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国内外激光器行业发展现状分析及中国激光器行业发展趋势 直接半导体激光器是重要方向【图】

2019年01月24日 13:58:56字号:T|T

    一、全球激光器行业发展现状分析

    激光器目前主要应用于通讯、材料加工、研发与军事运用、医疗美容等领域, 2017 年全球激光器行业应用领域中材料加工相关的激光器收入 51.66 亿美元,占全球激光器 123 亿美元规模收入约 42%, 再一次超越通讯领域成为第一大激光器应用领域(3%差距到 8%差距); 研发与军事运用相关激光器收入 9.22 亿美元,占全球激光器收入的 7%;医疗美容相关激光器收入 9.20 亿美元,占全球激光器的 7%。

    材料应用中激光显示、新能源和 3D 新领域需求旺盛。 我们估测材料加工应用增长过快主要来自于比如在智能手机全面屏等脆性材料加工切割、 锂电池等新能源的精密焊接、医疗器械和汽车轻量化新材料等大功率焊接以及 3D 打印增材等新技术需求明显增多,接下来我们从各个细分领域去剖析激光应用情况。

2010-2017 年全球激光产业下游应用市场占比

数据来源:公开资料整理

    相关报告:智研咨询网发布的《2019-2025年中国激光器行业市场供需预测及投资战略研究报告

    欧美等发达国家最先开始使用激光器,并在较长时间内占据较大的市场份额。随着全球制造业向发展中国家转移,亚太地区激光行业市场份额迅速增长。发展中国家在制造业升级过程中,逐步使用激光设备代替传统设备,对激光器的需求旺盛,系目前全球激光行业市场最主要的驱动力之一。2013-2017 年,全球激光器行业收入规模持续增长,从2013年的89.70亿美元增加至2017年的124.30亿美元,年复合增长率为8.50%。随着大功率激光器技术突破和增材制造技术的成熟, 预计未来激光器行业将持续快速增长。

2013-2017年全球激光器行业收入情况

数据来源:公开资料整理

    随着激光器技术的发展,市场应用领域不断扩宽,全球市场规模在近两年保持快速增长,到2017年市场规模达到113.3亿美元,同比增长8.9%。2017年激光器市场规模的增长驱动力主要来自于材料加工和通信领域的激光器需求持续释放。

2012-2017年全球激光器市场规模及增长率

数据来源:公开资料整理

    2017 年,全球激光器行业应用领域中材料加工相关的激光器是市场规模达到46.8亿美元,占全球激光器收入的41.3%,与2016年相比,增加了9.3个百分点,超越通讯领域成为第一大激光器应用领域;医疗美容相关激光器市规模为8.4亿美元,占全球激光器市场的7.4%;研发与军事运用相关激光器市场规模为7亿美元,占全球激光器市场的6.2%;其他应用领域规模为4.1亿美元。具体情况如下:

2017年全球激光器应用市场份额

数据来源:公开资料整理

    全球工业激光器收入从2012年的23.4亿美元增加至2017年的46.8亿美元,市场规模翻倍。2015 年以来,工业激光器市场规模增速逐步加快,最近三年的市场规模增长率分别为10.6%、24.2%和28.6%。

2012-2017年全球激工业光器市场份规模及增速(单位:亿美元)

数据来源:公开资料整理

    2017年工业激光器的高速增长,主要得益于光纤激光器的大幅增长。光纤激光技术不断取得突破,行业下游需求稳步增长,光纤激光器行业市场规模超过20亿美元,在全球工业激光器市场中占比达到42.7%。CO2激光器、半导体激光器和固体激光器市场占比分别为20.2%、19.5%、18%。

2017年全球激工业光器市场份结构

数据来源:公开资料整理

    二、中国激光器行业发展现状分析

    激光器的运用领域非常广泛,目前主要包括材料加工、通信、科研和军事、医疗和美容、仪器仪表和传感器、光学存储、显示、打印等领域。其中,用于激光打标、激光焊接、激光切割、增材制造、半导体显示、激光检测等应用的激光器统称为工业激光器。

激光器应用市场分布情况

数据来源:公开资料整理

    近年来,受益于激光产业的整体兴盛,激光器市场规模不断扩大。数据显示,2016年国内激光器市场规模超过70亿元,潜在市场规模将达到300亿元。

    不过,国内激光器市场绝大部分份额被外资企业占据。2016年,国内激光器市场中,IPG份额超过50%,达到52.7%;龙头企业锐科激光紧随之后,但市场份额只有12.10%,与IPG差距巨大。

