2022年全球光纖激光器市場格局及激光行業環境分析報告（33頁）.pdf

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1、2022 年深度行業分析研究報告 2 目 錄 1. 國家政策規劃推動，助力行業加速發展 . 4 1.1 激光發展史 . 4 1.2 激光行業環境分析 . 4 2. 滲透率相對低，不斷拓展下游應用領域 . 8 2.1 下游應用行業不斷擴展，國內激光加工競爭格局分散 . 9 2.2 光纖激光器為主流，國產替代不斷提高. 17 3. 龍頭企業領跑，國內企業加速追趕 . 21 3.1 激光設備企業對比 . 21 3.2 激光器國內外企業對比 . 27 插圖目錄 圖 1： 制造業 PMI . 5 圖 2： 機械設備永康五金交易景氣指數 . 5 圖 3： 制造業及細分領域固定資產投資累計同比 . 6 圖

2、4：工業機器人月產量及增速 . 8 圖 5：工業機器人累計產量及增速 . 8 圖 6：激光產業鏈 . 8 圖 7：中國激光產業市場滲透率相對較低. 9 圖 8：2016-2021 中國激光設備產量 . 10 圖 9：2013-2021 中國激光設備市場規模 . 10 圖 10：2020 年全球激光設備下游應用領域占比 . 11 圖 11：2020 年中國激光設備下游應用領域占比 . 11 圖 12：2015-2020 年中國激光加工設備市場規模 . 12 圖 13：2020 年中國激光加工行業競爭格局. 12 圖 14：2020 年激光加工應用 . 13 圖 15：2020 年中國激光設備下游

3、應用領域占比 . 13 圖 16：2013-2021 中國中低功率激光切割機銷量 . 14 圖 17：2013-2021 中國高功率激光切割機銷量 . 14 圖 18：2014-2020 金屬切削機床與激光切割機銷量比較 . 14 圖 19：2014-2020 金屬切削機床與激光切割機銷量比較 . 15 圖 20：2014-2020 激光焊接市場規模及增速 . 17 圖 21：激光器的原理與結構 . 17 圖 22：激光器分類 . 18 圖 23：2015-2020 年全球各類激光器市場占比 . 19 圖 24：2020 中國各類激光器市場占比 . 19 圖 25：典型光纖激光器光學系統 .

4、19 圖 26：各類激光器性能比較 . 20 圖 27：2019 全球光纖激光器市場規模及增速. 20 圖 28：2018-2020 中國光纖激光器市場規模及增速 . 20 圖 29：2019 全球光纖激光器市場格局 . 21 圖 30：2020 中國光纖激光器市場格局 . 21 UUiZoWeVgVtXfWXYcVaQcM9PoMoOtRoMeRqQnRkPrRsN6MrRwPxNqRwPwMnRtO 3 圖 31：2017-2021 營業收入比較（百萬元） . 24 圖 32：2017-2021 年營業收入增速比較（%） . 24 圖 33：2021 年大族激光業務占比（%） . 24 圖

5、 34：2020 年帝爾激光業務占比（%） . 24 圖 35：2020 年海目星業務占比（%） . 25 圖 36：2017-2021 年歸母凈利潤比較（百萬元） . 25 圖 37：2017-2021 歸母凈利潤增速比較（%） . 25 圖 38：2017-2021 毛利率比較（%） . 26 圖 39：2017-2021 凈利率比較（%） . 26 圖 40：2017-2021 年海外營收占比（%） . 26 圖 41：2017-2020 年研發費用比較（百萬元） . 27 圖 42：2017-2021 年研發費用增速比較（%） . 27 圖 43：2017-2021 年期間費用率比較（

6、%） . 27 圖 44：2017-2021 年經營活動現金流比較（百萬元） . 27 圖 45：IPG 潛在市場規模 . 28 圖 46：全球機械設備市場規模 . 28 圖 47：2017-2021 營業收入比較（百萬元） . 30 圖 48：2017-2021 年營業收入增速比較（%） . 30 圖 49：2021 年 IPG 業務占比（%） . 31 圖 50：2021 年銳科激光業務占比（%） . 31 圖 51：2021 年杰普特業務占比（%） . 31 圖 52：2017-2021 年歸母凈利潤比較（百萬元） . 31 圖 53：2017-2021 歸母凈利潤增速比較（%） . 3

7、1 圖 54：2017-2021 毛利率比較（%） . 32 圖 55：2017-2021 凈利率比較（%） . 32 圖 56：2017-2021 年海外營收占比（%） . 32 圖 57：2017-2020 年研發費用比較（百萬元） . 33 圖 58：2017-2021 年研發費用增速比較（%） . 33 圖 59：2017-2021 年期間費用率比較（%） . 33 圖 60：2017-2021 年經營活動現金流比較（百萬元） . 33 表格目錄 表 1：激光行業相關政策 . 7 表 2：激光焊接類別 . 16 4 1. 國家政策規劃推動，國家政策規劃推動，助力行業加速發展助力行業加速

