萬(wàn)美元降到了如今的 20 萬(wàn)人民幣以內(nèi)，已與數(shù)控火焰/等離子切割機(jī)的一次投入相差不大?！督饘偌庸ぃ簾峒庸ぁ冯s志也曾在 2018 年報(bào)導(dǎo)了我國(guó)研究人員對(duì)不同切割方式成本的對(duì)比，測(cè)算 中綜合考慮了時(shí)間成本、電力成本、氣體成本、配件成本和材料損耗成本，結(jié)果表 明火焰切割、等離子切割、激光切割的成本分別約為每米 2.5 元、3.2 元和 1.7 元， 激光切割明顯更優(yōu)。
近年光纖激光切割機(jī)的功率大幅提高，如今已有 40kW 商業(yè)化產(chǎn)品問(wèn)世，最高切割 厚度可達(dá) 200mm，對(duì) 40mm 的厚板切割速度可達(dá) 2300mm/min，而且激光切割機(jī)幾 乎不存在環(huán)境污染，符合綠色制造的理念?；谝陨显?，我們認(rèn)為今后激光切割 機(jī)對(duì)數(shù)控火焰/等離子切割機(jī)的存量市場(chǎng)替代力度將越來(lái)越大。
根據(jù)《2022 中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2021 年我國(guó)激光切割設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 280.1 億元，預(yù)計(jì) 2022 年將達(dá)到 300 億元。近年激光切割設(shè)備價(jià)格的大幅下降使得 2018 年以來(lái)激光切割設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模增速趨緩。由于目前激光器的降價(jià)空間已比較小， 且激光切割設(shè)備的替代市場(chǎng)和迭代市場(chǎng)依然巨大，我們認(rèn)為通用激光切割設(shè)備短期 內(nèi)仍是激光加工設(shè)備中的第一大市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)模保持穩(wěn)健增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
4.1.2. 鋰電光伏擴(kuò)產(chǎn)趨勢(shì)仍存，行業(yè)專用激光加工設(shè)備貢獻(xiàn)重要增量
4.1.2.1. 鋰電專用激光加工設(shè)備
鋰電池加工過(guò)程中使用到的激光加工技術(shù)如下：前道環(huán)節(jié)：正負(fù)極的激光極耳切割成型、激光極片切割、激光極片分條，以及 隔膜的激光切割。? 中道環(huán)節(jié)：極片/極耳激光清洗，殼體、頂蓋、密封釘、極耳等的激光焊接。后道環(huán)節(jié)：電池 PACK 模組時(shí)的連接片激光焊接，電池激光打標(biāo)。激光加工所特有的無(wú)耗材、無(wú)毛刺粉塵、柔性自動(dòng)化集成、生產(chǎn)效率高、工藝穩(wěn)定 性好等優(yōu)點(diǎn)使其在鋰電池生產(chǎn)中難以被其他加工方式替代。
對(duì)鋰電領(lǐng)域激光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行測(cè)算。中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電 池應(yīng)用分會(huì)與電池中國(guó)網(wǎng)（CBEA）最新發(fā)布的《全球鋰電產(chǎn)業(yè)供需白皮書》顯示， 2022 年全球動(dòng)力+儲(chǔ)能鋰電池需求量達(dá)到 570GWh，2025 年需求量將達(dá) 1606GWh， 3 年內(nèi)新增需求量達(dá)到 1036GWh。假設(shè)整體產(chǎn)能利用率為 50%-70%，則未來(lái) 3 年需新增產(chǎn)能 1480-2072GWh；根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，假設(shè)單 GWh 設(shè)備投資額約為 1.8 億，則未來(lái) 3 年的全球動(dòng) 力+儲(chǔ)能鋰電池設(shè)備投資額將達(dá)到 2664-3728 億元；聯(lián)贏激光在招股說(shuō)明書中披露激光焊接設(shè)備占鋰電設(shè)備投資額的 5%-15%，考 慮到激光切割/打標(biāo)/清洗在鋰電制造中均有應(yīng)用，粗略假設(shè)激光加工設(shè)備占設(shè)備 投資的比例為 20%，則未來(lái) 3 年的全球動(dòng)力+儲(chǔ)能鋰電池激光設(shè)備的投資額將達(dá) 到 533-746 億元；按近年中國(guó)鋰電池市場(chǎng)規(guī)模大約占全球 60%計(jì)算，則未來(lái) 3 年中國(guó)動(dòng)力+儲(chǔ)能 鋰電池激光加工設(shè)備的投資額將達(dá)到 320-448 億元，平均一年 107-150 億元。