国内激光器市场竞争格局情况

数据来源:公开资料整理

    好在随着激光技术越来越广泛的应用以及国内企业对激光器技术的逐渐掌握,现如今激光器市场国产化的步伐正在不断加快。

    以光纤激光器为例,锐科激光等在近年开始商业化出货,逐步打破了国外企业在光纤激光器领域的垄断,也逐步拉低了进口产品的价格。

    按照功率划分,目前低于100W的低功率光纤激光器已经基本国产化,低于1.5KW的光纤激光器国产化率达到60%,而高于1.5KW的高功率光纤激光器国产化率仅为11%。

    2017年,国内超过1.5KW的高功率激光器需求量为4700台,同比增长47%,其中进口4200台,对外依存度非常高,国产替代空间巨大。

2013-2017年高功率激光器进口情况

数据来源:公开资料整理

    中国激光产业市场起步较晚,但随着中国装备制造业的迅猛发展,近年来,中国激光产业获得了飞速的发展。中国是活跃的制造业市场及工业激光设备的主要市场,受宏观经济发展、制造业产业升级、国家政策支持等因素影响,中国工业激光产业成为受高度关注的产业之一,市场发展迅速。2015年,中国取代欧洲,首次成为激光器最大的消费市场,市场规模增长至28亿美元左右,约占全球市场规模的29%。

    中国激光器市场规模大、增速快。面对日益增长的激光器市场需求,国内激光器生产企业纷纷加大研发和生产力度,但由于国产产能不足以及产品品质差异,国内企业从欧美进口激光器的数量不断增加。

    三、中国激光器行业应用情况分析

    (一)、 OLED 等手机激光器需求情况:未来三年将带来持续需求

    智能手机等 3C 领域一直是中小功率激光加工的主要应用。 小功率设备在消费电子的应用最为广泛,主要应用于激光打标、钻孔、切割、焊接等。 例如 17 年作为消费电子行业标杆的苹果迎来创新大年, 2.5D 玻璃+金属边框+内部中板的大变,安卓阵营快速追赶,带来大量激光设备需求。同时,由于苹果对精密制造要求提升,加上国产高端机升级潮流,消费需求开始从基础的功能性领域向高层次转变,更加强调产品的性能、美感。厂商对手机产品品质要求更高——产品结构上,国产手机模仿苹果新功能,激光需求将快速提升,供应链全面追加升级激光及自动化设备。

    激光设备由于输出的高能激光束可以聚焦到很小的尺寸, 其激光打标、激光焊接、激光切割、激光清洗等众多工艺在智能手机等 3C 中得到较好的应用:比如(1) 手机 LOGO、 后盖、 PCB 等激光打标与雕刻;(2)对手机听筒、音量孔及内部组件等激光打微孔;(3) 对手机中框内部细小零部件和 USB 线等的激光焊接;(4) 对玻璃盖板、 FPC 柔性电路板、摄像头蓝宝石保护镜片以及 Home 键蓝宝石保护镜片的激光切割;(5)对金属机身镀膜残留物的清洗和气密性检测等“全面屏+OLED+无线充电+双摄+3D 玻璃”等从“0 到 1”创新对激光带来持续需求。 手机在后智能时代创新不断,其中以苹果、三星巨头引领的全面屏、 3D 玻璃、双摄、无线充电、 OLED 等是目前能看到接下来几年最大的创新。其中有近及远、渗透率有低到高的创新为全面屏、双摄、无线充电、 OLED、 3D 玻璃,这几种创新有所区别但又相互关联。

    1、 全面屏年化增速 70%+, 对激光切割等带来持续拉动。

    皮秒激光受益需求明显。 对于传统的手机屏幕显示比为 16: 9, 全面屏带来的 18:9 的宽幅比例,但同时带来 2 个问题需要解决:(1)全面屏呈长方形, 和手机边缘较近,但而手机边缘一般为圆弧角,为了避免衰落等损坏, 全面屏需要 R 角等异形切割; 2) 全面屏会挤压原来手放置前置摄像头、指纹识别等、 受话器等元件,所以屏幕上需要通过挖槽的方式留下空缺给这些元器件,全面屏带来 U 型切割需求。 而目前传统的刀轮切割容易出现横向和纵向细纹崩边且效率低下(一片需要 2-3 分钟),而皮秒激光(脉冲宽度约短,峰值功率越高,热效应越低) 非接触性加工,无机械应力破坏, 20 秒左右完成精度可以达到 20um,具有质量好、 精度好、 效率高能够满足苹果等大客户需求。

    全面屏迎来爆发,复合增速 70+%上游设备持续受益。全面屏于 2017年开始爆发进入释放元年,出货量 2 亿左右,在手机渗透率约为13%左右,未来全面屏将成为标配,根据预测 2018 到 2020 年全面屏的渗透率有望从 35%增加到 70%以上达到 10 亿左右, 复合增速 71%。
2、 OLED 制程中激光必不可少,年化需求激光设备 35 亿左右。