8、發展 1.1 激光發展史激光發展史 激光是 20 世紀人類的重大發明之一（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，簡稱 LASER） ，是通過人工方式，用光或放電等強能量激發特定的物質而產生的光，原子中的電子吸收能量后從低能級躍遷到高能級，再從高能級回落低能級時，所釋放的能量以光子的形式放出，是一種純色、準直、高亮、同向、能量密度高的光子隊列。激光相比普通光源單色性、方向性好，亮度更高。 激光的理論基礎起源于物理學家愛因斯坦， 1917 年愛因斯坦提出了一套全新的技術理論“光與物質相互作用” 。1958 年美國科學家肖洛和

9、湯斯提出了激光原理，即物質在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激發時，會產生不發散的強光激光。他們為此發表了重要論文，并獲得 1964 年的諾貝爾物理學獎。1960 年美國科學家梅曼宣布獲得了波長為 0.6943 微米的激光，是人類有史以來獲得的第一束激光。同年，梅曼制造出世界上第一臺激光器，將激光帶入實用領域。1961 年激光首次在醫療領域實踐應用，在外科手術中用于殺滅視網膜腫瘤。 二十世紀七十至九十年代，隨著激光技術的發展和應用領域的探索，激光應用領域不斷擴展。七十年代，激光技術從最初的醫療領域應用拓展至軍用領域研究及應用，大部分仍以實驗裝置和研發樣機為主。八十年代激光技術在軍用領域應用中

10、，激光制導炸彈和火炮激光測距機等實現重大突破。同時激光應用領域逐漸在各行業滲透，在制造業得到廣泛應用，在激光加工實用化上取得進展及突破。二十一世紀，激光技術應用進入輝煌階段，激光行業形成了一定規模的產業鏈，下游應用領域不斷擴展，帶動各行業發展，提高各行業生產動力。 激光下游應用領域在廣度和深度方面均日益拓展，逐步滲透到國民經濟的多個領域。激光與生物學、醫學治療及診斷、制藥科學相結合，在激光治療、激光手術、激光診斷等方面已逐步滲透到日常生活中。激光美容作為醫美的重要手段之一，逐漸被大眾接受甚至依賴，并成為各大醫院皮膚科治療方式之一。在裝備制造領域，高功率激光設備在航空、航天、汽車、高鐵、船舶等高

11、端裝備制造領域的切割、焊接、測量、打標等環節發揮著越來越重要的作用。在精細微加工方面，超短脈沖激光在光伏、液晶顯示、半導體、LED、OLED 等領域的鉆孔、刻線、劃槽、表面紋理化、表面改性、修整、清洗等環節發揮了不可替代的作用。 1.2 激光行業環境分析激光行業環境分析 隨著中國迅速應對并有效控制新冠疫情，制造業迅速得以復蘇。中國制造業 PMI 連續 18 個月處于擴張區間后回落至榮枯線下，制造業 PMI 呈小幅度下滑趨勢。2022 年 3月為 49.50%。受供給側結構性改革等影響，機械設備永康五金交易景氣指數較為波動。而新冠疫情對機械設備永康五金指數影響的持續性有限， 2021 年 3 月

12、起永康五金指數在榮枯線 100 附近呈小幅波動趨勢。 5 從固定資產投資方面來看，2022 年 2 月制造業固定資產投資累計同比為 20.90%，同比下降 16.4pct，環比提升 7.4pct。制造業固定資產投資累計同比在 2021 年 2 月觸頂后呈緩慢下滑趨勢，2022 年 2 月回升。通用設備制造業是指使用于 1 個以上行業的設備制造，通用設備制造業固定資產投資可用于體現 1 個以上設備制造行業的景氣度；專用設備制造業是指專用于 1 個行業的設備制造，專用設備制造業固定資產投資可用于體現單一設備制造行業景氣度。2022 年 2 月，通用設備制造業、專用設備制造業固定資產投資分別累計同比

13、為 28.30%、30.20%，分別同比下降 5.90pct、30.00pct，分別環比提升18.50pct、5.90pct。細分至汽車制造業和 3C 制造業，與制造業、通用設備制造業、專用設備制造業呈相同趨勢，2022 年 2 月汽車制造業、3C 制造業固定資產投資分別累計同比為 11.30%、 35.10%， 分別同比下降 4.80pct、 6.50pct， 分別環比提升 15.00pct、 12.80pct。 圖 1： 制造業 PMI 數據來源：iFind，東莞證券研究所 圖 2： 機械設備永康五金交易景氣指數 數據來源：iFind，東莞證券研究所 6 自 2006 年起，激光行業被國家

