国内外光纤激光器巨头对比分析

        12月8日凌晨2时,中国将“嫦娥四号”探测器送上太空的成功举措再度引起全球瞩目。与以往不同的是,此次应用的激光测距、激光三维成像技术更加准确探测月球的状况,为科研人员提供大量可靠性验证和有效的数据。

激光技术是20世纪现代四项重大发明之一,也是影响全球未来发展的重大关键技术,21世纪广泛应用于民用和军用领域,相关技术及产业已逐渐成为多国政府重点扶持并由科研院所和企业共同主导的国家战略新兴产业。民用方面,在机械加工、汽车制造、飞天航空、电子制造、医疗美容等产业广泛应用;军用方面,随着激光技术的发展及研发应用不断成熟,激光定向能武器成为各国重点支持和发展的新概念武器,而光纤激光器综合性能优异,兼具高光束质量和高功率、散热性好,结构简单可规模化生产等诸多优势,已成为新一代先进武器的首选光源之一,并成为激光市场主流选择并有望继续高增长。

光纤激光器技术浅析

光纤激光器属于高精密度机器,需要在特殊的环境下通过精密的制造工艺完成。常见的光纤激光器主要由光学系统、电源系统、控制系统和机械结构四个部分组成,其中,光学系统由泵浦源、增益光纤、光纤光栅、信号/泵浦合束器及激光传输光缆等光学器件材料通过熔接形成全光纤激光器,并在电源系统、控制系统的驱动和监控下实现激光输出。光纤激光器工艺设计和流程管理需在长期生产过程中摸索和积累,并经管理环节长期磨合才能达到预期的效果。

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图1 典型光纤激光器光学系统 

光纤激光器作为新一代的工业激光器,已广泛应用于激光雕刻、激光打标、激光切割、激光焊接、激光医疗及增材制造等领域,并在等高端装备制造领域需求旺盛。近年来,随着激光加工替代传统制造工艺进程的不断加快,下游行业对于光纤激光器的需求不断上升,增材制造产业的不断扩张也加速推动了光纤激光器的发展。

利好政策持续推进 光纤激光器国产替代增长显著

为支持光纤激光器行业发展,近十多年来,国务院、国家发改委、工信部、科技部等部门陆续颁布了一系列支持政策:

2018年4月,工信部发布的《智能网联汽车道路测试管理规范》提出,加快激光雷达核心零部件企业加快科技创新。

2017年12月,工信部联合12部委共同发布的《增材制造产业发展行动计划(2017-2020年)》确定,提升激光/电子束高效选区熔化、大型整体构件激光及电子束送粉/送丝熔化沉积、液态金属喷墨打印等增材制造装备质量性能及可靠性。提升高光束质量激光器及光束整形系统、高品质电子枪及高速扫描系统,大功率激光扫描振镜……等器件质量性能。

2017年11月,工信部发布的《高端智能再制造行动计划(2018-2020年)》提出,鼓励应用激光、电子束等高技术含量的再制造技术,面向大型机电装备开展专业化、个性化再制造技术服务,培育一批服务型高端智能再制造企业。

2017年5月,科技部联合多部委共同发布的《“十三五”国家基础研究专项规划》提出,在产业转型升级方面,围绕网络协同制造、3D打印和激光制造、智能机器人、重点基础材料与先进电子材料研究等,解决产业共性关键技术基础问题,为培育战略性新兴产业提供科学支撑。

2017年4月,科技部发布的《“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划》要求,研究激光器动力学,掌握激光晶体/光学晶体、半导体激光芯片等激光器关键功能部件的国产化。针对高端制造用激光器的迫切需求,开展工业化光纤/半导体大功率激光器制造技术、工业化超快(飞秒、皮秒)激光器制造技术、工业化短(紫外、深紫外)波长激光器制造技术等方面的研究,开展激光器标准建设,实现高性能激光器及核心关键部件的国产化与产业化。

2016年10月,科技部发布的《2017年度增材制造重点专项项目申报指南》要求,针对激光制造/增材制造装备需求,开发传输组件、功率合束器等大功率光纤激光关键器件;开展光束质量控制、非线性抑制、光谱控制、多路光纤激光功率合成等关键技术研究;研究高功率泵浦、散热、输出功率稳定性及光致暗化等关键技术;发展工业化大功率光纤激光器系统集成和模块化组装技术。

2016年7月,国务院发布《“十三五”国家科技创新规划》提出,要加快研制具有自主知识产权的大功率光纤激光器。

2016年2月,科技部发布的《国家重点基础研究发展计划》明确将“激光器的研制”列入国家重点基础研究发展计划。

2015年5月,国务院提出《中国制造2025》将智能制造作为主攻方向,推进制造过程智能化,在重点领域重点试点建设智能工厂/数字化车间,加快人机智能交互、工业机器人、智能物流管理、增材制造等技术和装备在生产过程中的应用。

2014年2月,科技部发布的《“十二五”科技支撑计划》要求将“工业激光器及其成套设备关键技术研究与应用示范”项目纳入“十二五”国家科技支撑计划项目。

2011年7月,工信部、社科院联合发布了《中国产业发展和产业政策报告》,报告提出,“十二五”时期,我国工业发展的主题将由“调整和振兴”向“转型与升级”转变。工业发展方向呈现重化工业进一步深化、先进制造业加速发展、战略性新兴产业快速培育、信息化和工业化深度融合的显著特征。

2011年6月,国家发改委联合多部委发布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011年度)》,将激光加工技术及设备列入先进制造领域,进行优先发展、重点发展。