    OLED 市场规模增长迅速。 需求端,智能手机与电视等市场对AMOLED 显示器的需求率迅速增加, VR/AR 设备、汽车显示器等领域的渗透也将逐渐增长。我们预计 17 年面板出货约 30 亿片,中高端智能机(单价高于 3500 元)占比达 20%,考虑到苹果 OLED 屏幕产品首次应用,假定未来有 60%的中高端手机拟采用 OLED 面板,则 OLED 手机端需求约为 324 万平方米。此外,大尺寸电视和可穿戴产品带来巨量需求, 17 年 OLED 全球需求至少为 600 万平方米,与当前产能缺口巨大。全球 OLED 需求持续增长,到 2020 年预计将超过 900 万平方米,年均复合增长率为14.5%。产能目前大部分来自三星,其它供应商包括来自中国的维信诺、天马、和辉光电和京东方。

全球 OLED 出货量预测

数据来源:公开资料整理

我国 OLED 产能增长

数据来源:公开资料整理

    OLED 产业线分为前、中、后段,需要使用激光设备的工艺有 12 道,对激光设备的需求大幅增加。柔性面板具备自发光等优点,从制程来看,分为前段 Array(背板段);中段 CELL(前板段,主要蒸镀段 EL);后段 Module(模组段)三段,其中激光设备在三个制程中均有涉及,如图所示:(1) Array 背板段所需激光退火即将生产低温多晶硅背板(LTPS)需要将 a-Si 薄膜通过准分子激光束退火转化为 p-Si 薄膜,光刻胶激光修复和 PCB/LCD 加工类似;(2) EL蒸镀制程主要应用于激光切割、LLO 激光玻璃基板剥离(仅保留 TFT薄膜结构)、 掩膜版激光检测等;(3) Module(模组段制程主要应用于柔性面板模组的激光切割和倒角:(4) 其他制程当中发光区域内产生的亮点、灰亮点、亮线不良进行激光修复。

    OLED 加工对应激光设备年化 35 亿规模: OLED 扩张设备将率先受益,我们统计 2017-2020 年国内 OLED 产线投资总额将超过 3405亿元, 年化每年大约在 800 亿左右,而根据 LCD 设备占比规律,激光加工设备占整个 OLED 生产线投资额的比重稍高或在 4%左右,对于的激光设备间需求大约每年 35 亿空间。

    3、 未来 5G 等通讯激光器需求情况

    金属中框更高强度对激光带来需求。 金属机身的劣势是不能满足未来通讯 5G 技术的需求,所以未来手机的标配为双曲面玻璃和金属中框(陶瓷机身良率和成本制约推广),目前 iPhone x 已经实现前置2D+后置 3D 玻璃加金属中框配置。

    双面玻璃+不锈钢中框,焊接设备需求强劲。 激光焊接由于精度高,受热区域小,产品不易变形,成为手机首选焊接工艺,主要用于金属框架、内部零部件等。新一代 iPhone 采用双面玻璃+不锈钢中框后,内部结构件焊接数目比先前的金属机壳相比大幅增加,激光自动化焊接设备迎来放量。除了苹果与富士康,长盈、领益等一些金属结构和小件公司,今年都开始批量购买焊接设备。

    从上市公司年报可以看到, 大族激光、华工科技激光技术已经部分进入或取代原有 CNC 等工艺,后续若双侧使用 3D 玻璃或玻璃后盖一体化将对中框支撑件提出更高强度和精度度要求,如要求需要用激光焊接将多个倒钩焊接在中框内侧,并用以卡住手机的屏幕,激光未来三到五年也将迎来持续爆发。

    4、 双摄和连接线等细节创新对激光设备带来增量需求

    双摄渗透率提升带动激光切割设备增加。 双摄是手机功能上的最大创新之一, 17 年苹果推出两款双摄手机,三星也在 Galaxy Note8中搭载双摄,国产手机主流品牌也开始使用双摄,在大厂商的带动下,双摄手机渗透率有望迎来大突破。 未来随着传感的需求可能会出现 n 个摄像头,预测双摄渗透率在 2018 年将由目前的 30%到年底的 60%,而双摄功能产业链中,蓝宝石凭借相比玻璃更好的耐刮性和更高的硬度等优点,在摄像头保护片、 Home 键等应为广泛,但是在蓝宝石保护片上,形状采用跑道型方案而非圆形,这将对激光切割尤其是皮秒激光切割带来较多需求。