14、列為國家長期重點支持發展產業，隨后國家陸續出臺一系列相關政策規劃支持行業發展。 2011 年將大部分激光相關器件設備與技術列為優先發展重點領域；2014 年再次將激光相關設備技術列入國家高基數研究發展計劃當中。2016 年多則“十三五”規劃涉及激光技術的提高與發展。2020 年科技部、國家發改委等五部門發布加強“從 0 到 1”基礎研究工作方案 ，意旨加強“從 0 到 1”的基礎研究，開辟新領域、提出新理論、發展新方法，取得重大開創性的原始創新成果，同時也是國際科技競爭的制高點。方案圍繞基礎前沿領域和關鍵核心技術重大科學問題，堅持需求導向和前瞻引領。從國家戰略需求出發，強化重點領域部署，鼓勵跨

15、領域、跨學科交叉研究，形成關鍵領域先發優勢；面向國家重大需求，對關鍵核心技術中的重大科學問題給予長期支持。重點支持人工智能、網絡協同制造、3D 打印和激光制造、重點基礎材料、先進電子材料、制造技術與關鍵部件、高端醫療器械、重大科學儀器設備等重大領域，推動關鍵核心技術突破。 圖 3： 制造業及細分領域固定資產投資累計同比 數據來源：iFind，東莞證券研究所 7 此外，國家持續大力推動智能制造行業的發展，不斷發布政策規劃和行業標準有效促進行業發展和技術提升。受益于行業的快速發展，細分工業自動化領域受關注度持續增加。疫情后，工業自動化生產優勢明顯，加快制造業自動化轉型。疊加國內人口老齡化問題深化、

16、人工成本不斷提高，工業自動化生產相關產品需求不斷增加。2021 年 12月工業機器人產量為 35175 臺，同比增長 18.41%，環比增長 10.21%；2022 年 1-2 月，工業機器人累計產量為 76381 臺，同比增長 68.12%，同比維持較高增速；1-2 月平均產量約為 38190 臺，下游制造業需求不斷增加。 隨著機器替代人的進程不斷加速，工業機器人需求量持續增加，將推動工業激光行業的發展。工業機器人結合激光技術形成新的工業加工工藝，不僅提高良品率和減少誤差，而且能 24 小時無休止運作，縮短生產周期擴大產能，為企業起到降本提效作用。激光工業加工應用領域包括金屬加工、船舶和農機

17、等機械產品制造等，技術不斷創新，助力拓展激光應用領域，為激光行業提供新的發展動力。 表 1：激光行業相關政策 數據來源：觀研報告網，東莞證券研究所 時間政策內容2006國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）將激光技術列為重點支持和部署的前沿高新技術行列。2011當前優先發展的高技術產業化重點領域指南（2011）將光集成和光電集成器件、半導體激光器件、光纖激光器件、高性能全固態激光器件、新型多功能激光治療設備、激光雷達、激光衛星通信系統、大功率光纖激光器、激光精密加工技術和設備、激光切割技術和設備、激光焊接技術和設備、激光熱處理和熔覆技術及設備、激光強化技術和設備、激光復合加工

18、技術和裝備、激光加工基礎裝置和系統、激光測量儀器和校準標準一起等列為重點領域。2012電子基礎材料和關鍵還元器件“十二五”規劃重點發展大功率半導體激光器、高功率氣體激光器、光纖激光器、紫外激光器、推進高性能的紅外焦平面器件、高分辨率砷化銦鎵（InGaAs）探測器產業化。2013國家高技術研究發展計劃（863計劃）以及國家科技支撐計劃制造領域2014年度備選項目征集指南面向我國對高性能和大功率激光器的迫切需求，研究基于新型光纖結構的超窄線寬、超低噪聲單頻光纖激光器、高端光纖激光器關鍵功能器件等關鍵技術，研制8-10千瓦量級高功率和高能量的光纖激光器，在典型應用領域實現高端光纖激光器的應用示范。針

19、對高端裝備發展對微型金屬慣性開關、安保機構、點火靶微孔的需求，攻克金屬UV-LIGA（紫外光-光刻電鑄成型）的設計制造關鍵技術、飛秒激光脈沖序列微納加工的關鍵工藝技術及系統集成技術，研發出飛秒激光脈沖序列微納加工裝備和批量化微型金屬慣性開關與安保機構產品，支撐我國高端裝備發展。2015“中國制造”2025圍繞重點行業轉型升級和新一代信息技術、智能制造、增材制造、新材料、生物醫藥等領域創新發展的重大共性需求，形成一批制造業創新中心（工業技術研究基地），重點開展行業基礎和共性關鍵技術研發、成果產業化、人才培訓等工作。到2020年，重點形成15家左右制造業創新中心（工業技術研究基地）。2016高新技