4.1.2.2. 光伏專用激光加工設(shè)備
激光加工技術(shù)在各種光伏電池技術(shù)路線中均有應(yīng)用。根據(jù)光伏激光設(shè)備龍頭帝爾激光的相關(guān)公告及投資者調(diào)研紀(jì)要，激光加工技術(shù)在各種光伏電池中的主要應(yīng)用如下：PERC：SE 激光磷摻雜和激光消融已成為 PERC 電池工藝標(biāo)配設(shè)備；TOPCon：SE 激光一次硼摻雜技術(shù)正在 5-6 家客戶處驗(yàn)證，穩(wěn)定在 0.2%-0.3% 效率提升，預(yù)計(jì) 2022 年底前會(huì)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)訂單；HJT：LIA 激光修復(fù)技術(shù)已取得客戶量產(chǎn)訂單，激光轉(zhuǎn)印技術(shù)在 2022 年三季度 取得客戶訂單；IBC：激光開槽技術(shù)已經(jīng)取得近 40GW 訂單；鈣鈦礦：P1-P4 的四道激光加工技術(shù)已有技術(shù)積累。激光轉(zhuǎn)印的柵線更細(xì)，因此漿料節(jié)省更多，低溫銀漿也同樣適用，激光轉(zhuǎn)印為非接 觸式印刷，可以避免擠壓式印刷存在的隱裂、破片、污染、劃傷等問(wèn)題，因此激光 轉(zhuǎn)印技術(shù)在 PERC、TOPCon、HJT、IBC 等電池工藝上都可以應(yīng)用。
根據(jù)國(guó)際能源署消息，2021 年底全球光伏裝機(jī)量達(dá)到 942GW；另?yè)?jù)國(guó)家能源局消 息，2021 年底我國(guó)光伏裝機(jī)量達(dá)到 306GW。按照 CPIA《中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖 （2021 年版）》中對(duì)未來(lái)全球新增光伏裝機(jī)量及中國(guó)新增光伏裝機(jī)量的中性假設(shè)， 2025 年全球光伏裝機(jī)量將達(dá)到 1976GW，中國(guó)光伏裝機(jī)量將達(dá)到 670GW。對(duì)光伏領(lǐng)域激光加工設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行測(cè)算。根據(jù) CPIA 對(duì)全球光伏新增裝機(jī)量的 中性假設(shè)， 2025 年全球各類光伏電池新增裝機(jī)量將達(dá)到 299GW，其中 PERC、 TOPCon、HJT、IBC 電池的占比分別為 60%，20%，15.5%和 2.5%，對(duì)應(yīng)裝機(jī)量分 別為 179GW、60GW、46GW 和 8GW。新電池產(chǎn)線的產(chǎn)能爬坡需要一個(gè)過(guò)程，假設(shè) PERC、TOPCon、HJT 和 IBC 電池 2025 年的整體產(chǎn)能利用率分別為 70%、40%、 35%和 30%，則未來(lái) 3 年 PERC、TOPCon、HJT 和 IBC 分別新增產(chǎn)能 8GW、160GW、 164GW 和 27GW。進(jìn)一步根據(jù)各種激光加工設(shè)備在不同電池技術(shù)路線中的價(jià)值量以 及技術(shù)滲透率假設(shè)，測(cè)算出未來(lái) 3 年新增的光伏激光加工設(shè)備投資額可達(dá) 119.8 億 元，平均每年約 40 億元。
4.2. 中期視角：激光焊接薪火相傳，激光清洗整裝待發(fā)
中期來(lái)看，工業(yè)焊接市場(chǎng)和工業(yè)清洗市場(chǎng)龐大，而激光焊接和激光清洗在下游的滲 透率仍然較低，有望接棒激光切割設(shè)備成為激光加工設(shè)備市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)極。
4.2.1. 激光焊接技術(shù)趨于成熟，全能“工業(yè)裁縫”放量在望