    激光切割凭借非接触式加工工艺而避免细微碎纹和碎屑、减少工艺环节数量、支持曲线切割等优势,超越传统切割方式,成为手机摄像头切割的主要方式。双摄全面普及将明显带动激光切割设备的需求。

    (二)、 工业拉动大功率激光器需求情况

    1、大功率激光相比传统方式优势明显。

    工业制造是公司大功率激光器应用的最大领域之一,主要应用于激光焊接、激光切割、激光弱化等, 还可进行金属表面的硬化,具体应用行业领域非常广泛,其中具有代表性的是汽车制造、健身器材、轨道交通、航空航天和农业机械、五金家电等领域。

    激光焊接在汽车焊接领域有望逐步替代其它方式,目前主要的汽车焊接方法有电阻电焊、二氧化碳气体保护焊、激光焊、氩弧焊、电阻束焊等。传统的生产方式无法满足现代汽车制造对精密性和坚固性的要求,而激光焊接在加工中不接触产品就能实现精密焊接,将成为未来重要的成型方式。 随着汽车向轻量化、高强度发展,高强度钢板、合金钢等材料被应用至车身材料上, 凭借切割效率快、精度高等优点,激光让新材料在汽车中加速使用得以实现。 随着全球汽车市场需求的扩大,在汽车智能化进程加速推进的同时,以大功率激光加工技术为代表的先进制造技术也在不断推动汽车制造业的更新换代,先进激光制造技术与汽车生产的结合已是大势所趋。

    汽车工业的增长或将推动大功率业务需求进一步增加。 据中国汽车工业协会统计, 2017 年我国汽车产销分别完成 2901.5 万辆和 2887.9 万辆,同比增长 3.2%和 3%。 汽车制造设备主要包括冲压设备、焊装设备、涂装设备、总装设备等四大工艺设备, 据估计, 焊装设备占比达到 25%, 随着汽车工业的增长,对大功率激光焊接设备的需求必然进一步增加。 公司激光焊接技术相较于切割还处于起步阶段(营收比:1:4), 未来有望取代其他焊接技术在国内企业大量应用,市场前景广阔。

    大功率激光设备较传统常见技术具有诸多优势。就金属加工的切割设备来说,常见的切割方式主要包括火焰切割、等离子切割和激光切割技术,高功率的激光切割在适合材料类型、切割精度、边缘质量方面都明显优于等离子切割和火焰切割,有望取代冲床成为主流切割设备。
大功率激光焊接设备将以实现轻量化、整体化结构件制造、精密制造、低成本高效新工艺的需求方向转变,尤其是一体化集成复合型激光焊接设备将是未来的主流趋势。

    (三)、PCB 高阶产品 LCP、 FPC 等对激光器需求情况

    PCB 行业已成为全球性大行业,年产值超过 500 亿美元。随着欧美经济的持续向好以及科技水平的不断创新, PCB 未来 5 年需求将持续 2%以上的稳定增长。根据最新数据, 2017 年全球 PCB 行业增速有望超过 7%。中国 PCB 产值全球总产值占比超过 50%排行第一,成为全球最大的 PCB 生产基地

    全球 PCB 行业产值

2009-2017 年全球 PCB 产值同比增速

数据来源:公开资料整理

中国 PCB 行业产值

数据来源:公开资料整理

    2、PCB 市场结构切换,上游设备持续升级

    目前全球 PCB 市场主要构成中,高密度,多层,高技术含量的 PCB 产品——HDI 板, IC 封装基板,挠性板等占比较高,且具有高技术含量、高附加值等特点,高端 PCB 市场前景广阔,是未来 PCB 市场的发展方向;传统产品单/双面板及多层板的销售占比正在逐步降低。 PCB 制造设备也将迎来换代升级, PCB 激光加工设备在切割,钻孔,打标,曝光等应用上,无论在制作工艺还是生产效率,都将远优于传统的生产设备,市场前景可期。

    3、FPC

    柔性电路板(FPC)是以聚酰亚胺(简称 PI)或聚酯薄膜(简称 PET)等柔性基材制成的一种具有高度可靠性,可挠性的印刷电路板,具有配线密度高,重量轻,厚度薄的特点,可自由弯曲,折叠,卷绕,可在三维空间随意移动及伸展,散热性能好,从而达到电子元器件和导线连接一体化。FPC 的应用几乎涉及所有的电子信息产品,包括消费电子产品、通信设备和汽车载品等广泛领域。2010 年到 2016年 FPC 全球由 163.9 亿美元增长至 264.5 亿美元,年均复合增长率为6.2%,国内市场规模增速要大于全球。