20、術企業認定管理辦法國家重點支持的高新技術領域半導體大功率高速激光器、大功率泵浦激光器、超高速半導體激光器、調制器等設計、制造與工藝技術；高速PIN和APD模塊、陣列探測器、光發射及接收模塊、非線性光電器件等設計、制造與工藝技術屬于國家重點支持的高新技術領域。2016“十三五”國家科技創新規劃開展高性能金屬結構件激光增材制造控形控性等基礎理論研究，攻克高效高精度激光增材制造熔覆噴頭等核心部件，研發金屬、非金屬及生物打印典型工藝裝備，構建相對完善的增材制造技術創新與研發體系；開展超快脈沖、超大功率激光制造等理論研究，突破激光制造關鍵技術，研發高可靠長壽命激光器核心功能部件、國產先進激光器以及高端激

21、光制造工藝裝備，開發先進激光制造應用技術和裝備。2016十三五”國家戰略性新興產業發展規劃突破鈦合金、高強合金鋼、高溫合金、耐高溫高強度工程塑料等增材制造專用材料。搭建增材制造工藝技術研發平臺，提升工藝技術水平。研制推廣使用激光、電子束、離子束及其他能源驅動的主流增材制造工藝裝備。加快研制高功率光纖激光器、掃描振鏡、動態聚焦鏡及高性能電子槍等配套核心器件和嵌入式軟件系統，提升軟硬件協同創新能力，建立增材制造標準體系。在航空航天、醫療器械、交通設備、文化創意、個性化制造等領域大力推動增材制造技術應用，加快發展增材制造服務業。2017“十三五”先進制造技術領域科技創新專項規劃強化制造核心基礎件和智

22、能制造關鍵基礎技術，在增材制造、激光制造、智能機器人、智能成套裝備、新型電子制造裝備等領域掌握一批具有自主知識產權的核心關鍵技術與裝備產品；面向航空航天、高端裝備、電子制造、新能源、新材料、醫療儀器等戰略新興產業的迫切需求，實現高端產業激光制造裝備的自主開發，形成激光制造的完整產業體系，促進我國激光制造技術與產業升級，大幅提升我國高端激光制造技術與裝備的國際競爭力。2017戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄（2016版）戰略性新興產業重點產品：高性能激光器、高性能全固態激光器件、光纖激光器件、固態激光材料、稀土激光晶體、激光導引小車（LGV）、激光衛星通信應用系統、高性能的激光手術器、醫學激

23、光治療儀、準分子激光退火設備、半導體激光器件。2017增材制造產業發展行動計劃（2017-2020年）提升增材制造裝備、核心器件及軟件質量。提升激光/電子束高效選區熔化、大型整體構件激光及電子束送粉/送絲熔化沉積、液態金屬噴墨打印等增材制造裝備質量性能及可靠性；提升高光束質量激光器及光束整形系統、高品質電子槍及高速掃描系統，大功率激光掃描振鏡、動態聚焦鏡等精密光學器件、高精度陣列式噴嘴打印頭/噴頭，處理器、存儲器、工業控制器、高精度傳感器、數模模擬轉換器等器件質量性能。突破數據設計軟件、數據處理軟件、工藝庫、工藝分析及工藝智能規劃軟件、在線檢測與監測系統及成形過程智能控制軟件等增材制造核心支撐

24、軟件。2017高端智能再制造行動計劃（2018-2020）年推動智能再制造成形與加工裝備研發與產業化應用，加快研發應用再制造舊件損傷三維反求系統以及等離子、激光、電弧等復合能束能場自動化柔性再制造成形加工裝備等。鼓勵應用激光、電子束等高技術含量的再制造技術，面向大型機電裝備開展專業化、個性化再制造技術服務，培育一批服務型高端智能再制造企業。2020加強“從0到1”基礎研究工作方案面向國家重大需求，對關鍵核心技術中的重大科學問題給予長期支持。重點支持人工智能、網絡協同制造、3D打印和激光制造、重點基礎材料、先進電子材料、結構與功能材料、制造技術與關鍵部件、云計算和大數據、高性能計算、寬帶通信和新

25、型網絡、地球觀測與導航、光電子器件及集成、生物育種、高端醫療器械、集成電路和微波器件、重大科學儀器設備等重大領域，推動關鍵核心技術突破。 8 2. 滲透率相對低，滲透率相對低，不斷拓展下游應用領域不斷拓展下游應用領域 激光產業鏈中，上游主要以光學材料、光學元件和器材為主，也包括設備相關的機械、數控、電源和其他輔助配件；中游是以激光器為主的核心部件；下游為激光切割、激光焊接、激光打標等激光設備，這些設備的應用領域主要以工業加工制造為主。下游應用領域廣泛，包括汽車、通信、醫療、軍事、3C、機械、科學研究等。激光設備成本中，人工及制造成本占總成本的約 10%，原材料占總成本的約 90%。其中，中游核