焊接素有“工業(yè)裁縫”之稱，是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工手段。公開資料顯示，全世界年產(chǎn)量 45%的鋼和大量的有色金屬均需要通過(guò)焊接加工形成最終產(chǎn)品，幾乎 所有的工業(yè)部門均會(huì)涉及焊接技術(shù)。焊接技術(shù)可分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類，激光焊屬于熔化焊的一種。電弧焊 和電阻焊均誕生于 19 世紀(jì)末，至今仍是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最多的焊接技術(shù)。相比于這些 傳統(tǒng)焊接技術(shù)，激光焊接具有效率高、變形小、可達(dá)性好等一系列優(yōu)勢(shì)，而且激光 焊接幾乎是唯一一種在宏觀和微觀兩個(gè)維度均能進(jìn)行高效焊接的技術(shù)。激光開始被 用于焊接的時(shí)間和切割相近，但此前市場(chǎng)規(guī)模遠(yuǎn)小于切割，這一方面是因?yàn)榧す夂?接的工藝復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于切割，技術(shù)難度和設(shè)備集成難度均較高；另一方面是早期 激光器的功率普遍較低，加工能力有限，加之激光設(shè)備成本過(guò)高，廠商更偏愛技術(shù) 更為成熟、一次投入顯著更低的傳統(tǒng)焊接設(shè)備，使得激光焊接設(shè)備的下游需求量非 常有限。這些阻礙激光焊接下游滲透的因素正在逐漸消失，一方面近年激光器功率 大幅升高且價(jià)格大幅降低，性價(jià)比逐漸顯現(xiàn)，激光切割設(shè)備的快速放量是最佳佐證；另一方面激光焊接技術(shù)已越發(fā)成熟，從近 10 年的激光加工專利來(lái)看，激光焊接的 專利數(shù)量上升明顯，在科研領(lǐng)域激光焊接相關(guān)的論文數(shù)量也顯著高于其他焊接技術(shù)， 激光焊接已有了足夠的技術(shù)積累。
近年激光焊接市場(chǎng)已悄然起量。中科院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心發(fā)布的《2022 中國(guó)激光產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，2021 年我國(guó)激光焊接成套設(shè)備銷售收入為 66.5 億元，但該數(shù)據(jù) 未將激光焊接機(jī)器人、手持激光焊機(jī)等考慮在內(nèi)；中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國(guó)激 光行業(yè)市場(chǎng)前景及投資機(jī)會(huì)研究報(bào)告》則統(tǒng)計(jì) 2021 年我國(guó)激光焊接設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模 為 162.5 億元?？梢钥闯鰺o(wú)論統(tǒng)計(jì)口徑如何，2018-2021 的 3 年間激光焊接設(shè)備的市 場(chǎng)規(guī)模均實(shí)現(xiàn)了翻倍左右的增長(zhǎng)，相比之下激光切割設(shè)備 3 年間市場(chǎng)規(guī)模僅增長(zhǎng)了 16.3%。
4.2.1.1. 自動(dòng)化激光焊接設(shè)備
從整個(gè)大工業(yè)制造領(lǐng)域來(lái)看，自動(dòng)化激光焊接可以被應(yīng)用到了汽車、高鐵、船舶、 飛機(jī)、火箭等各種產(chǎn)品的生產(chǎn)中。以激光焊接最主要的應(yīng)用領(lǐng)域汽車為例，激光焊 接 20 世紀(jì) 80 年代就被用在了汽車白車身制造中。21 世紀(jì)初，以奔馳、寶馬、奧 迪、大眾等為首的德系品牌汽車制造商，率先在國(guó)內(nèi)合資公司的車身制造領(lǐng)域應(yīng)用 激光焊接工藝，如奔馳 E class-L 轎車白車身上激光焊縫達(dá) 422 條，總長(zhǎng)度超過(guò)為 10.5 m，一汽大眾 Golf A6 激光焊縫總長(zhǎng)度超過(guò) 50 米。如今，激光焊接生產(chǎn)線已成 為車身焊裝車間的標(biāo)配。
激光焊接可以給汽車制造業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。和車身裝配中使用最多的電阻點(diǎn) 焊相比，激光焊的主要優(yōu)點(diǎn)如下：降低車身重量。電阻點(diǎn)焊需要把兩個(gè)焊頭夾在工件邊緣上進(jìn)行焊接，凸緣寬度 需要 16mm，而激光焊接是單邊非接觸焊接，凸緣寬度只需要 5mm，若把點(diǎn)焊 更換為激光焊，每輛車可以減重 40kg；大幅提高生產(chǎn)效率。用傳統(tǒng)點(diǎn)焊焊接兩片 0.8mm 的鋼板沖壓件，平均是 20 點(diǎn) /min，焊距是 25mm，即速度為 0.5m/min，用激光焊速度可以達(dá)到 5m/min 以上；節(jié)約生產(chǎn)成本。電阻點(diǎn)焊在生產(chǎn)過(guò)程中需要消耗電極帽、電極桿、刀具等配件， 而激光焊幾乎無(wú)配件消耗。