    在 FPC 的后期切割制作中,切割成型有 CNC 刀割成型与激光成型。CNC方式需将切割图输入电脑,按定位孔在设备上固定住 FPC 拼版,设备上切割刀头按图纸线条移动,从而将 FPC 割成指定外形。该种切割方式,因刀片本身体积较大,且刀头易损坏,加工成型的 FPC 精度较差,加工时间较长,调节深度不当,会导致毛刺多,切割不透等情况,在激光切割机未出现之前,一般只用作 FPC 样品及保护膜、电磁膜的切割成型。随着激光切割机的普及,因为其精度高(≤0.05mm),切割面圆润方正,毛刺少,速度较刀割快,因此逐渐取代 CNC 刀割的方式。

    PCB 激光钻孔机能够满足不同产品对于钻孔大小的需求,尤其是高精度紫外(UV)激光钻孔技术的引入,性能更优,使得 PCB 和 FPC 以及倒装芯片封装上面盲孔、通孔加工精密度与加工质量更高,也带来了较低的制造成本与较高的产能。

    4、PCB 打标

    激光打标是采用激光束在线路板留下永久的标记,通过高能量的激光使表层的物质蒸发从而露出深层的物质,进而刻出图案,商标和文字。现阶段,行内企业普遍使用的墨水喷码机问题不断凸显,如耗材用量大,成本过高,需要专业维修人员,标记效果易擦除更改,污染性高等问题。随着人们对环保及生产工艺的重视,激光打标相对于传统喷墨标记的优越性越来越突出:激光标记可以加工流水号及二维码等,以记录相关生产信息,便于电子产品的全程追溯与质量管控。景旺电子等 PCB 行业下游客户的激光标记应用正呈现快速增长的趋势。

    4、激光直接成像技术(LDI):

    利用激光直接成像原理将线路图像以激光束的形式直接投射在涂有光致抗蚀剂的线路板上从而实现图形转移。 LDI 使用激光直接在基板上光刻一副图像,在使用过程中不必使用菲林工具,其灵活的生产比例模式也使其受板涨缩系数的影响较小,大大简化了图形转移工序。由于 LDI 机无须使用菲林,且可以在板与制作资料不一致的时候随时调整曝光涨缩系数,从而节省了普通曝光机在使用菲林生产中等待重绘菲林的时间,

    大大提高了工作效率。其他优点还包括:其灵活的比例设定模式大大提高了机器的对位精度;明显提高制作精确度,减小图形转移的误差;操作性能好,清洁度高等。

    (四)、动力电池对激光器需求情况

    新能源车市场迅速扩张。 2013-2016 年我国新能源汽车产量由 2 万辆增加至 50 万辆,持续 3 年保持爆炸式增长。2020 年,我国的电动汽车保有量将达 500万辆,年产量将达到 200 万辆。随着新能源汽车的前景日益明朗,动力锂电池产能迎来建设高潮,以 CATL、国轩高科为代表的厂商短期内迅速提升产能。

新能源汽车未来三年国内销量预测(万辆)

数据来源:公开资料整理

    动力电池的安全性要求更高的激光焊接设备。 新能源汽车中动力电池是汽车的心脏,无论是质量还是成本等至关重要。 而电池比较复杂, 有正、负极材料、电解液、电解隔膜以及外围结构件组成, 类似于 OELD 面板加工,动力电池在前段制片制程、中段焊接以及后段 PACK 均有较多应用,以联赢激光招股书为例,其在动力电池的焊接部位有: 盖板防爆阀焊接、电芯极耳与极柱的焊接、电池壳体的焊接、密封钉的焊接、电芯极耳与顶盖的焊接、模组的焊接、电池的后端测试等。

    激光焊接为核心制程。 锂电池模组生产工艺可划分为电芯段工艺和模组段工艺,激光设备在这两段工艺中都有大量采用:电芯段,主要运用于极耳焊接和封口焊接;模组段,主要应用于电芯与电芯之间以及与结构件的连接,如: 电池软连接焊接、顶盖焊接、密封钉焊接、模组及 PACK焊接。

    对于铝壳锂电池而言,激光焊接也是目前最佳的焊接方式, 极柱、封口、注液孔等的焊接质量直接影响到电池的密封性, 进而影响到使用过程中的安全性和有效性。 相对于普通焊接方法,激光焊接更能满足这些环节的精度、质量和效率要求, 因此在动力电池的大规模生产中激光焊接将成为不二之选。

    动力电池产能扩张带动激光设备 2020 年市场规模约40 亿元。类似 OLED面板扩充对上游设备的需求,动力电池扩张对上游锂电生产、加工、检测设备带来旺盛需求,比如先导、赢合科技复合过去四年复合增速 80%以上,具体从设备投资比例分析,年产 1GWh 的动力电池产线投资额最低为为 6.15 亿元人民币,其中设备及安装投资额占比在 60%左右达到3.6 亿元,假设激光设备占比 5%,则为 1800 万,根据不完全统计2020 年国内动力电池产能扩张为 230GW,则对应激光设备市场规模在40 多亿。