26、心部件激光器成本占比約 30%-50%。目前，我國激光行業形成以北京、江蘇、湖北、上海和廣東等經濟發達省市為主體的華中地區、環渤海、長江三角洲和珠江三角洲四大激光產業群。 圖 4：工業機器人月產量及增速 圖 5：工業機器人累計產量及增速 資料來源： iFind，東莞證券研究所 資料來源： iFind ，東莞證券研究所 圖 6：激光產業鏈 數據來源：杰普特招股說明書， 2020中國激光產業發展報告 ，東莞證券研究所 9 在上游技術與設備領域，部分關鍵原材料如半導體激光芯片等依賴進口，產業鏈配套有待完善，國內市場的進口替代需求較為旺盛。國內自主研發生產高端激光器，特別是光纖激光器的企業數量依然較少

27、，應用于 3C 電子、精密機械制造等高端產品的工業激光器供不應求。此外，在大功率激光器方面，國外進口產品在現階段仍占據大部分市場，隨著國產千瓦級大功率激光器加快進入市場、國產產品的性價比持續提升，激光器產品的本土化優勢越發明顯。 我國激光器企業約于 2006 年起步，近年我國激光器領域技術研發水平有較快的提升，商業化發展迅速。國內激光器產品以中低端市場為主，雖然國內已涌現一批具備與全球激光巨頭競爭的企業，但由于高端市場對技術要求較高，國內企業仍有一段距離追趕。目前，中國激光產業下游制造業滲透率約為 30%，相比其他制造大國仍然較低。美國（42%） 、日本（44%） 、德國（46%）激光在下游制

28、造業的滲透率均高出我國 10pct 以上。我國作為世界制造第一大國，未來激光在制造業的應用將不斷提升，激光產業前景廣闊。 2.1 下游應用下游應用行業不斷擴展，國內激光加工競爭格局分散行業不斷擴展，國內激光加工競爭格局分散 我國激光加工設備行業起步較晚，但近年來發展迅猛。激光設備行業屬于高端技術制造業，長期受到國家產業政策的重點鼓勵和大力支持。國家各政策規劃均強調重點支持激光產業的發展， 為產業持續發展提供了廣闊的空間和良好的機遇。 2021 年中國激光設備產量約為 20.19 萬臺，同比增長 32.92%。 圖 7：中國激光產業市場滲透率相對較低 數據來源：前瞻產業研究院，東莞證券研究所 1

29、0 中國市場規模方面，2013-2020 年激光設備市場規模呈上升趨勢，年復合增長率為19.83%。2020 年市場規模約為 692 億元，同比增長 5.17%。預計 2021 年市場規模約為740 億元，同比增長 6.94%。 隨著激光行業的技術不斷提升，激光設備下游應用行業使用率逐漸提升。全球能源危機和環境污染問題日益突出，節能、環保有關行業的發展被高度重視，發展新能源汽車已經在全球范圍內形成共識，各大國際整車企業也陸續發布新能源汽車戰略。其中鋰離子動力電池憑借其高能量密度、輸出功率大、工作溫度范圍寬、環境友好等優點，成為動力電池的主流技術路線。隨著鋰離子電池生產技術的進步和成本降低，鋰離

30、子電池的應用將進一步加深。 自 2011 年以來，我國新能源汽車產值呈現快速增長趨勢。在國家政策大力支持及新能源汽車推廣應用進程加快的帶動下，中國車用動力電池需求大幅增長。動力電池應用市場的蓬勃發展將拉動激光裝備市場的增長。根據我國2021-2035 年新能源車產業圖 8：2016-2021 中國激光設備產量 數據來源：智研咨詢，東莞證券研究所 圖 9：2013-2021 中國激光設備市場規模 數據來源：智研咨詢，東莞證券研究所 11 規劃 ，到 2025 年我國新能源汽車新車銷量占比將達到約 25%。目前，新能源車滲透率約為 19%，未來新能源汽車滲透率將逐步上升，從而推動動力電池需求增長。

31、同時，以激光技術為代表的先進制造技術在不斷推動汽車制造業的更新換代，先進激光加工技術與汽車生產的結合已是大勢所趨。激光技術的應用將有效降低汽車的生產成本，提高汽車生產效率，為現代汽車制造業帶來可觀的經濟效益。此外，隨著滲透率的提升，客戶對新能源汽車及動力電池的安全性能要求將提高，對激光設備的效率、技術水平要求也將提高。 在消費電子方面，隨著社會經濟的發展，消費電子范圍逐漸擴大。近十年，中國逐漸成為世界消費電子制造中心， 全球大約70%以上的電子產品均由中國進行制造和裝配，國內消費電子制造業實現了跨越式發展。 OLED 材料行業在國內受到了政府的大力支持，政府出臺多個政策文件中涉及對 OLED