激光焊應(yīng)用在車身制造中雖然具有諸多優(yōu)勢(shì)，但目前的滲透率依然較低，前文所述 的設(shè)備投資大+技術(shù)尚未成熟是主因。根據(jù)汽車輕量化在線的報(bào)告，我國(guó)全鋼車身 應(yīng)用激光焊接的比例為 2%，鋼鋁車身為 4%，全鋁車身約 2.5%，鋁+碳纖維車身 約 7.4%。根據(jù)我們的草根調(diào)研，某國(guó)際汽車巨頭已不再對(duì)電阻點(diǎn)焊工藝進(jìn)行開發(fā)，并將全面推廣激光焊接工藝，可以預(yù)見未來(lái)激光焊接在車身制造中的應(yīng)用比例將大 幅提高。對(duì)汽車車身自動(dòng)化激光焊接設(shè)備的市場(chǎng)空間進(jìn)行測(cè)算。智研咨詢數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)汽 車整車制造業(yè)固定資產(chǎn)投資的 50%以上一般用于購(gòu)買制造裝備，其中，整車制造中 焊裝工藝裝備的投入占比一般為 25%，則焊裝工藝裝備的投資在汽車整車制造業(yè)固 定投資中的占比約為 12.5%。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2015-2017 年我國(guó)汽車整車制造 業(yè)固定資產(chǎn)投資額穩(wěn)定在 2700 億左右，假設(shè)未來(lái)每年固定資產(chǎn)投資額為 3000 億元， 則每年車身焊接設(shè)備投資額為 375 億元。若激光焊接設(shè)備滲透率能達(dá)到 30%，則每 年汽車車身激光焊接設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模超過(guò) 100 億元；若達(dá)到 50%，則每年汽車車身激 光焊接設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將接近 200 億元。此前我國(guó)的車身激光焊接產(chǎn)線幾乎全部依賴 進(jìn)口，如今以大族激光和華工科技為代表的國(guó)內(nèi)廠商已能夠提供完整的車身激光焊 接產(chǎn)線解決方案，并在國(guó)內(nèi)多條汽車生產(chǎn)線上得到應(yīng)用。激光焊接特別適用于汽車車身薄板焊接的場(chǎng)合，與該場(chǎng)景類似的還包括軌道列車、 飛機(jī)等，比如空客 A350 中有 18 塊壁板使用到了激光焊接，焊縫總長(zhǎng)度達(dá) 1000m。在以往激光焊不適合的厚板領(lǐng)域，激光焊目前也能通過(guò)與傳統(tǒng)弧焊進(jìn)行復(fù)合焊接， 獲得比單一弧焊更好的焊接接頭，激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)已在船舶制造中得到應(yīng)用。今后在大型金屬構(gòu)件的制造中，激光焊接將打開更為廣闊的市場(chǎng)。而在微型結(jié)構(gòu)焊 接領(lǐng)域，激光焊非接觸、高精密、柔性化的特點(diǎn)也使其能實(shí)現(xiàn)各類 3C 產(chǎn)品的精細(xì) 微焊接，進(jìn)一步擴(kuò)充激光焊接市場(chǎng)。
4.2.1.2. 手持激光焊接設(shè)備
除自動(dòng)化激光焊接設(shè)備之外，手持激光焊接技術(shù)的進(jìn)步也為激光焊接帶來(lái)了更多應(yīng) 用場(chǎng)合。過(guò)去手工焊接的主要方式為電弧焊，包括焊條電弧焊、MIG 焊和 TIG 焊等。手工電弧焊在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生極高的熱量，導(dǎo)致熱影響區(qū)較大，材料扭曲變形；在焊 前焊后均需進(jìn)行處理，降低生產(chǎn)率；更重要的是，手工電弧焊依賴有經(jīng)驗(yàn)的焊工， 大大增加了人工成本。自動(dòng)化激光焊接設(shè)備占地面積大、設(shè)備成本高、使用不靈活， 這使得手持激光焊接設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，成為金屬加工制造商的理想解決方案。