2010年10月,国务院发布的《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,规划提到“掌握战略性新兴产业核心技术”,提出发展激光应用及相关产业。

2009年10月,科技部《国家火炬计划优先发展技术领域》将“激光器”和特种光纤等列入国家火炬计划优先发展技术。

2006年2月,国务院发起的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》提出,将激光列为重点发展的高新技术和关键支撑技术,明确光纤激光器及激光应用产业属于国家重点支持项目。

在利好政策的引领和大力推动下,近年来我国激光器国产化程度得到了显著提升。展望未来,预计在产业政策持续推动下,国内激光器技术将逐渐接近国外一流水平,并凭借着更为出色的性价比替代进口光纤激光器。

光纤激光器行业市场发展概况

近年来,光纤激光器凭借优异的综合性能受到众多下游客户青睐,具体来看,光纤激光器具备光束质量好、输出功率高、散热性好、稳定性优异、重量体积小、结构简单易于工业化生产等诸多优势。

凭借出色的综合性能,光纤激光器迅速在工业激光器市场得到了放量,再加上传统替代和新兴应用场景的不断开发,光纤激光器在全球的市场占比提升加快,2017年已经占据了工业激光器市场半壁江山。据OFweek行业研究统计数据显示,从全球范围来看,2013年光纤激光器的工业市场份额占比约为1/3,但到2017年其市场份额已达到47%以上,2014-2017市场占有率平均每年增长3.4个百分点。2017年,全球工业激光器销售额较2016年超26%,其中,光纤激光器同比增长约34%。

国内市场方面,近年来,光纤激光器在工业应用加大,早期国外光纤激光器占绝大多数份额,2015年仅IPG一家国外光纤激光器企业在中国市场份额高达73%,国产化率仅27%;但随着国内激光技术的提升,到了2017年,国外光纤激光器企业市场份额下降到60%左右,国产化率提高到约40%,通过加紧研发技术追赶,国产光纤激光器市场份额有望进一步扩大。

此外,随着以材料加工市场为例,光纤激光器凭借高功率高光质特性逐渐在宏观材料加工市场得到重用;另一方面凭借自身极高的光源质量,其在微观材料加工领域也有望逐渐放量。综上,光纤激光器凭借自身优异特性推动其全球市场份额进一步放大,成为名副其实的第三代激光技术。

国内外光纤激光器巨头对比

光纤激光器的市场具有较高的技术壁垒,海外主要光纤激光器企有IPG、Coherent、Trumpf、nLight等,其中,IPG无疑是全球光纤激光器的龙头,近年来随着激光技术的应用广泛,其营收增长飞速,从2006年收入1.43亿美元,到2017年实现14.09亿美元,复合增长率23.1%,截至2018年9月底实现总营收11.3亿美元,同比增长7.82%;净利润6.33亿美元,同比增长7.72%。

IPG在光纤激光器研发方面拥有顶尖的技术,IPG的垂直整合实现了半导体二极管、有源光纤、无源光纤和特种光学元件的自制,目前扩张到光束开关,光纤输送电缆,某些光学加工头,电源供应器,印刷电路板和机械部件。IPG目前已经完成了全球的布局,公司目前的销售重点市场包括中国、北美、欧洲、日本市场,其光纤激光器占据约60%市场份额。IPG在中国的销售额增速一直高于其他国家的增速以及其总的销售增速,是其收入增长的主要来源。2015年中国市场正式超过欧洲市场,成为其全球第一大市场。据相关数据显示,2017年其在中国的销售额为6.21亿美元,占比44.1%,2009年~2017年其在中国销售收入复合增长率为52.7%。

国内主要光纤激光器企业有锐科激光、创鑫激光、杰普特等,其中,锐科激光是国内光纤激光器龙头企业,全球市场份额约为7%。锐科激光2018年6月实现上市,2015年-2017年,锐科激光分别实现营业收入3.12亿元、5.23亿元、9.52亿元,截至2018年9月底实现总营收10.85亿元,较上年同期增长66.16%;归属于上市公司股东的净利润为3.64亿元,较上年同期增长68.94%。

近年来通过不断的技术追赶,锐科激光研制的光纤激光器产品从低到高不断突破,已逐步实现批量化销售。光纤激光器在工业激光器中的市场份额从2013年的33.82%增加至2017年的47.26%,占据国内市场主导地位。与IPG相比,目前以锐科激光为首的国产企业在中/低功率光纤激光器已占据主导地位,国内市场占有率从2013年的16.67%/72.22%提升至2017年的54.05%/97.11%;锐科激光的高功率产品在国内企业中处于主导地位,与IPG相比正处于加速追赶替代的阶段,国内市场占有率从2013年的0.80%提升至2017年的8.70%。根据锐科激光的半年报数据,2018上半年高功率取得更大的突破,3300W半年单品销量为去年的2倍,6000W也实现批量销售。

未来中国将是全球最大的光纤激光器应用市场,如何在市场中占据优势呢?鉴于光纤激光器具备较高的采购频次和较低的产线自动化率两大生意特质,这两大生意特质决定了贴近客户的快速响应能力和更低人力成本是核心竞争力。就目前来说,IPG在技术上仍有绝对的优势,但其在中国没有生产线,而锐科激光扎根在中国,有很大的区位优势。此次“嫦娥四号”的应用充分展现了我国激光技术的快速提高,因此随着国产光纤激光器技术的提升,国内激光器厂商将有极大的发展空间。

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