32、材料行業的扶持。隨著國內技術水平提升，產業鏈發展進程加速，國內廠商開始積極布局 OLED 領域。國內 OLED 生產線、OLED 面板供給端的壟斷市場格局將被打破。2020 年 OLED 國產化率的市場占有率有望提升至 20%。國內面板市場仍處于增長期，OLED 面板企業崛起將為上游國產激光加工設備帶來持續增量。 激光加工設備機械設備制造行業使用率仍在不斷提高，主要是高技術產業及高端制造業是我國工業轉型的發展方向。伴隨著我國科技投入不斷增加，我國高端技術產業進入快速發展時期。目前，激光加工設備廣泛應用于生產設備和高端裝備制造的切割、焊接和標記的工序上，對于保證設備生產質量、提高生產精度和降低生

33、產風險具有重要作用。 未來隨著下游應用領域不斷擴展，下游需求增加，激光設備產量將不斷增長。2020年，全球激光設備使用率最高的領域為工業加工，占比 39.28%，通信與信息、科研與軍事分別占比 24.35%、14.04%，分別排名第二、第三位，前三應用領域占比 77.67%。儀器儀表與傳感器、醫療美容、娛樂、顯示與打印共占比 22.33%。與全球市場相似，2020年工業市場是國內激光設備最大下游應用領域，占比 62.40%；信息市場占比 22.00%排名第二，科研、醫學和其他市場共占比 15.60%。 圖 10：2020 年全球激光設備下游應用領域占比 圖 11：2020 年中國激光設備下游應

34、用領域占比 資料來源：前瞻產業研究院，東莞證券研究所 資料來源：智研咨詢，東莞證券研究所 12 激光裝備主要由光學系統、 機械系統和數控系統組成， 按功能劃分主要包括焊接機、打標機、切割機和用于各類特殊材料加工的行業專用設備。激光裝備用于激光切割、激光焊接、激光打標增材制造、半導體顯示、激光檢測等領域的激光器設備統稱為工業激光器設備。 激光加工是利用高強度的激光束，經光學系統聚焦后，通過激光束與加工工件的相對運動來實現對工件的加工，實現對材料進行打孔、切割、焊接、熔覆等的一門加工技術。相對于傳統加工工藝，激光加工具有適用對象廣、材料變形小、加工精度高、低能耗、 污染小、 非接觸式加工、 自動化

35、加工等優點， 目前已成為一種新型制造技術和手段。 激光加工因激光束能量集中、穩定，適用于硬度大、熔點高等傳統工藝方法較難加工的材料。按照不同的用途，激光加工可分為激光切割、激光打標、激光雕刻和激光焊接等不同工藝。激光加工已被廣泛應用于材料加工、通訊、研發、軍事、醫療等領域，激光加工能力一定程度上體現了國家上述領域的生產加工能力、裝備水平和核心競爭力。 歐美等發達國家最先開始將激光器用于加工制造，并在較長時間內占據了較大的市場份額。 受益于全球經濟的持續復蘇和國家戰略的深入， 全球制造業向發展中國家轉移，亞太地區激光行業市場份額迅速增長。發展中國家在制造業升級過程中，逐步使用激光設備代替傳統設備

36、，是全球激光加工行業市場增長最主要的驅動力之一。 2015-2019 年中國激光加工設備市場規模年復合增長率為 17.51%， 2019 年市場規模約為 658 億元，同比增長 8.76%；預計 2020 年市場規模有小幅度下降，約為 645 億元，同比下降 1.98%。2020 年國內激光加工行業競爭格局比較分散，CR5 為 20.30%。大族激光占據市場份額 13.00%，排名第一；華工科技、海目星、帝爾激光、亞威股份分別占據市場份額 3.30%、1.80%、1.50%、0.70%。 2020 年，激光切割為全球激光加工最主要的工業加工應用領域，占比 40.62%。激光焊接、打標、精密金屬

37、加工分別占比 13.52%、12.60%、8.76%；同樣，中國激光加工以切割、焊接、打標為主要應用分布，分別占比約為 41%、13%、13%。 圖 12：2015-2020 年中國激光加工設備市場規模 圖 13：2020 年中國激光加工行業競爭格局 資料來源：前瞻產業研究院，東莞證券研究所 資料來源：智研咨詢，東莞證券研究所 13 激光切割激光切割 激光切割是利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開。在汽車制造領域，激光切割的空間曲線切割技術已獲得廣泛應用。此外，激光切割技術在航天航空領域