手持激光焊機(jī)經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，逐漸克服了此前手持激光焊機(jī)體積大、對(duì)配合精 度要求高、操作安全性有隱患等痛點(diǎn)。目前的風(fēng)冷手持激光焊機(jī)體積已和傳統(tǒng)手工 弧焊機(jī)近似，擺動(dòng)光斑技術(shù)使得焊機(jī)對(duì)工件配合間隙的要求大大降低，傳感器的加 入使得設(shè)備安全性大大提高，最重要的是手持激光焊機(jī)的價(jià)格從早年的十幾萬(wàn)一臺(tái) 下降到了如今的三萬(wàn)多元，這使得手持激光焊對(duì)廣告、模具修補(bǔ)、不銹鋼衛(wèi)浴、鈑 金機(jī)柜、電箱電柜、不銹鋼門窗和衣柜家具等行業(yè)有極高的吸引力。近年我國(guó)手持 激光焊機(jī)的產(chǎn)量迅猛增長(zhǎng)，2021 年產(chǎn)量接近 3 萬(wàn)臺(tái)，按每臺(tái)價(jià)格 3.87 萬(wàn)元計(jì)算， 2021 年我國(guó)手持激光焊機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模已超過(guò) 10 億元。
對(duì)手持激光焊接設(shè)備的市場(chǎng)空間進(jìn)行測(cè)算。根據(jù)中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)電焊機(jī)分會(huì)數(shù)據(jù)， 2021 年我國(guó)全年生產(chǎn)手工電弧焊機(jī)數(shù)量為 477 萬(wàn)臺(tái)，因此手持激光焊機(jī)的滲透率僅 為 0.63%。若未來(lái)手持激光焊機(jī)的滲透率能夠達(dá)到 10%，即約 50 萬(wàn)臺(tái)，并按一臺(tái) 焊機(jī)價(jià)格降低至 2 萬(wàn)元計(jì)算，手持激光焊機(jī)在中國(guó)每年的市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá) 100 億元。目前，IPG、大族激光、華工科技、光惠激光等公司均有較為成熟的手持激光焊產(chǎn)品。
4.2.2. 激光清洗國(guó)標(biāo)出臺(tái)，綠色技術(shù)劍指千億市場(chǎng)
工業(yè)清洗市場(chǎng)龐大，根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測(cè)，2021 年我國(guó)工業(yè)清洗市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 995.8 億元，其中清洗設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為 433.5 億元。另?yè)?jù)中研網(wǎng)資訊，2021 年我國(guó)激 光清洗設(shè)備市場(chǎng)銷售額在 5.1 億元左右，因此激光清洗在我國(guó)的市場(chǎng)滲透率僅為 1.18%。從全球范圍來(lái)看，中科院姚建銓院士在 2022 年 6 月召開的激光清洗在線技 術(shù)研討會(huì)上表示，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用激光清洗已有近 30 年的歷史，激光清洗市場(chǎng)表 現(xiàn)穩(wěn)定，但由于市場(chǎng)空間有限，并沒有表現(xiàn)出爆發(fā)性增長(zhǎng)，真正的大市場(chǎng)在中國(guó)以 及一些新興工業(yè)國(guó)家。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì) 2021 年全球激光清洗市場(chǎng)規(guī)模為 6.67 億美元，據(jù)此計(jì)算我國(guó)激光清洗市場(chǎng)僅占全球市場(chǎng)的 12%，這與我國(guó)激光加工設(shè)備 市場(chǎng)規(guī)模占全球接近 40%的比例極不匹配。
傳統(tǒng)的工業(yè)清洗方法包括機(jī)械清洗、化學(xué)清洗、干冰清洗、噴丸清洗、超聲清洗等。與其他清洗方式對(duì)比，激光清洗在工件損傷、清洗效率、耗材費(fèi)用、清洗效果等方 面具有明顯優(yōu)勢(shì)，更重要的是它不需要任何破壞臭氧層的 CFC 類有機(jī)溶劑，無(wú)污 染，無(wú)噪聲，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害，是一種“綠色”清洗技術(shù)。此前工業(yè)界對(duì)激光清 洗這種新工藝方法認(rèn)識(shí)不足，2022 年 10 月，首份激光清洗國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——《綠色制 造·激光表面清洗技術(shù)規(guī)范》（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T 41735-2022）由全國(guó)綠色制造技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外激光清洗的標(biāo)準(zhǔn)空白，將大大提高 各行各業(yè)對(duì)激光清洗技術(shù)的認(rèn)可度，促進(jìn)激光清洗技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。