数据来源:公开资料整理

    (五)、光伏对激光器需求情况

    激光在高效太阳能电池生产多处应用。 太阳能电池是通过光电反应将光能转换成电能的能量转换器,在太阳能电池生产中, 激光加工技术目前主要应用于消融、切割、 刻边、掺杂、打孔等工艺激光加工技术对光伏电池效率提升的作用。 提升太阳能电池光电转化效率的关键在于控制光学损失和电学损失,目前,具备产业化基础的提升太阳能电池光电转换效率的方式包括 PERC、 MWT、 SE 等。

    2017 年新增装机创历史新高, 2018 年光伏装机有望延续。 2017 年 7 月中旬以来光伏产业迎来强劲增长, 尤其是以分布式光伏的持续爆发是主要驱动业务, 2017 年中国光伏发电新增装机 53.06GW,同比增长 53%,其中光伏电站 33.62GW,同比增长 11%;分布式光伏 19.44GW,同比增长 3.7 倍。 展望 2018 年我们认为光伏扶贫、分布式、 领跑者等政策支持 2018 年中国光伏将继续延续新增装机需求, 而以帝尔激光、天弘激光等为主的设备将继续受益。

国内光伏新增装机量及预测

数据来源:公开资料整理

    (六)、医疗领域行业激光需求情况分析

    激光在医临床医学中应用广泛: 激光医疗设备的特点应用面非常宽,从诊断到治疗、 到科研,不管是在预防医学,还是治疗学科以及康复、美容,还有健康保健方面都有很广泛的用途。

    行业集中度高,国内医疗激光器械增长较快。

    (1) 激光医疗器械集中度高,欧美等为主。 目前激光器械以美国、欧洲、以色列和日本则暂居世界领先地位,行业相对集中, 排名前 25 位的医疗器械公司的销售额合计占全球医疗器械总销售额的 60%, 2008年全球前 20 大的医疗器械企业中有 16 家在美国。美国医疗器械行业整体销售收入在全球占比高达 50%,其次分别是欧洲,占比 22%,日本约占 20%,中国约占 2.90%,其它国家和地区共占 5%。 500 瓦以上用于材料加工的高功率激光器是德国占优势,而小功率的半导体激光器则是日本占优势,占世界市场的 70%以上。

    (2)国内从事医疗美容激光行业比较有代表性的有 2 种。 一种是综合性的如奇致激光、 Lumenis 科医人、 Alma 飞顿、 Cynosure 赛诺秀、美中互利、 Syneron 赛诺龙、欧洲之星、深圳 GSD 等;另一种是单纯自主研发产品的国内企业如深圳 GSD、科英激光等,这类公司的产品价格相对较低,但是其产品品质与进口产品差距明显,能够满足部分中低端客户的需求,但无法满足公立及大机构的采购需求。

    (3)全国各大型三甲医院均已建立了激光医疗中心及相关部门。 50%的中小型医院也成立了激光医疗科室,大型美容连锁店对激光技术则趋之若鹜,国内市场对激光医疗设备的需求大大增加,可以预料今后几年国产医用激光器的销售额有望大幅上升。

    (七)、3D 打印行业激光需求情况分析

    3D 打印技术: 即快速成型(Rapid Prototyping)技术,是一种新型制造技术,与传统的切削加工不同, RP 技术采用逐层材料累加法加工实体模型,故也称为增材技术制造(Additive Manufacturing)或分层制造技术。 3D 打印具有智能化、分布式的技术基因,在技术上可以完美解决复杂结构,在进行小批量生产时成本远低于传统产业。

    3D 打印设备两条技术路线均用到激光技术。 经过多年发展已经形成多种技术路线,若按照材料来分主要分为两类,一类金属材料增材制造工艺技术,包括激光选区融化(SLM)、激光近净成形(LENS)、电子束选区熔化(EBSM)、电子束熔丝沉积(EBDM)等;第二类是非金属材料增材制造工艺技术,包括光固化成型(SLA)、 熔融沉积成型(FDM)、激光选区烧结(SLS)、三维立体打印(3DP)、材料喷射成型等。

    3D 打印保持未来两位数增速。 3D 打印直接将虚拟的数字化实体模型转变为产品,极大地简化了生产流程,降低研发成本,缩短研发周期,使得任意复杂结构零部件的生产成为可能,已广泛应用到工业、医疗、珠宝、航空航天、汽车等领域,如目前在国际知名的大型企业中,波音公司采用 3D 打印技术制造飞机零部件、米其林打印轮胎、强生与惠普合作利用 3D 打印技术制造的医疗级脊柱扩张器。目前国内 3D 打印受制于材料成本因素未得到有效推广,参考国际 3D 打印龙头公司的两位数增长以及国内随着“中国制造 2025”规划的出台和潜力需求,国内市场空间有望达百亿规模。