38、主要用于特種航空材料的切割，加工的航空航天零部件有發動機火焰筒、鈦合金薄壁機匣、飛機框架等。激光切割成形技術在非金屬材料領域也有著廣泛的應用。激光切割不僅可以切割硬度高、脆性大的材料，也能切割加工柔性材料，如布料、紙張、塑料板、橡膠等。使用激光進行服裝剪裁，可節約衣料 10%-12%，提高3 倍以上效率。 激光切割可分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割和激光劃片與控制斷裂四類。激光汽化切割是利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時間內達到材料的沸點，材料開始汽化形成蒸氣，在蒸氣噴出的同時在材料上形成切口。材料的汽化熱一般很大，所以激光汽化切割時需要很大的功率和功率密

39、度。激光汽化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料 （如紙、 布、 木材、 塑料和橡皮等） 的切割。 激光熔化切割是用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體，依靠氣體的強大壓力使液態金屬排出形成切口。激光熔化切割不需令金屬完全汽化，所需能量僅為汽化切割的十分之一。激光熔化切割主要用于不易氧化的材料或活性金屬的切割。 激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割，是用激光作為預熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發生氧化反應，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應區吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應產生了大量的熱，所以激

40、光氧氣切割所需要的能量為熔化切割的二分之一，切割速度遠遠大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。 激光劃片是利用高能量密度激光在脆性材料的表面進行掃描，使材料受熱蒸發出一條小槽，在施加一定的壓力，脆性材料會沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為 Q圖 14：2020 年激光加工應用 圖 15：2020 年中國激光設備下游應用領域占比 資料來源：前瞻產業研究院，東莞證券研究所 資料來源：智研咨詢，東莞證券研究所 14 開關激光器和 CO2激光器?？刂茢嗔咽抢眉す饪滩蹠r所產生的陡峭溫度分布，在脆性材料中產生局部熱應力，使材料沿小槽斷開。 相比于其

41、他工業加工切割方式，激光切割的特點是由于激光光斑小、能量密度高、切割速度快與質量高。大部分激光切割機由數控程序進行控制操作或結合機器人作為切割機器人使用。激光切割作為一種精密的加工方法，幾乎可以切割所有的材料，包括薄金屬板的二維切割或三維切割。 國內激光切割機銷量呈上升趨勢，中低功率激光切割機銷量占比較高。 2020 年中國中低功率激光切割機銷量約為 4.2 萬臺，同比增長 19.05%，占總銷量的 76.36%。2021年中低功率激光切割機銷量有望突破 5 萬臺。2020 年中國高功率激光切割機銷量約為1.3 萬臺，同比增長 23.64%，占總銷量的 30.56%。2021 年高功率激光切割

42、機銷量約為2.2 萬臺。2013-2020 年中低功率和高功率激光切割機分別復合增長 68.25%、44.25%。 激光切割機滲透仍然較低，但保持每年提升趨勢。2020 年金屬切削機床銷量約為44.6 萬臺，激光切割機銷量占金屬切削機床銷量的 12.33%，較去年同期提升 2.4pct。從銷量來看，金屬切削機床 2014-2020 年銷量呈下降趨勢，而激光切割機呈相反趨勢，預計未來激光切割機占金屬切削機床比例將提高，滲透率逐漸提升。 圖 16：2013-2021 中國中低功率激光切割機銷量 圖 17：2013-2021 中國高功率激光切割機銷量 資料來源：華經情報網，東莞證券研究所 資料來源：

43、華經情報網，東莞證券研究所 圖 18：2014-2020 金屬切削機床與激光切割機銷量比較 數據來源：華經情報網，東莞證券研究所 15 2020 年激光切割設備市場規模約為 318 億元，同比增長 19.55%。2016-2020 年復合增長率為 22.98%。預計 2021 年激光切割設備市場規模有望突破 350 億元。隨著行業的快速發展，國產激光切割機技術的突破性提升，預計激光切割發展將朝著高功率、更高精度以及大幅面的方向前進。此外，國家大力推進智能制造的發展，傳統制造逐漸向智能高端制造轉型，激光切割與智能制造更深入的結合也將是未來發展趨勢，也將是推動激光切割行業發展的動力。 激光焊接激光

44、焊接 激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一。激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數，使工件熔化， 形成特定的熔池。 由于其獨特的優點， 已成功應用于微、 小型零件的精密焊接中。 激光焊接可分為熱傳導焊接、深熔焊、復合焊接、釬焊、激光傳導焊接，根據不同的原理應用在不同的加工場景。用于焊接的激光器主要有兩種,分別為 CO2激光器和Nd.YAG 激光器， 兩種激光器中的激光都為肉眼不可見紅外光。 Nd.YAG 激光產生的光束主要是近紅外光（波長為 1.06Lm）