激光清洗設(shè)備與激光焊接設(shè)備類似，相比于激光切割和激光打標(biāo)，下游應(yīng)用場(chǎng)景復(fù) 雜多樣，對(duì)設(shè)備更多個(gè)性化需求，設(shè)備的推廣有賴于技術(shù)的進(jìn)步。近年激光加工設(shè) 備的行業(yè)的快速發(fā)展同樣帶動(dòng)了激光清洗技術(shù)的進(jìn)步以及設(shè)備價(jià)格的降低，大型自 動(dòng)化激光清洗設(shè)備和手持激光清洗設(shè)備均有較多的成功應(yīng)用場(chǎng)景。在“雙碳”戰(zhàn)略 下，隨著國(guó)家對(duì)碳排放的要求越來(lái)越嚴(yán)格，激光清洗設(shè)備的滲透率必將逐步提高。若激光清洗設(shè)備滲透率能達(dá)到 20%，僅中國(guó)就有 100 億的市場(chǎng)規(guī)模。
4.3. 長(zhǎng)期視角：微納加工方興未艾，3D 打印星辰大海
可以預(yù)見，激光加工技術(shù)在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里都會(huì)是主流的材料加工技術(shù)之一， 科學(xué)界和工業(yè)界對(duì)激光加工技術(shù)的各種探索也從未停止。在激光的前沿應(yīng)用方面， 我們認(rèn)為細(xì)觀制造領(lǐng)域的激光微納加工以及宏觀制造領(lǐng)域的激光 3D 打印均能夠在 未來(lái)進(jìn)一步打開激光加工設(shè)備的市場(chǎng)空間。
4.3.1. 細(xì)微之處見真章，激光雕琢微觀世界
激光作為一種非接觸式加工手段，在微納加工方面具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。激光在半導(dǎo)體光 刻領(lǐng)域一直至關(guān)重要，比如 DUV 光刻機(jī)所用的光源由準(zhǔn)分子激光器提供，而 EUV 光刻機(jī)則需要使用 CO2 激光器作為初始光源。隨著半導(dǎo)體和顯示等行業(yè)對(duì)細(xì)觀領(lǐng)域的精密加工要求越來(lái)越高，激光加工技術(shù)或?qū)?持續(xù)提供最佳解決方案。以顯示行業(yè)為例，從 20 世紀(jì) 50 年代開始，顯示技術(shù)經(jīng)歷 了從 CRT 技術(shù)到 LCD 技術(shù)到 LED 技術(shù)再到 OLED 技術(shù)的發(fā)展，而今 MicroLED 技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)最具成長(zhǎng)潛力的新型顯示技術(shù)方向。制約 MicroLED 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化最 關(guān)鍵的挑戰(zhàn)在于如何高效地將數(shù)十萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)顆尺寸在 100μm 以下的 LED 芯片由 襯底轉(zhuǎn)移至承載基板，即 LED 芯片的巨量轉(zhuǎn)移。對(duì)于微米級(jí) LED 的的巨量轉(zhuǎn)移， 傳統(tǒng)固晶技術(shù)已難以實(shí)現(xiàn)，針對(duì)該需求目前已發(fā)展出了精準(zhǔn)拾取轉(zhuǎn)移技術(shù)自對(duì)準(zhǔn)滾 輪轉(zhuǎn)印技術(shù)、自組裝轉(zhuǎn)移技術(shù)、激光輔助轉(zhuǎn)移技術(shù)等多種巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)。在眾多技 術(shù)中，激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)利用界面區(qū)域材料吸收光束能量引起快速物理變化或化學(xué) 反應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力來(lái)調(diào)控界面狀態(tài), 以克服表層材料與 MicroLED 的黏附力, 在合適 的工藝參數(shù)下可達(dá)到較高的良率、精度和轉(zhuǎn)移速率，是最有前景的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)。目前大族激光、德龍激光和海目星等公司均研發(fā)出了 MicroLED 激光巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備， 效率可達(dá) 100kk/h，位置精度達(dá)到±1um，良率可達(dá) 99.99%以上。隨著未來(lái) MicroLED 在顯示行業(yè)滲透率的提升，將給設(shè)備端帶來(lái)巨大的市場(chǎng)空間。