    (八)、激光显示取代传统工程投影,从导入到成长增速有望 30%+

    激光工程投影机取代传统投影迎来爆发。 近年来工程投影机凭借着在奥运会、世博会、亚运会等等各种大型活动中的精彩应用,以及精心打造出的无与伦比的大画面视觉效果,成为了越来越多的公共显示解决方案首选,但激光投影机的出现给工程投影市带来了巨大的机会。

    总体拥有成本(TCO)低。 激光投影机是使用激光光束来透射出画面,其中激光投影机的光学部件主要由红绿蓝三色光阀、合束 X 棱镜、投影镜头和驱动光阀。在激光投影机中有红、绿、蓝三色激光, 激光在机器内经过相应的光学元件和处理芯片的扩束后再透射到 X 棱镜将三束激光整合,然后再由投影物镜将整合后的激光透射到投影幕布上,完成整个激光投影机显示过程。激光投影机弥补了传统 3LCD 和 DLP 两种投影方式的缺陷, 即工作寿命长,不会因长时间的工作而导致屏幕亮度变暗;色域广泛,是普通投影机的色域 2 倍左右,虽然激光投影机价格较高,但是生命周期较长,总体拥有成本低。激光工程投影机正处于导入期。 2014 年激光工程投影产品市场占有率不到 0.3%, 而 2017 年,激光工程投影产品的销量占比 10%,翻了 30 倍; 从技术优势上看,激光投影还将部分取代其他显示技术,如液晶拼接、 LED 等, 并从应用维度,教育市场、家用市场和工程市场先后爆发,其中激光显示市场 2018 年中国规模预测 184亿元,同比增长 91%。

2017Q1中国激光投影机市场销量占比

数据来源:公开资料整理

2017Q1中国激光投影机市场销售额占比

数据来源:公开资料整理

2016-2020 年中国激光投影机市场规模及增长

数据来源:公开资料整理

    (九)、在服装为代表柔性材料行业加工对激光器需求情况

    纺织服装领域主要所用激光雕刻、切割和激光打标机。 激光在除了在金属材料有宽泛的应用,但市场一直忽略的是非金属领域激光同样应用广泛,如在服装家纺、制鞋箱包、产业用纺织品、家俱装饰、广告工艺:

    1、激光裁剪: 激光裁床克服了剪刀裁剪和电脑裁床的固有缺点,迎合了服装行业小批量、个性化的快速时尚需求,可实现便捷的服装打版放码、智能化排料和自动送料切割等作业,且价格方面,一台小功率激光裁床仅为电脑机械裁床的1/10左右,性价比优势凸显。

    2、成衣激光雕花: 传统的纺织面料制作图案需要磨花、烫花、压花等加工处理,而激光雕花制作方便、快捷、图案变换灵活、图像清晰、立体感强、能够充分表现各种面料的本色质感以及历久常新等优势。

    3、牛仔影像激光喷花: 激光切割设备运用聚焦而成的高能量激光束照射到需加工部分的牛仔面料,并用辅助气体将熔化物或氧化物吹出,从而在各种牛仔面料上制作出不会褪色的影像图案、猫须磨砂等。

    4、 激光水洗: 传统布料水洗需要加温,并添加膨化剂、柔软剂、酵素酶以及碱性氧化助剂,且耗水量大,容易造成水污染,成本高、效率低、水洗品质差。激光水洗则时间快(一件成衣雕刻图形、激光水洗仅需1.6分钟,且省去烘干等工序),成本低、效率高。

    5、家俱装饰行业: 传统的家俱加工利用人工钢丝锯锯图,不仅费时费力,而且质量得不到保证;目前激光主要应用集中在软体家俱的面料雕花和裁剪、家俱表面的木质拼花切割、异型骨架的切割、玻璃家俱的表面雕刻及内雕、工艺家俱的雕花和镂空、钢制家俱切割、雕刻与焊接等方面,且激光切割设备的激光束直径仅为0.1毫米,在木料上切割直径仅为0.2毫米左右,因此,切割的图案精确、高效。