45、 ，熱導體對此種波長的光吸收率較高。使用標準的光鏡就能使近紅外波段的光束聚焦為直徑 0. 25 mm。 CO2激光的光束為遠紅外光（波長為 10. 6Lm） ，需把光鏡的光束聚焦成直徑為 0.75mm0.1mm。Nd.YAG 激光功率一般能達到4000-6000W，最大功率能達到 10000W；CO2激光功率能達到 20000W 或以上。 圖 19：2014-2020 金屬切削機床與激光切割機銷量比較 數據來源：中商情報網，東莞證券研究所 16 大功率的 CO2激光通過小孔效應來解決高反射率的問題，當光斑照射的材料表面熔化時形成小孔，在幾微秒的時間內反射率迅速下降。當 CO2激光以 10kW

46、以上大功率焊接時，使用氬氣作為保護氣體將經常誘發很強的等離子體，使熔深變淺。使用氦氣作為保護氣體時則無誘發等離子體， 因此氦氣成為了 CO2 激光進行大功率焊接時使用的保護氣體。目前，CO2激光器的發展重點仍集中于設備開發研制，主要方向是如何提高光束質量及其聚焦性能。而用于激發高功率 Nd.YAG 晶體的二極管激光組合的應用是另一項重要的技術發展課題，需提高激光束的質量令激光加工更有效。采用直接二極管陣列激發輸出波長在近紅外區域的激光，平均功率可達到 1kW，光電轉換效率接近 50%。二極管具有更長的使用壽命，有利于降低激光設備的維護成本。 中國的激光焊接處于世界較為領先水平，具備較高技術和能

47、力，投入多個國產航空科研項目的原型和產品制造中。中國焊接專家獲得了焊接領域最高學術獎布魯克獎，我國激光焊接水平得到了世界的肯定。激光焊接具有精確度高、效率高、加工材質類型多樣等優勢，應用領域廣泛。相比傳統焊接技術，激光焊接在工業加工滲透率仍然較低，但在動力電池、汽車、消費電子等領域使用率較高。2014-2020 年國內激光焊接市場規模復合增長率為 31.57%。2020 年中國激光焊接市場規模為 110.50%，同比增長 9.08%。 表 2：激光焊接類別 數據來源：華經情報網，東莞證券研究所 項目熱傳導焊接深熔焊復合焊接釬焊激光傳導焊接工作原理激光束再表面熔化相配零件，熔融材料混合并凝固極高

48、強度導致延伸到材料深處的鎖眼形成，產生又深又窄的焊縫激光焊接和MAG焊接、MIG焊接、WIG焊接或等離子焊接組合激光束加熱相配零件，從而熔化焊料。熔融的焊料流入到解封，連接相配零件激光束同國投射的相配零件，熔化另外吸收激光的零件激光器固體激光器半導體激光器CO2激光器固體激光器CO2激光器固體激光器固體激光器半導體激光器固體激光器半導體激光器焊接材料鋼、不銹鋼、銅、貴金屬等鋼、不銹鋼、鋁、鈦鋼、鋁鋼、鋁塑料、熱塑性塑料、熱塑性彈性體重要工藝參數激光功率、功率密度、焊接速度等激光功率、功率密度、焊接速度等填充劑、激光功率、功率密度、焊接速度等釬焊材料、激光功率、進給功率、工件上的光束直徑材料性能

49、；吸附度、傳輸率、散射；激光功率、光束形狀和直徑等聚焦直徑0.3-1mm0.1-0.6mm0.3-0.6mm0.5-3mm1-2mm重要質量標準冶金性能、無缺陷、可見邊緣上的光滑表面、一致性冶金性能、無缺陷、所需的寬度和深度、低熱量輸入和畸變冶金性能、無缺陷、一致性光滑和無孔焊接表面、強度、熔合、一致性強度、一致性、不滲透性機械和系統手動工作站、基于坐標的激光設備、機器人基于坐標的激光設備、機器人、遠程激光焊接單元基于坐標的激光設備、機器人機器人掃描光學系統、基于坐標的激光設備、機器人應用金屬薄片可見的邊緣加工；電子學和精密工程中的焊點；醫療技術等汽車車身和變速器制造；外殼等特種鋼構造汽車車身

50、日用消費品、汽車工業、電子外殼、醫療技術 17 2.2 光纖激光器為主流，光纖激光器為主流，國產替代不斷提高國產替代不斷提高 激光器是激光的發生裝置，由增益介質、泵浦源、光學諧振腔組成。激光器增益介質是光子產生的源泉， 通過吸收泵浦源產生的能量， 使得增益介質從基態躍遷到激發態。由于激發態為不穩定狀態，此時，增益介質將釋放能量回歸到的基態的穩態。在這個釋能的過程中， 增益介質產生出光子， 且這些光子在能量、 波長、 方向上具有高度一致性，它們在光學諧振腔不斷反射，往復運動，最終通過半反射鏡射出激光器，形成激光束。 激光器種類較多，較為常見的分類有四種，根據增益介質、輸出功率、輸出波長、工作方式