4.3.2. 激光 3D 打印將推動(dòng)新一輪制造業(yè)變革
材料的加工制造從原理上可分為三類：減材制造、等材制造和增材制造。減材制造：即使用車、銑、刨、磨等設(shè)備對(duì)材料進(jìn)行切削加工，以達(dá)到設(shè)計(jì)形 狀。等材制造：即通過(guò)鑄、鍛、焊等方式生產(chǎn)制造產(chǎn)品，材料重量基本不變。增材制造：即通過(guò)光固化、選擇性激光燒結(jié)、熔融堆積等技術(shù)，使材料一點(diǎn)一 點(diǎn)累加，形成需要的形狀。增材制造也被稱作 3D 打印。國(guó)標(biāo)《增材制造術(shù)語(yǔ)》（GB∕T 35351-2017）根據(jù)增材制造技術(shù)的成形原理，將增材 制造工藝分成七種基本類別，包含多種工藝技術(shù)路線。其中 SLM、SLS、LENS/LMD 和 SLA 技術(shù)均與采用激光作為加工能量源。
艾瑞咨詢發(fā)布的報(bào)告顯示，中國(guó)的 3D 打印設(shè)備市場(chǎng)中與激光相關(guān)的設(shè)備（SLS、 SLM、SLA、LMD）占比達(dá)到 52%，其中 SLM 是工業(yè)領(lǐng)域金屬 3D 打印最為常用 的設(shè)備。3D 打印的工業(yè)級(jí)應(yīng)用占比達(dá)到 65%-70%，目前有超半數(shù)應(yīng)用在航空航天 領(lǐng)域，這是一方面是因?yàn)橐恍┖娇蘸教炝悴考Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)方式很難實(shí)現(xiàn)加工制 造；另一方面是因?yàn)楹娇蘸教煺麢C(jī)產(chǎn)品價(jià)值量高，對(duì)單個(gè)零部件價(jià)格敏感度較低， 對(duì) 3D 打印這種加工方式的接受程度高。目前的 3D 打印較為適合航空航天等領(lǐng)域 小批量、定制化生產(chǎn)特點(diǎn)，能夠解決輕量化、功能化等設(shè)計(jì)要求，但隨著 3D 打印 技術(shù)發(fā)展與成本控制，其未來(lái)有望應(yīng)用到更大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)中。
從全球范圍來(lái)看，增材制造市場(chǎng)近 10 年來(lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)顯著增強(qiáng)。2001-2011 的 10 年 間全球增材制造市場(chǎng)CAGR為12.2%，但2011-2021的10年間CAGR達(dá)到了24.5%。2021 年全球增材制造產(chǎn)值達(dá)到 152.44 億美元，其中增材制造設(shè)備銷售收入為 31.74 億美元，設(shè)備占比為 20.8%。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021 年我國(guó)增材制造市場(chǎng) 規(guī)模約為 262 億元，若設(shè)備占比與全球市場(chǎng)一致，則 2021 年我國(guó)增材制造設(shè)備市 場(chǎng)規(guī)模約 54.5 億元，進(jìn)一步按照激光增材制造設(shè)備占比 52%計(jì)算，則 2021 年我國(guó) 激光增材制造設(shè)備市場(chǎng)為 28.34 億元。
由于規(guī)?；a(chǎn)制造成本較高，當(dāng)前增材制造仍然是作為減材制造和等材制造之外 的一種補(bǔ)充，用于傳統(tǒng)加工方式難以解決的制造場(chǎng)景。中國(guó)工程院盧秉恒院士曾多 次提到，未來(lái)“增材，減材，等材”三種加工方式將形成三足鼎立，創(chuàng)造的價(jià)值和 財(cái)富逐步實(shí)現(xiàn)三分天下。雖然增材制造暫時(shí)無(wú)法達(dá)到減材制造和等材制造的生產(chǎn)效 率，但鑒于其主要制造高價(jià)值產(chǎn)品，在總價(jià)值量上必將持續(xù)攀升。作為增材制造最 主要的組成部分，激光增材制造設(shè)備未來(lái)的市場(chǎng)空間十分可觀。
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