    (十)、激光雷达对激光器需求情况

    激光雷达可分为测距型雷达和导航型雷达。 激光雷达由发射器、接收器(感光元件和长焦镜头)、惯导系统构成,实际上是一种测量传感器,一般来说根据应用场景不同可分为测量型激光雷达和导航型激光雷达。 激光测量雷达主要应用于建筑、道路施工、大型设备安装及室内装潢等领域,相对测距精度高、测程远、抗干扰能力强、隐蔽性好,导航型激光雷达用于快速扫描、动态处理数据并实时反馈,在精度方面相对要求较低,但要分辨识别障碍物、行人、汽车等。激光测距雷达主要出口,市场规模 32 多亿。 激光测距雷达是在激光投射技术的基础上增加了激光接收器,根据测距用途的不同分为: 一维激光测距仪,用于距离测量、定位;二维激光雷达,用于轮廓测量、定位、区域监控等;三维激光扫描仪,用于城市建筑测量、地形测绘等领域,侧重于在相对静态中形成高质量三维数据;三维激光雷达,用于三维空间定位等领域,侧重于在动态中形成实时、精准的三维图像数据。目前我国激光测量产品呈现稳定上升趋势,产品主要用于出口。2014 年中国激光测量仪器市场规模已达到 32.3 亿。

    激光导航雷达未来将受益智能驾驶大趋势。 类似手机产业经历了从功能机到智能机的演变,汽车产业也将经历从功能汽车到智能汽车的必然趋势,智能驾驶从进阶阶段可分为单车驾驶化和智能网联,其中单车智能化包括感知、判断、执行,感知主要指各种传感器,对整个后面判断和执行至关重要,目前主要是以摄像头和雷达为主,超声波为辅,其中激光雷达精度最高,非常适合雨天等恶劣天气,所以必不可少,未来智能驾驶的普及将对激光导航雷达带来较多需求,假设未来 2020 年汽车新车销量 1 亿,智能驾驶 l2-l4 比例为 10%,每辆车需要 2-5 个雷达,激光雷达平均价格若降到 2000 元(目前价格不同线束不同,中高端的更贵),则市场规模初步测算 800 亿左右。

    四、中国激光器行业发展趋势:直接半导体激光器是重要方向

    1. 半导体激光器定义及其与工业激光器的交集

    半导体激光器就是以半导体作为工作介质的激光器,20世纪70年代末,半导体激光器主要应用于两个方面:1)用于传递信息的信息型激光器(通信领域);2)直接输出激光光功率的功率型激光器(材料加工领域等)。

    半导体激光器可作为光纤激光器、固体激光器的泵浦源(作为激光器的零部件),也可用于制作直接半导体激光器(直接用,这也是“直接”代表的含义),应用到材料加工、激光医疗、激光雷达等领域。

    所以,根据以上定义可以发现,工业用激光器下的半导体激光器需求仅仅是所有半导体激光器需求的一部分。不过由于通信领域的半导体激光器比较成熟,大家对半导体激光器的讨论主要集中在工业用领域。

    2017 年半导体激光器市场 360 亿元左右,占整体激光器市场的 50%,半导体激光器增速 15%左右。

半导体激光器占据整体激光器市场近50%

数据来源:公开资料整理

    但就工业领域而言,半导体激光器市场并不大,若将 Strategeis Unlimited 统计的二极管/准分子激光器统算为半导体激光器测算,17 年工业领域用的半导体激光器市场 69 亿,仅仅占了所有半导体激光器市场的 19% 左右,尽管占比不高,但 17 年其 56%的增速贡献了工业激光器一半的增量。

    工业用半导体激光器占半导体激光器市场不到20%,但增速较高

数据来源:公开资料整理

    2. 工业领域,直接半导体激光器是重要方向

    直接半导体激光器由光纤耦合半导体激光器模块、合束器件、激光传能光缆、电源系统、控制系统及机械结构等构成,在电源系统和控制系统的驱动和监控下实现激光输出。

    直接半导体激光器因为其更高的电光转化效率而被寄予众望:与光纤激光器的光光转化不同,直接半导体激光器作为直接光源应用到行业加工,由于少了中间泵浦源(半导体激光器)的电能损耗,其直接电光转化效率普遍可达 50%,最高可达到 70%,这也意味着更加节能。

    受制于半导体器件尺寸的影响,单个半导体激光器很难做到大功率,因此,要得到大功率的半导体激光器,需要进行多层叠加,但这将影响光束的质量。而直接半导体激光器则是把多层叠加的半导体激光器跟光纤进行耦合,实现光束质量的改善,并可实现柔性传输。因此,直接半导体激光器是半导体激光器里面技术含量最高的,掌握了直接半导体激光器技术,也就意味着掌握了大功率激光器。

    直接半导体激光器理论上要比光纤激光器更好,但目前直接半导体激光器光束质量和总功率方面仍有待改进,但主流厂家都在该领域进行大量研发,期待直接半导体激光器能够像当年的光纤激光器一样,成为一代新星。

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